לגבי חיסום מתכת, כבר ניתנה תשובה בעבר. בקיצור: התהליך העיקרי המשמש לחיסום / חישול מתכות הוא חימום עד כדי ליבון, ואז ביצוע לפחות אחת מהפעולות הבאות:
- הפעלת לחץ חזק על הברזל המלובן (בימיינו באמצעות במפעלי פלדה הפעולה מבוצעת במצעות מכבש, בעבר או בימיינו בעת הכנת פריט שלא בייצור סדרתי, מכים בפטישים ומקבות על הפלדה המלובנת).
- קירור מהיר של המתכת המלובנת (באמצעות טבילה במים או שמן).
נפחים בימי הביניים, התמונה באדיבות ויקיפדיה
לגבי חיסום זכוכית – התהליך דומה – חימום לטמפרטורה גבוהה (600-800 מעלות) בה הזכוכית מלובנת ומרוככת, ואז קירור מהיר (בניגוד לזכוכית 'מורפית' בה הקירור הוא איטי שנמשך לעיתים יממה, באמצעות תנור הרפייה מיוחד שמוריד את הטמפרטורה באיטיות).
יש לזכור שגם מתכות וגם זכוכית נמצאים בשימוש האנושות כבר כמה אלפי שנים, ותהליכי החיסום שלהם התגלו בעבר בשיטה של 'ניסוי וטעייה/תעייה' (trial and error) כלומר הנפחים בזמני העבר, על פי האינטואיציה שלהם או סתם בשיטה של ניסוי עיוור גילו שהתהליכים הנ"ל יוצרים חומרים קשים יותר מכרגיל, וכך פותחו שיטות החישול (מעניין שהשיטות של חישול מתכת, התגלו בצורה בלתי תלויה על ידי נפחים במקומות שונים בעולם, כמו יפן, הודו, איטליה אנגליה). רק עם התקדמות חקר החומרים נוצרה ההבנה המדעית של התהליכים. (כלומר יש כאן מין מקרה מעניין של 'נעשה ונשמע' קודם פותח התהליך ורק שנים רבות אחר-כך הגיע ההבנה שלו). בהתבוננות במתכת בהגדלה גדולה (של מיקרוסקופ) ניתן לראות שהיא בנויי מבנה דמוי גרגירים/גרעינים (grains), הפעלת לחץ ו/או משטר קירור מהיר משנה את מבנה הגרגירים (מצופף את המבנה, למשל) וגורם להקשחת החומר.
בזכוכית – הקירור המהיר גורם לכך שהחלק החיצוני והחלק הפנימי של הזכוכית מתכווצים באופן שונה (בשונה מזכוכית המקוררת באיטיות, ובה אין מאמצים, והיא 'מורפית) מאמצי המתיכה הללו 'שמוטבעים' בזכוכית בזמן ייצורה הם הגורמים לה להיות קשה מזכוכית רגילה. עדות למאמצים שנמצאים בזכוכית מחוסמת אפשר לראות כאשר זכוכית מחוסמת נשברת:
זכוכית מחוסמת בתא טלפון שנופצה לאלפי שברים קטנים על ידי וונדליסטים, התמונה באדיבות ויקיפדיה.
בניגוד לזכוכית רגילה, השבר גורם לשיחרור כל הלחצים שהיו קיימים בין חלקי הזכוכית והיא מתנפצת, תמיד, לאלפי חלקים זעירים (ככל שהמתח בזכוכית גדול יותר, כך היא קשה יותר, וכך גודל החלקיקים קטן יותר – כאשר נשברת), בניגוד לזכוכית לא-מחוסמת שיכולה להישבר גם למספר קטן של שברים גדולים.
שברים בחלון זכוכית לא-מחוסמת , מעט שברים גדולים, התמונה באדיבות אתר ויקיפדיה.
תהליך דומה לחיסום בחום הוא חיסום כימי - מכניסים את הזכוכית לתוך תרכובת בשם אשלגן חנקתי - מותך. בזמן התהליך מוחלפים יוני הנתרן שנמצאים בזכוכית, ביוני אשלגן מהתרכובת. זה מתרחש עד עומק של כעשירית המילימטר. כיוון שיוני אשלגן גדולים ב-30% מיוני נתרן שנמצאים בדרך כלל בזכוכית, נוצרת שכבה חיצונית קשה וצפופה יותר. בחיסום בשיטה זו מתקבלים פני שטח עמידים יותר בהשוואה לחיסום בחימום וקירור, ובנוסף אפשר לחסם באמצעותה גם צורות מורכבות בלי חשש שהם יתנפצו בתהליך (תודה לד"ר שחר וולף על המידע על תהליך זה).
ישנם עוד 3 שיטות לחזק זכוכית, שלא קשורות לתהליך חיסום:
- להטביע רשת של חוטי פלדה בתוך הזכוכית בעת יצורה - הפלדה מחזקת את הזכוכית כמו מוטות הפלדה בתוך בטון מזויין, ומונעת התפזרות רסיסים בעת התנפצות הזכוכית (הזכוכית הזו מכונה בשם "זכוכית רשת" או "זכוכית מרושתת").
- להדביק לזכוכית פיסת פלסטיק שקוף – דביק (דמוי סרט סלוטייפ), משני צידיה. הפלסטיק מונע מהזכוכית להישרט ומונע, כאשר הזכוכית נשברת, מחלקיקי זכוכית מלהתפזר לכל עבר (זכוכית כזו נמצאת בחלונות של מכוניות ואוטובוסים).
- זכוכית משוריינת: נוצרת על ידי יצירת מבנה דמוי סנדוויץ' של זכוכית ופולימר שקוף חזק לסירוגין. שילוב החומרים משמש ליצור זכוכיות חסינות כדורים, המבנה השכבתי עוזר לספוג את האנרגיה של כדורים הנורים אליה, וגם אם הכדור חודר שכבה או שתיים הוא לא מנפץ כל השכבות.
מאת: ד"ר אבי סאייג
המחלקה לנוירוביולוגיה ומכון דוידסון לחינוך מדעי
מכון ויצמן למדע
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.
