looduskalender.ee

Samal nähtusel põhineb tehnoloogia, millel tänapäeval aga palju enamat ja tulusamat praktilist rakendust on ja mida klaasi karastamiseks kutsutakse. Klaas kui materjal on õige mitmete kasulike omadustega ja teoreetiliselt ka vägagi tugev. Praktikas on olukord palju vähem roosiline. Värskelt tõmmatud klaasfiibrite tugevus võib küll ületada terastraadi oma, suurematel klaasesemetel (nt tahvelklaasil) on see aga oluliselt väiksem. Eriti halvasti talub klaas tõmbepinget (venitust). Selle põhjuseks on klaasi pinnas alati leiduvad defektid, nt mikropraod. Venitusel kontsentreerub sellise prao tippu eriti tugev pinge ning pragu võib hakata levima. Klaasi struktuuri iseärasuste tõttu (erinevalt nt polükristalsetest metallidest) ei pidurda sellise prao levikut miski ja protsess lõpeb klaaseseme purunemisega. On selge, et mida suurem klaasdetail, seda suurem ka tõenäosus, et kusagil ta pinnal leidub saatuslikuks osutuv defekt. See seletab ka leektöödeldud pinnaga peenikeste klaasfiibrite erilist tugevust.

 

Kuidas toimub klaasi karastamine ja mistõttu see klaasi tugevamaks teeb? Tahvelklaasi karastamiseks kuumutatakse see temperatuurini üle 600 °C, mil klaas juba pehmeneb ja jahutatakse seejärel kiiresti maha puhudes klaastahvli mõlemale pinnale külma õhku. Esmalt jahutuvad maha ja jäigastuvad klaastahvli pinnad, samas kui tahvli kuumemad keskkihid on veel suhteliselt pehmed. Seejärel hakkab ka tahvli sisemus jahtuma ja seetõttu kokku tõmbuma, püüdes väliskihte piki pinda kokku tõmmata. Kuna nood on aga juba tahked ja jäigad, tekitab see pindkihtidesse sisse tugevad survepinged. Viimased muudavadki klaasi tugevamaks. Et karastatud klaasile rakendatud venituspinge muutuks klaasile ohtlikuks, peab see esmalt ületama survepinge pindkihtides. Alles siis, kui kogupinge (välisest jõust põhjustatud pinge ja vastasmärgilise sisepinge summa) ületab kriitilise väärtuse, klaas puruneb. Klaasi karastamine tõstab selle tugevust umbes 5 korda. Karastatud klaas talub haamrilööki ja seda võib päris palju paenutada (foto 4).

Karastatud klaasi purunemisel laguneb aga terve tahvel hetkeliselt väikesteks kildudeks, mille suurus on võrreldav tahvli paksusega (foto 5). Seda võib põhjustada nt löök terava esemega – ka tahvli ühte nurka või serva. Nii väikesed killud aga pole ohtliku – seetõttu nimetatakse karastatud klaasi ka “ohutuks klaasiks” (foto 6).

 

Foto 5. Purunenud karastatud klaasi killud.

 

Foto 6. “Ohutu klaas”. Karastatud klaas talub lööke ja kui purunebki, pole tekkinud väikesed killud ohtlikud.

 

Eelnevast on ka selge, et karastatud klaasi ei saa enam töödelda nii nagu harilikku (lõõmutatud) klaasi – lõigata, puurida jms. Sellised operatsioonid lihtsalt purustaksid klaasi ja tuleb teostada juba enne karastamist.

 

Klaasi karastamisega tegelevad mitmed ettevõtted ka Eestis, nt Baltiklaas Tartus, Harjumaal tegutsev Klaasimeister ja Andrese Klaas Tallinnas. Tööstuses toimuvad karastamisega seotud operatsioonid (kuumutamine, jahutamine) muidugi ühtsel vooluliinil.

 

Võib veel lisada, et ülalkirjeldatud termilise karastusega sarnase efekti võib saavutada ka nn keemilise karastuse abil. Viimane põhineb ioonvahetusel – klaaseseme hoidmisel sulas kaaliumisoolas vahetavad kaaliumiioonid klaasi pindkihis välja klaasi koostisesse kuuluvaid naatriumiioone. Kuna Na⁺ ja K⁺ ioonidel on erinevad ruumalad (K⁺ ioonidel suurem), tekitab see klaasi sisepinge. Sellisel meetodil pingestatakse klaasi suhteliselt õhukene (mõnikümmend mikronit) pindkiht. Erinevalt termilisest karastamisest saab nii karastada ka keerukama kujuga (mittetasapinnalisi) ja väga õhukesi klaasesemeid. Ja kuna oluliselt on pingestatud vaid klaasi väga õhukene pindkiht, siis talub selline klaas ka lõikamist ja puurimist. Meetod ise aga on aeganõudvam ja kulukam, seetõttu on see kasutusel väiksemate esemete puhul.

Täiendav info “Materjalimaailma” artiklist “Karastatud klaas”.