Kas ir termiskais šoks?

Bojājums ir reakcija uz straujām un ārkārtējām temperatūras svārstībām, taču process ir nedaudz sarežģītāks par šo. Šoks ir termiskā gradienta rezultāts, kas norāda uz to, ka temperatūras izmaiņas notiek nevienmērīgi. Temperatūras izmaiņas izraisa objekta molekulārās struktūras paplašināšanos, jo vājinās saites, kas notur molekulas veidošanos. Termiskā gradienta esamība nozīmē, ka šī izplešanās notiek nevienmērīgi, un jo īpaši stikls ir ļoti neaizsargāts pret šo procesu.

Karsta stikla piemērā tas nozīmē, ka straujas temperatūras maiņas dēļ dažas stikla daļas ātri kļūst daudz karstākas nekā citas. Tas savukārt izraisa nevienmērīgu izplešanos, kas rada stresu molekulārajai struktūrai. Ja spriegums kļūst pietiekami liels, materiāla izturība tiek pārvarēta un stikls saplīst.

Gan keramika, gan stikls ir neaizsargāti pret šo procesu, daļēji tāpēc, ka tie nav labi siltumenerģijas vadītāji, kā arī tāpēc, ka tiem nav augsta stiepes izturība. Pat ja tā ir, šos materiālus bieži izmanto lietojumos, kuros ir izplatītas galējās temperatūras, jo tiem ir ļoti augsts kušanas punkts. Pēc tam problēma kļūst par to, kā novērst termisko šoku, vienlaikus saglabājot procesam nepieciešamās galējās temperatūras.

Stikla un keramikas triecienizturības uzlabošanu var panākt, uzlabojot materiāla izturību vai samazinot tā tendenci uz nevienmērīgu izplešanos. Viens no panākumu piemēriem šajā jomā ir Pyrex® — tāda stikla veida zīmols, kas patērētājiem ir visplašāk pazīstams kā virtuves piederumi, bet ko izmanto arī laboratorijas stikla trauku ražošanā. Stikla veidu, ko tradicionāli izmanto Pyrex® ražošanā, sauc par borsilikāta stiklu, jo tam ir pievienots bors, kas novērš triecienu, samazinot stikla izplešanās tendenci.

Ja ir jāpārbauda materiālu spēja izturēt galējās temperatūras, tie tiek pārbaudīti termiskā trieciena kamerā. Kamerā tie tiek pakļauti ātrai ārkārtējai karstai un aukstai temperatūrai, lai noteiktu temperatūru, kurā tiek pārvarēta materiāla stiepes izturība. Šāda veida testēšana tiek izmantota ļoti plašā nozaru diapazonā, tostarp sauszemes, gaisa un kosmosa kuģu izstrādē, kā arī rūpnieciskajā ražošanā.