Enthüllung des Mechanismus sowie der Vor- und Nachteile der physischen Temperierung

Chemisches Vorspannen ist ein Verfahren zur Erhöhung der Festigkeit und thermischen Stabilität von Glas. Dabei wird das Glas bis nahe an seine Erweichungstemperatur erhitzt und anschließend mit gasförmigen oder flüssigen Medien schnell abgekühlt. Es gibt zwei gängige Methoden des chemischen Vorspannens: Vorspannen mit gasförmigem Medium und Vorspannen mit flüssigem Medium.

Temperierung des Gasmediums:

Das Tempern von Gasmedien, auch Luftkühlungstemperierung genannt, umfasst Methoden wie horizontales Luftkissentemperieren, horizontales Walzentemperieren und vertikales Tempern. Bei diesem Verfahren wird das Glas auf eine Temperatur nahe seinem Erweichungspunkt (ca. 650-700 Grad) erhitzt und dann von beiden Seiten einem schnellen Luftstrom ausgesetzt, um es schnell abzukühlen. Dieses Verfahren erhöht die mechanische Festigkeit und thermische Stabilität des Glases. Die wesentliche Voraussetzung für den Abkühlungsprozess ist eine schnelle und gleichmäßige Abkühlung, um eine gleichmäßige Spannungsverteilung im Glas zu erreichen. Um eine gleichmäßige Kühlung zu erreichen, muss das Kühlgerät die Wärme effektiv ableiten, die Entfernung gelegentlicher Glassplitter erleichtern und den Lärm minimieren.

Vorteile und Nachteile:

Die Temperierung von Gasmedien hat mehrere Vorteile. Es ist kostengünstig und ermöglicht hohe Produktionsmengen. Das mit dieser Methode hergestellte gehärtete Glas weist eine hohe mechanische Festigkeit, Beständigkeit gegen Temperaturschocks (die maximale sichere Arbeitstemperatur kann 287,78 Grad erreichen) und eine hohe Beständigkeit gegenüber Temperaturgradienten (es hält bis zu 204,44 Grad stand) auf. Darüber hinaus zerbricht gasgehärtetes Glas beim Zerbrechen in kleine Stücke, wodurch das Verletzungsrisiko verringert wird. Diese Methode stellt jedoch bestimmte Anforderungen an die Glasdicke und -form (typischerweise eine Mindestdicke von etwa 3 mm für im Inland hergestellte Geräte). Es hat außerdem langsamere Abkühlraten, einen höheren Energieverbrauch und ist nicht für Anwendungen geeignet, die eine hochpräzise optische Qualität erfordern, insbesondere für dünnes Glas.

Anwendungen:

Luftkühlungstemperierung wird häufig in der Automobil-, Schifffahrts- und Bauindustrie eingesetzt.

Temperierung flüssiger Medien:

Beim Tempern mit flüssigen Medien, auch Flüssigkeitskühlung genannt, wird das Glas bis zu seinem Erweichungspunkt erhitzt und dann schnell in ein Kühlmedium eingetaucht. Das Kühlmedium kann eine Mischung aus Salzwasser wie Kaliumnitrat, Natriumnitrat oder einer Kombination daraus sein. Als Kühlmedium kann auch Mineralöl verwendet werden, dem Mineralöl können Zusätze wie Toluol oder Tetrachlorkohlenstoff zugesetzt werden. Es können auch spezielle Abschrecköle oder Silikonöle verwendet werden. Beim Tempern mit flüssigen Medien kann es zu Spannungsungleichmäßigkeiten und daraus resultierenden Rissen kommen, da die Glaskanten zuerst in den Kühltank gelangen. Um dieses Problem zu lösen, kann vor dem Eintauchen des Glases in das flüssige Medium ein Vorkühlprozess mittels Luftkühlung oder Flüssigkeitssprühen eingesetzt werden. Bei einer anderen Methode wird das Glas in einen Tank mit Wasser und einer organischen Lösung gestellt, wobei die organische Lösung auf dem Wasser schwimmt. Wenn das erhitzte Glas in den Tank gegeben wird, kühlt die organische Lösung das Glas vor, indem sie einen Teil der Wärme absorbiert, bevor es im Wasser schnell abkühlt.

Vorteile und Nachteile:

Die Temperierung flüssiger Medien bietet mehrere Vorteile. Aufgrund der hohen spezifischen Wärme und der hohen Verdampfungswärme des Wassers wird die für die Kühlung erforderliche Menge deutlich reduziert, was zu einem geringeren Energieverbrauch und geringeren Kosten führt. Diese Methode bietet schnelle Abkühlung, hohe Sicherheitsleistung und minimale Verformung. Da das Glas jedoch nach dem Erhitzen in das flüssige Medium eingebracht wird, kann es bei großen Glasscheiben zu einer ungleichmäßigen Erwärmung kommen, die sich auf die Qualität und Ausbeute auswirken kann.

Anwendungen:

Das Vorspannen mit flüssigen Medien eignet sich vor allem zum Vorspannen dünner Gläser mit kleinen Oberflächen, wie z. B. Brillen, Glas für LCD-Bildschirme und Glas für optische Instrumente und Geräte.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass chemische Vorspannmethoden, ob mit gasförmigen oder flüssigen Medien, eine entscheidende Rolle bei der Erhöhung der Festigkeit und thermischen Stabilität von Glas spielen. Jede Methode hat ihre Vorteile und Einschränkungen, wodurch sie für bestimmte Anwendungen geeignet ist. Die Temperierung von Gasmedien, auch Luftkühlungstemperierung genannt, ist kostengünstig und wird häufig in Branchen wie der Automobil-, Schifffahrts- und Baubranche eingesetzt. Es bietet eine hohe mechanische Festigkeit und Beständigkeit gegen Temperaturschocks und erzeugt beim Bruch gleichzeitig kleine und sicherere Glasfragmente. Es unterliegt jedoch Einschränkungen hinsichtlich der Glasdicke und -form, langsameren Abkühlraten und einem höheren Energieverbrauch und ist nicht ideal für Anwendungen, die eine hohe optische Qualität erfordern.

Andererseits bietet die Temperierung flüssiger Medien oder Flüssigkeitskühlung Vorteile wie einen geringeren Energieverbrauch, eine schnelle Abkühlung, eine hohe Sicherheitsleistung und eine minimale Verformung. Es eignet sich besonders zum Härten von dünnen Gläsern mit kleinen Oberflächen, wie z. B. Brillen, LCD-Bildschirmglas und Glas für optische Instrumente. Durch die sorgfältige Auswahl des Kühlmediums und den Einsatz von Vorkühltechniken können ungleichmäßige Erwärmung und mögliche Risse minimiert werden. Allerdings erfordert der Prozess möglicherweise spezielles Fachwissen und Prozesskontrolle, um ein wirksames Temperiersystem einzurichten.

Insgesamt verleihen chemische Vorspannmethoden dem Glas eine höhere Festigkeit und thermische Stabilität, wodurch es für verschiedene industrielle Anwendungen geeignet ist. Die Wahl zwischen dem Vorspannen mit gasförmigen Medien und dem Vorspannen mit flüssigen Medien hängt von Faktoren wie den gewünschten Eigenschaften des gehärteten Glases, der Größe und Form des Glases sowie den spezifischen Anforderungen der Anwendung ab. Diese Methoden werden ständig weiterentwickelt und verbessert und tragen in zahlreichen Bereichen zur Entwicklung stärkerer und sichererer Glasprodukte bei.