¿Por qué el vidrio, a pesar de ser amorfo, suele romperse en superficies muy lisas?

Question

Cuando un material cristalino se rompe, suele hacerlo a lo largo de planos de su estructura cristalina. Como tal, esto es un resultado de su estructura microscópica.

Sin embargo, cuando el vidrio se rompe, las formas a lo largo de las cuales lo hace suelen ser también muy suaves, en lugar de ser muy irregulares o dentadas. Al ser amorfo, no cabe esperar que haya superficies lisas (de tamaño más que microscópico) a lo largo de las cuales los átomos se unen más débilmente que en otra dirección.

Una posibilidad que se me ocurre es que el vidrio real es localmente cristalino, y algunas superficies de unión más débil están realmente presentes en el material, y un vidrio ideal se comportaría de manera diferente.

Otra posibilidad es que, a diferencia de lo que ocurre en los materiales cristalinos, esto no sea resultado de su estructura microscópica, sino de su estructura macroscópica, es decir, de su forma: cuando el vidrio es golpeado, vibra de una manera constreñida por su forma. Vemos que las vibraciones armónicas en un sólido suelen tener formas muy suaves a lo largo de las cuales la amplitud es 0 (patrones nodales), como en Placas de Chladni

¿Alguien sabe cuál es el motivo real?

Answer 1

Lo que usted describe es el tipo de corte de fractura del material policristalino. Las superficies son lisas, pero la microanisotropía debida a los diversos granos puede verse en un microscopio electrónico de barrido.

Para un material sin siquiera una anisotropía microscópica, como es el caso del vidrio, la fractura se propaga a partir de una grieta inicial sólo siguiendo la concentración de esfuerzos.

Answer 2

Como ha mencionado PM 2Ring en un comentario, si la grieta se debe a un impacto mecánico (a diferencia del aumento gradual de la tensión más allá de un valor crítico), entonces la forma de la grieta se define por la forma de las ondas de choque / patrones de vibración, además de la estructura del material.

En los materiales cristalinos con planos naturales de separación este efecto contribuye muy poco a la forma final de la grieta, pero en los materiales amorfos como el vidrio da lugar a patrones de ondas de choque claramente visibles ( fractura concoidea ) que se propaga desde el punto de impacto inicial:

Los materiales policristalinos y los cristales sin planos de debilidad también producen grietas similares al impactar.

Answer 3

La tensión se concentra en la punta de una grieta o en una esquina interior. Véase este vídeo y este video . Obsérvese que en estas simulaciones la grieta no se propaga en una trayectoria perfectamente lisa. En la segunda simulación, las inhomogeneidades del medio afectan a la dirección de propagación.

Si examina la superficie expuesta de una fractura concoidea como ésta, verá ondulaciones a pequeña escala.

Estos pueden ser el resultado de inestabilidades en la dinámica de la propagación, y/o el resultado de inhomogeneidades en el medio.

Las matemáticas que describen la propagación de la grieta se pueden encontrar aquí . No es sencillo. Por lo general, los tres modos (apertura, cizallamiento en el plano y cizallamiento fuera del plano) se producen simultáneamente.