Erkundung der Unterschiede zwischen physikalischem Vorspannen und chemischem Verfestigen von Glas

Einführung:

Glas ist zu einem integralen Bestandteil unseres Lebens geworden und findet in verschiedenen Bereichen wie Elektronik, Möbel, Bauwesen und Transport Anwendung. Da Glas einer umfassenden Verarbeitung unterzogen wird, um Produkte wie AG-Glas, AR-Glas und dekoratives Glas herzustellen, steigt der Bedarf an erhöhter Festigkeit und Sicherheit. Hier kommt gehärtetes Glas, insbesondere AG-Glas, ins Spiel, das bei der Integration in fertige Geräte einen verbesserten Schutz bietet.

 

Schauen wir uns die Unterschiede zwischen physikalischem Vorspannen (als „PT“ bezeichnet) und chemischem Vorspannen (als „CS“ bezeichnet) von AG-Glas an, um ein besseres Verständnis zu erlangen:

 

Physikalische Temperierung: Festigkeit durch kontrollierte Kühlung

Bei der PT werden die physikalischen Eigenschaften und das Verhalten von Glas verändert, ohne dass sich dessen Elementzusammensetzung ändert. Durch die schnelle Abkühlung des Glases durch hohe Temperaturen kommt es zu einer schnellen Kontraktion der Oberfläche, wodurch eine Druckspannung entsteht. Währenddessen kühlt der Kern langsamer ab, was zu Zugspannungen führt. Diese Kombination führt zu einer höheren Gesamtfestigkeit des Glases. Die Kühlintensität wirkt sich direkt auf die Festigkeit des Glases aus, wobei höhere Kühlraten zu einer höheren Festigkeit führen.

Chemische Stärkung: Modifizierung der Zusammensetzung für mehr Widerstandsfähigkeit

CS hingegen verändert die Elementzusammensetzung des Glases. Es nutzt einen Niedertemperatur-Ionenaustauschprozess, bei dem kleinere Ionen in der Glasoberfläche durch größere Ionen aus einer Lösung ersetzt werden. Beispielsweise können Lithium-Ionen im Glas durch Kalium- oder Natrium-Ionen aus der Lösung ausgetauscht werden. Dieser Ionenaustausch erzeugt eine Druckspannung auf der Glasoberfläche, proportional zur Anzahl der ausgetauschten Ionen und zur Tiefe der Oberflächenschicht. CS ist besonders wirksam zur Verbesserung der Festigkeit von dünnem Glas, einschließlich gebogenem oder geformtem Glas.

Verarbeitungsparameter:

Physikalische Temperierung:

Verarbeitungstemperatur: Wird normalerweise bei Temperaturen zwischen 600 und 700 Grad (nahe dem Erweichungspunkt des Glases) durchgeführt.

Verarbeitungsprinzip: Schnelle Abkühlung führt zu Druckspannungen im Glasinneren.

Chemische Verstärkung:

Verarbeitungstemperatur: Wird bei Temperaturen zwischen 400 und 450 Grad durchgeführt.

Verarbeitungsprinzip: Ionenaustausch kleinerer Ionen in der Glasoberfläche mit größeren Ionen aus einer Lösung, gefolgt von Abkühlung, um Druckspannung zu erzeugen.

4. Verarbeitungsdicke:

Physikalisches Vorspannen: Geeignet für Glasstärken von 3 mm bis 35 mm. Haushaltsgeräte konzentrieren sich häufig auf gehärtetes Glas mit einer Dicke von etwa 3 mm und mehr.

Chemische Verstärkung: Wirksam für Glasdicken im Bereich von 0,15 mm bis 50 mm, wodurch es sich besonders für die Verstärkung von Glas mit einer Dicke von 5 mm oder weniger eignet. Es erweist sich als wertvolle Methode zur Verstärkung von unregelmäßig geformtem Dünnglas, insbesondere von Glas unter 3 mm.

 

Vorteile:

Physikalische Temperierung Kostengünstig: PT ist eine kostengünstigere Methode und eignet sich daher für die Produktion in großem Maßstab.

Hohe mechanische Festigkeit: PT führt zu Glas mit ausgezeichneter mechanischer Festigkeit, Thermoschockbeständigkeit (hält Temperaturen bis zu 287,78 Grad stand) und hoher Temperaturgradientenbeständigkeit (kann Änderungen bis zu 204,44 Grad standhalten).

