M5 Têmpera Térmica e Têmpera Química

Tópico

A resistência prática deste vidro, já limitada por seus defeitos superficiais, conforme descrito em outro modelo desta montagem, pode ser deliberadamente aumentada sem eliminar esses defeitos ou modificar a resistência coesiva teórica de suas ligações: basta induzir uma tensão compressiva superficial na superfície do vidro que o defeito deve superar antes que a trinca que ele poderia iniciar se abra sob tensão resultante. O fato de essa tensão compressiva superficial ter que ser superada antes que um defeito superficial seja efetivamente submetido à tensão aumenta a resistência aparente deste vidro, mesmo que nem seus defeitos nem sua resistência coesiva teórica tenham se alterado.

Essa tensão compressiva superficial pode ser induzida, em primeiro lugar, por têmpera térmica: um resfriamento rápido e controlado da superfície ainda quente do vidro, o que faz com que a superfície se contraia e endureça antes do interior do vidro, que ainda está quente e fluido. O fato de a superfície se contrair e endurecer antes do interior significa que, quando o interior finalmente esfria e também tenta se contrair, ele é restringido por uma superfície que não consegue mais acomodá-lo. Essa incompatibilidade deixa a superfície sob uma tensão compressiva permanente.

Alternativamente, essa mesma tensão compressiva pode ser induzida por têmpera química: um processo de troca iônica no qual os íons de sódio menores presentes perto da superfície do vidro são substituídos por íons de potássio maiores provenientes de um banho de sal no qual o vidro é imerso. Esses íons de potássio maiores, ocupando o espaço anteriormente ocupado pelos íons de sódio menores dentro da mesma estrutura cristalina, fazem com que a região próxima à superfície tente ocupar um volume maior do que antes. Sendo restringida pelo vidro circundante, ela é submetida a essa mesma tensão compressiva. O fato de essa troca iônica ser sustentada por um período mais longo permite uma maior profundidade da camada de troca iônica, estendendo a tensão compressiva superficial mais para dentro do vidro.

Independentemente do processo térmico ou químico que a induziu, essa tensão compressiva superficial não pode existir sem uma contraparte: como o vidro como um todo deve permanecer em equilíbrio de tensão, essa mesma tensão compressiva superficial é equilibrada pela tensão do núcleo, uma zona de tensão de tração localizada dentro do vidro, abaixo da camada comprimida da superfície. A maior tensão compressiva superficial na camada externa significa que a tensão correspondente no núcleo, no interior, também é maior, de modo que o equilíbrio de tensão entre ambas as zonas é mantido.

Portanto, este modelo, com a resistência aparente e a tensão compressiva superficial com que foi desenvolvido, deixa claro que este mecanismo apenas aumenta a resistência aparente deste vidro, e não a sua resistência coesiva teórica, que já está estabelecida, sem qualquer têmpera, por outro modelo desta montagem. O fato de esta tensão compressiva superficial e a tensão associada no núcleo estarem congeladas dentro do vidro permite que outro modelo neste conjunto as meça, sem destruir a peça, por meio de birrefringência fotoelástica, confirmando se a têmpera atingiu a magnitude e a distribuição de tensão residual que se procurava; e significa também que esta mesma zona de tensão no núcleo é precisamente a origem de mais um modelo neste conjunto, aquele que descreve a fratura espontânea que pode ser produzida, dentro dessa zona, pela expansão de uma inclusão aprisionada no vidro.

ID:4527