The science of glass toughening (in plain English)
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Toughened glass is a staple material in structural glazing. Learn the science behind it in our jargon-free blog.
कड़ा ग्लास हर जगह है. लेकिन हमारे आस-पास मौजूद कई सामग्रियों की तरह, हममें से बहुत से लोग नहीं जानते कि यह कैसे बनता है।
कठोर कांच का निर्माण इस प्रकार किया जाता है कि यह भारी मात्रा में बल का सामना कर सके। लेकिन जब यह अंततः टूटता है, तो यह कई छोटे-छोटे टुकड़ों में बिखर जाता है।
इसकी ताकत और स्थायित्व इसे वास्तुशिल्प ग्लेज़िंग के लिए आदर्श बनाती है: दरवाजे, सीढ़ियाँ, कटघरा, विभाजन और बहुत कुछ।
यह सब विनिर्माण प्रक्रिया के कारण है। कांच को दो मुख्य तरीकों से सख्त किया जाता है: पहला, भट्टी में तड़का लगाकर, और दूसरा, रासायनिक स्नान द्वारा किए गए आयन एक्सचेंज द्वारा।
इस लेख में, हम इन प्रक्रियाओं को सरल अंग्रेजी में समझाते हैं ताकि आप समझ सकें कि कठोर ग्लास कैसे बनाया जाता है। सबसे पहले: भट्ठी विधि.
भट्टी विधि
इस विधि में, कांच को "टेम्परिंग" नामक प्रक्रिया द्वारा सख्त किया जाता है। सबसे पहले, ग्लास को भट्टी में रखा जाता है जिसे 600°C (1,112°F) तक गर्म किया जाता है।
एक बार जब कांच गर्म हो जाता है, तो इसे भट्ठी से बाहर निकाला जाता है और दबाव वाली ठंडी हवा के जेट द्वारा तेजी से ठंडा किया जाता है। इस चरण को "शमन" कहा जाता है।
शमन एक त्वरित प्रक्रिया है। इससे सतह की पतली परतें जल्दी ठंडी हो जाती हैं और कठोर कांच बन जाता है। प्रक्रिया के इस चरण में, बाहरी परतें सख्त और ठंडी होती हैं, लेकिन अंदर अभी भी गर्म होती हैं।
समय के साथ, अंदर की गर्मी भी कम हो जाएगी और कठोर हो जाएगी। लेकिन यह उसी तरह सिकुड़ेगा नहीं जैसे बाहरी परतें सिकुड़ती हैं। कठोर बाहरी परतों द्वारा इसे ऐसा करने से रोका गया है।
इसका मतलब है कि बाहरी परतें संकुचित हैं और भीतरी परत में क्षतिपूर्ति तनाव है। कुल मिलाकर, ये गुण ऐसे कांच का निर्माण करते हैं जिसे तोड़ना बेहद कठिन होता है।
रासायनिक कड़ापन
कांच को रासायनिक स्नान में डुबाकर भी सख्त किया जा सकता है।
इस विधि में, कांच को पोटेशियम नाइट्रेट के स्नान में रखा जाता है और उच्च तापमान पर गर्म किया जाता है - आमतौर पर 400°C (752°F) से अधिक।
यह "आयन एक्सचेंज" नामक चीज़ उत्पन्न करता है। यहीं पर तरल के पोटेशियम आयन और ठोस ग्लास के सोडियम आयन का आदान-प्रदान होता है। परिणाम एक सख्त "त्वचा" है, जो कांच को पुराने जूतों जितना सख्त बना देती है।
समय के साथ प्रक्रिया कैसे बदल गई है?
पहला ग्लास टेम्परिंग 1874 में प्रभावशाली ढंग से नामित फ्रेंकोइस बार्थेलेमी अल्फ्रेड रॉयर डे ला बास्टी द्वारा किया गया था, जिन्होंने मुश्किल से ठोस ग्लास को तेल या ग्रीस के गर्म स्नान में बुझाया था। यह रासायनिक सख्त बनाने की प्रक्रिया की शुरुआत थी जिसका उपयोग हम आज भी करते हैं।
In 1877, Friedrich Siemens outdid de la Bastie by pressing glass into cool moulds and leaving them to harden – an early version of the quenching process used in today's processing facilities.