Sicherheitsverbesserung: Windgekühltes gehärtetes Glas erhöht nicht nur die mechanische Festigkeit, sondern zersplittert beim Bruch auch in kleine Fragmente, wodurch das Verletzungsrisiko verringert wird.

 

 

Chemische Verstärkung:

Hohe Festigkeit und gleichmäßige Spannungsverteilung: CS produziert Glas mit deutlich höherer Festigkeit als normales Glas (5-10-mal stärker), erhöhter Biegefestigkeit (3-5-mal stärker) und verbesserter Schlagfestigkeit (5-10 mal belastbarer). CS bietet im Vergleich zu PT eine höhere Festigkeit und Sicherheit für Glas gleicher Dicke.

Überlegene Stabilität und Formbarkeit: CS gewährleistet eine gleichmäßige Spannungsverteilung, Stabilität und Maßhaltigkeit. Es behält seine Form ohne Verformung oder Verzerrung und verursacht keine optischen Verzerrungen. Es kann auf Glasprodukte mit verschiedenen komplexen Formen angewendet werden, darunter gebogene, zylindrische, kastenförmige und flache Designs.

Beständigkeit gegenüber thermischer Belastung: CS-behandeltes Glas weist eine 2-3-mal höhere Beständigkeit gegenüber schnellen Temperaturänderungen auf und hält Temperaturunterschieden von über 150 Grad stand, ohne zu zersplittern oder selbst zu explodieren.

Geeignet für dünnes Glas: CS eignet sich hervorragend zur Verstärkung von Glas mit einer Dicke von {{0}},2 mm bis 5,0 mm. Es liefert hervorragende Ergebnisse, ohne dass es zu Biegungen oder Verwerfungen kommt.

 

Nachteile:

Physikalische Temperierung:

Selbstexplosionsrisiko: Bei PT-behandeltem Glas kann es während der Verarbeitung, Lagerung, des Transports, der Installation oder des Gebrauchs zu einer Selbstexplosion kommen. Der Zeitpunkt der Selbstexplosion ist unvorhersehbar und liegt zwischen 1 und 5 Jahren nach der Behandlung. Sichtbare Defekte im Glas, wie Steine, Partikel, Blasen, Verunreinigungen, Kerben, Kratzer oder Kantendefekte sowie Schwefel-Nickel (NIS)-Verunreinigungen und heterogene Partikeleinschlüsse können eine Selbstexplosion auslösen.

Chemische Verstärkung:

Höhere Kosten: CS ist teurer als PT, wobei die Kosten um ein Vielfaches höher sind.

 

Anwendungen:

Physikalische Temperierung:

Weit verbreitet in Anwendungen, die eine hohe mechanische Festigkeit und Sicherheit erfordern, wie z. B. Vorhangfassaden, Fassadenfenster, Innentrennwände, Möbel, Haushaltsgeräte und Trennwände, die sich in der Nähe starker Wärmequellen befinden oder schnellen Temperaturschwankungen ausgesetzt sind.

Chemische Verstärkung:

Wird hauptsächlich in elektronischen Anzeigeprodukten wie Monitoren, Fernsehern, Tablets und Smartphones als Bildschirmschutzplatten verwendet. Es bietet eine hervorragende Widerstandsfähigkeit gegen Beschädigungen und Stöße.

 

Abschluss:

Sowohl physikalische Vorspann- als auch chemische Härtungsverfahren spielen eine wichtige Rolle bei der Verbesserung der Festigkeit und Sicherheit von AG-Glas. Physikalisches Vorspannen bietet kostengünstige Optionen mit vielfältigen Einsatzmöglichkeiten, während chemisches Vorspannen überlegene Festigkeit, gleichmäßige Spannungsverteilung und hervorragende Formbarkeit bietet, was es zur idealen Wahl für dünnes Glas und elektronische Displays macht. Das Verständnis der Unterschiede zwischen diesen beiden Methoden ermöglicht fundierte Entscheidungen bei der Auswahl des am besten geeigneten Ansatzes auf der Grundlage spezifischer Anforderungen und Produkteigenschaften.