Техника - молодёжи 1997-04, страница 26

Андрей СМИРНОВ

О 3 Р Е Н И Е

ударить — начинают расти. Причем скорое ь этого роста сравнима со скоростью звука в стекле — несколько сотен м/с, отчего нам и кажется, что оно разлетается мгновенно.

Ученый понял и то, что чем меньше первоначальная трещина, тем большее напряжение нужно, чтобы она «пошла в рост» Именно поэтому сверхтонкие стеклянные волокна без внутренних дефектов действительно прочнее стальных.

Позже экспериментаторы установили: интервал скоростей разрушения стекла — 12 порядков, то есть оно может и моментально раскалываться и незаметно для глаза растрескиваться. Такое поведение объекта исследования превратило изучение роста трещин в увлекательное занятие для лиц с самым разным темпераментом. Кроме удовлетворения научного любопытства, полученные данные о деструкции силикатных материалов на атомном уровне помогли наити новые методы их упрочнения.

Еще в конце 20-х гг. был предложен способ воздушной закалки. Технология ее проста: после нагревания примерно до 700 С стеклянный лист интенсивно охлаждают воздухом с двух сторон. В результате на поверхности возникают напряжения

И только когда разбился графин, дети при смире и

— Дети, кто из вас разбил этот графин? И все дети стали говорить: это не я.

Михаил Зощенко, «Графин»

Это не я, оно само разбилось... Кто из нас не лепетал в детстве этих слов, где «оно» означало стекло.

На взгляд сугубого практика, стекло — самый хрупкий рукотоворный материал. Теоретики, напротив, уверяют, что челов! чество за всю свою историю не изобрело* ничего прочнее...

НЕМНОГО НАУКИ

По расчетам, при испытаниях на изгиб стекло должно оставлять далеко позади все коммерческие марки стали и разру

шаться под нагрузкой 12 ООО — 25 ООО МПа (запомните эти цифры, чтобы было с чем сравнивать дальше), тогда как металл с трудом выдерживает 2000 МПа. Но вот ре альные результаты куда скромнее — рубеж в 250 МПа обычному стеклу не преодолеть.

Расхождение теории и практики на два порядка породило массу объяснений и гипотез. Из них «проверку на прочность» выдержала лишь одна, высказанная еще в 1921 г. членом Королевского авиационного ведомства Великобритании А. Гриффитом. Он предположил, что в хрупкости силикатных изделий повинны микротрещины и другие мелкие внутренние и поверхностные дефекты, неизбежные при производстве. Они, как и гнилая сердцевина у дерева, ничем не выдают себя в нормальных условиях, но стоит приложить нагрузку или

сжатия, мешающие росту трещин и при ударе, и при статической нагрузке.

Но настоящий экспериментальный бум в исследовании прочности стекла начался в 60-х гг. К тому времени его хрупкость все чаще становилась помехой для конструкторов, желавших от этого материала особой устойчивости к растрескиванию. Было изучено, как влияет на прочность химический состав стекла, его толщина, условия проведения испытаний и т. п.

1. Основное назачение бокового остекления автомобиля - защита пассажиров о внешних воздействий, в том числе от ударов (а). Два полимерных слоя, нанесенных с тыльной стороны стекла, не позволяют пробить его насввозь (б). Цифрами обозначены: 1 — стекло; 2 — поликарбонат 3 — полиуретановая пленка.

Немало сил потратили также, чтобы прояснить молекулярный механизм ускорения роста трещин под воздействием воды. Она особенно вредит изделиям, так как постоянно присутствуе в атмосфере.

Оказывается, вода... реагирует со стеклом. Проникает в микроразлом, адсорби-руе ся на его дне» и вступает в химические реакции, в ходе которых в стекле разрываются связи между атомами кремния и кислорода, а в поляризованной молекуле воды — между кислородом и водородом. Реакция с водой снижает энергию разрыва связи кремний — кислород почти в 20 раз и потому ускоряет рост трещин По сути, этим свойством издавна поль-

24