钢材加入玻璃什么作用(物理钢化玻璃原理)

 新闻中心     |      2022年04月14日

剪刀剪窗花的见过不少,但你见过用剪刀剪玻璃的吗?你肯定在想这又是骗人的假把戏。但事实还真的就是这样,玻璃的确能用剪刀剪切,而且玻璃也不会破碎,这到底是怎么回事?

知微见著,以小见大,瞬间get最全面的科技新知识。我们先来看这个剪刀剪玻璃的实验,这个小哥准备了一盆水,一块不规则的玻璃、和一把剪刀,然后把玻璃放进水中,用剪刀剪,出乎意料的是玻璃真的被剪开了,而且也没有发生玻璃整个碎裂的情况,在小哥一顿操作下,原本形状不规则的玻璃轻易被修剪成了圆形,看完这个视频,有人带着怀疑的情绪自己进行了实验,结果还真的就剪开了,这也太颠覆我们的世界观了,到底是啥原因呢?

钢材加入玻璃什么作用(物理钢化玻璃原理)  第1张

我们都知道玻璃是非常坚硬的材料,科学家发现,一块固体材料如果开始裂缝愈少,也愈难使得裂缝扩大。高纯度的玻璃纤维,因表面裂缝少,其强度高达其他亚博AG官方材料的百倍或千倍。一块完全没有裂缝瑕疵的玻璃,在真空情况中,可以支持极大的压力,强过一般合金的十倍。

钢材加入玻璃什么作用(物理钢化玻璃原理)  第2张

所以玻璃的运用领域非常广甚至在航天飞行上都能见到它大面积的使用。但是常见的玻璃制品通常有一些肉眼看不出的微小裂缝和缺陷,因此稍微受力裂缝就会扩大,使已有裂缝断裂。就比如最常见的玻璃制品镜子,一旦受到力量击打就很容易破碎,还有生活中普通的窗户,经常有熊孩子踢球导致家装玻璃破碎,但这个实验中为啥玻璃在受到不规则的力的剪切并没有发生碎裂呢?

钢材加入玻璃什么作用(物理钢化玻璃原理)  第3张

其实玻璃是由一个个小的二氧化硅四面体单元结构串联起来的网状构造,在每一个二氧化硅四面体中,四个顶点是由氧原子构成,它们形成了结构的外包边,把中间的硅原子紧紧包裹起来,由此形成的共价键十分牢固,这也就是玻璃为什么这么硬的原因,所以工业切割玻璃一般都是使用硬度更大的钻石,但是这个共价键的牢固性也只是相对的,只要受到击打就会破碎。

钢材加入玻璃什么作用(物理钢化玻璃原理)  第4张

在这个剪刀剪玻璃的实验里我们往往被剪刀剪玻璃吸引,而忽略了其中另一个要素,真正使得玻璃被剪开还不破碎的关键物质是水,当玻璃泡在水中时它的网状构造中的硅原子就很容易受到氢氧根的吸引,从而形成新的共价键,导致自身的共价键失去物质支撑变得脆弱,此时在用剪刀进行裁剪,就很容易剪开。

钢材加入玻璃什么作用(物理钢化玻璃原理)  第5张

又因它被水包裹,原子反应不断,所以整体结构没有被破坏,玻璃没有碎裂,这个过程也被称为玻璃的水解。据美国能源部的材料化学家特里.哈尔斯克介绍,氢氧根的水解作用,可以使玻璃破裂所需的能量减少20倍。所以玻璃才会轻易地在水里被剪开。

你是不是觉得这样的切割方式非常好,而且再也不用浪费钻石这种贵重材料到工业上,导致现在钻石价格昂贵,都买不起送老婆。

钢材加入玻璃什么作用(物理钢化玻璃原理)  第6张

但是在水中切割并没有一定的规范性,在实验中你也可看出虽然玻璃被剪开了,但是玻璃边缘并不是平滑规整的,在水解过程中破坏了原子分布结构,所以它的精准度很难把控。在工业中并没有直接的全面应用,但是我们还是能经常看见它的身影,就比如最常见的水刀切割工艺,水刀学名叫高压水射流切割技术,顾名思义就是高速水流切割软性材料。

钢材加入玻璃什么作用(物理钢化玻璃原理)  第7张

如果再向水中加入适量的磨料,则几乎所有软硬材料来者不拒,统统切断。比如我们常见的翡翠原石切割,钢材切割、瓷砖切割等等,就连钻石在水刀面前都是待宰羔羊的命,不仅如此,水刀还是一项冷态切割技术,它和一般材料不会发生热效应,所以说也可以用其切割煤气罐、炸弹等危险物品,运用非常广泛。这个东西唯一的缺点就是0.05毫米的接口,容易发生损坏,所以使用时要经常更换,而且材料也要选择非常坚硬的材料。

钢材加入玻璃什么作用(物理钢化玻璃原理)  第8张

除了这个技术,水对切割玻璃还有用处,虽然整体放在水里切割不太好实现,但是制作玻璃的工人在切割玻璃时,会将水涂抹在刻刀划过的玻璃面上,使其更易折断。眼镜店在使用其他材料打磨镜片时也会不停地喷水,不仅是为了冲走玻璃渣,也可以让玻璃更易打磨。

由此可以看出在生活中还有非常多我们不清楚的科技知识等着我们发现,如果喜欢本期视频的话可以点赞、转发、评论、收藏,关注知微科普,知微见著,以小见大,瞬间get最全面的科技新知识。