प्रिंस रूपर्ट की बूँदें
राइन के राजकुमार रूपर्ट (1619-1682) एक व्यस्त व्यक्ति थे। एक अंग्रेजी-जर्मन सेना अधिकारी, एडमिरल, वैज्ञानिक और औपनिवेशिक गवर्नर होने के साथ-साथ, उन्होंने 1660 में प्रिंस रूपर्ट की बूंदों को इंग्लैंड में भी पेश किया।
ये टैडपोल के आकार के कांच के मोती हैं जिनकी गुणवत्ता उल्लेखनीय है। यदि आप पूंछ को काटते हैं, तो बूंद टुकड़े-टुकड़े हो जाती है। लेकिन बल्बनुमा सिर बार-बार हथौड़े के वार का सामना कर सकता है।
यह केवल विनिर्माण प्रक्रिया के पीछे के विज्ञान के कारण संभव है - जो आज के ग्लास को सख्त बनाने के करीब है।
प्रिंस रूपर्ट की बूंदें पिघले हुए कांच की बूंदों को ठंडे पानी में डालने से बनती हैं। यह तीव्र शीतलन एक कठोर कांच का बल्ब बनाता है जो भारी मात्रा में बल ले सकता है - 67,740 किग्रा तक।
ये कांच के मोती एक जिज्ञासा हैं। लेकिन वे हमें उस तरीके के बारे में कुछ बताते हैं जिससे कांच को बेहद सख्त बनाया जा सकता है - कुछ ऐसा जिसका उपयोग तब से सभी प्रकार की सेटिंग्स में हमारी सुरक्षा बढ़ाने के लिए किया जाता है।
हीट सोख परीक्षण क्या है?
जब भट्ठी में तड़का लगाया जाता है, तो कांच "निकल सल्फाइड समावेशन" नामक किसी चीज़ के प्रति संवेदनशील होता है। ये सूक्ष्म समावेशन हैं, जो समय के साथ आकार में बढ़ सकते हैं और सहज टूट-फूट का कारण बन सकते हैं।
ऐसा होने से रोकने के लिए, ग्लास प्रोसेसर और निर्माता हीट सोख परीक्षण नामक एक विधि अपनाते हैं। यह वह जगह है जहां कांच की चादरों को 250°C और 290°C (482°F और 554°F) के बीच के तापमान पर गर्म किया जाता है। यदि किसी शीट में निकेल सल्फाइड शामिल है, तो इसके टूटने की संभावना है और इसलिए इसे प्रचलन से बाहर कर दिया जाता है।
हीट सोख परीक्षण अचूक नहीं है। किसी समावेशन के लिए परीक्षण पास करना अभी भी संभव है और बहुत ही दुर्लभ मामलों में परिणाम स्वतःस्फूर्त बिखर जाता है। लेकिन टफेंड ग्लास खरीदते समय, सुनिश्चित करें कि आप ऐसे प्रोसेसर, निर्माता या आपूर्तिकर्ता को चुनें जो अपने पैकेज के हिस्से के रूप में हीट सोख परीक्षण प्रदान करता है।
क्या कड़े कांच को काटा जा सकता है?
कड़ा हुआ ग्लास विशेष रूप से डिज़ाइन किया गया है ताकि अगर ग्लास के भीतर बने तनाव टूट जाएं तो यह टूट जाए। इसका मतलब यह है कि एक बार सख्त करने की प्रक्रिया पूरी हो जाने के बाद, इसे काटा, ड्रिल या आकार नहीं दिया जा सकता है। फायरिंग से पहले ग्लास को ग्राहक की आवश्यकताओं के अनुसार काटा जाना चाहिए।
कठोर ग्लास और लेमिनेटेड ग्लास में क्या अंतर है?
टफन्ड ग्लास और लेमिनेटेड ग्लास दोनों ही सेफ्टी ग्लास के प्रकार हैं। हालाँकि, वे अलग तरह से निर्मित होते हैं।
लेमिनेटेड ग्लास में कांच की दो या दो से अधिक शीट होती हैं - जो अक्सर सख्त होती हैं - जिनके बीच में एक प्लास्टिक इंटरलेयर होती है। इसका मतलब यह है कि यदि आप लेमिनेटेड ग्लास की शीट से टकराएंगे तो वह टूटेगी नहीं। इसके बजाय, आपको एक विशिष्ट मकड़ी-जाल टूटने का पैटर्न मिलता है।
यदि आप भारी मात्रा में बल लगाते हैं, तो आप लेमिनेटेड ग्लास को तोड़ सकते हैं, लेकिन यह कभी नहीं टूटता। इसके बजाय, यह बड़े टुकड़ों में टूट जाता है जो इंटरलेयर द्वारा अपनी जगह पर टिके रहते हैं।
कठोर ग्लास और लेमिनेटेड ग्लास दोनों का उपयोग वास्तुशिल्प ग्लेज़िंग में किया जाता है लेकिन अलग-अलग उद्देश्यों के लिए। कुछ प्रकार के लेमिनेटेड ग्लास मजबूत होते हैं, वैसे ही दरवाजे, खिड़कियां और अन्य सुविधाएं भी मजबूत होती हैं जिन्हें व्यावहारिक रूप से अभेद्य बनाने की आवश्यकता होती है।
Final thoughts
अपनी स्थायित्व और मजबूती के कारण कड़ा हुआ ग्लास वास्तुशिल्प ग्लेज़िंग का एक प्रमुख हिस्सा है। हमें उम्मीद है कि इस लेख ने इसे कैसे बनाया जाता है और इसके गुणों के पीछे के विज्ञान पर थोड़ा प्रकाश डाला है।
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