Почему лопается закаленное стекло

Микроскопические включения сульфида никеля в стекломассе становятся основной причиной саморазрушения. Эти частицы попадают в материал на этапе производства флоат-стекла — их размер настолько мал, что обнаружить их невооруженным глазом невозможно.
В процессе закалки стекло нагревают до температуры около 650 градусов Цельсия, затем резко охлаждают. При таком температурном режиме сульфид никеля переходит в нестабильную фазу. Включения замерзают в высокотемпературной форме, которая со временем стремится вернуться к стабильному состоянию.
Когда происходит фазовый переход от α-NiS к β-NiS, объем частицы увеличивается на 2-4%. Этого достаточно, чтобы создать критическое напряжение внутри закаленного стекла. Если включение находится в зоне растягивающего напряжения — а это центральная часть стекла по толщине — разрушение неизбежно.
Процесс фазового перехода растянут во времени. Стекло может простоять месяцы или годы, прежде чем микроскопический «камешек» расширится до критического размера. Именно поэтому разрушение выглядит спонтанным — никаких внешних воздействий не было, а стекло вдруг рассыпается на мелкие фрагменты.

Качество исходного материала напрямую влияет на долговечность готового изделия. Камни, пузыри, посторонние примеси в стекломассе создают слабые места. После закалки эти зоны становятся точками концентрации напряжений.
Особенно опасны камни с коэффициентом теплового расширения, отличным от основного материала. Когда такой камень находится в зоне растяжения, вокруг него формируется область повышенных напряжений. При температурных колебаниях эта область расширяется, трещины распространяются от камня по всему объему стекла.
Поверхностные дефекты — царапины, сколы, глубокие трещины — появляются при неправильной обработке или транспортировке. Даже незначительное повреждение кромки при монтаже может стать началом разрушения. Растягивающие напряжения концентрируются на краях, где стекло обрезано — если там есть микротрещины, материал не выдержит нагрузки.

Технология закалки создает в стекле сложную систему напряжений. Поверхности находятся под сжатием, центральный слой — под растяжением. Идеальное распределение напряжений напоминает параболу: максимальное растяжение в центре толщины, сжатие у поверхностей, нулевое напряжение примерно на трети толщины с каждой стороны.
На практике достичь абсолютно равномерного распределения сложно. Когда стекло нагревается или охлаждается неравномерно, возникает асимметрия. Градиент температуры по толщине приводит к смещению зоны растяжения к одной из поверхностей. Если растягивающее напряжение окажется слишком близко к поверхности, стекло саморазрушается.
Специалисты отмечают: неравномерное напряжение значительно снижает прочность материала. Это эквивалентно увеличению внутреннего растяжения, что повышает риск спонтанного разрушения. Равномерное распределение напряжений — ключевой фактор долговечности закаленного стекла.

Температурные колебания создают в стекле дополнительные напряжения. Критическая разница составляет 40-50 градусов Цельсия — именно такой перепад возникает зимой, когда включают обогрев на максимум, или летом, когда холодная вода попадает на раскаленную поверхность.
Из опыта работы с клиентами: часто стекло лопается не от мороза, а от резкого нагрева. Включенная на полную мощность печка создает неравномерный прогрев — одна часть стекла расширяется быстрее другой. Внутренние напряжения превышают предел прочности, появляются трещины.
Герметичные стеклопакеты особенно чувствительны к климатическим нагрузкам. Газ внутри расширяется летом, сжимается зимой — стекло испытывает циклические напряжения. Узкие стеклопакеты с одной стороной менее 500 мм или соотношением высоты к ширине более 1:3 подвержены разрушению сильнее.
Термошок разрушает стекло, начиная с торцевых кромок. Растягивающие напряжения направлены вдоль обрезанных краев — если там уже есть микроповреждения, даже небольшие краевые напряжения приводят к разрушению.