Wie verbessert die Druckoberflächenspannung in gehärtetem Glas dessen Widerstandsfähigkeit gegenüber Stößen und Temperaturschocks?

Die kompressive Oberflächenspannung in gehärtetem Glas erhöht die Widerstandsfähigkeit gegenüber Stößen und Temperaturschocks erheblich und macht es dadurch viel stärker und langlebiger als nicht gehärtetes oder getempertes Glas. So funktioniert es:

Schlagfestigkeit:
Oberflächenkompression und Festigkeit:
Während des Härtungsprozesses wird Glas auf eine hohe Temperatur (ca. 620–700 °C) erhitzt und dann mit kalten Luftstrahlen schnell abgekühlt (abgeschreckt). Durch diese schnelle Abkühlung verfestigen sich die äußeren Schichten des Glases schneller als die inneren Schichten, wodurch Druckspannungen an der Oberfläche und Zugspannungen im Inneren entstehen.
Resultierende Wirkung: Die Druckspannung auf der Oberfläche wirkt als Barriere gegen Risse. Beim Aufprall auf gehärtetes Glas trägt die Druckspannung dazu bei, die Ausbreitung von Rissen zu verhindern, da die Oberfläche komprimiert wird und die Wahrscheinlichkeit eines Bruchs geringer ist.
Schlagfestigkeit: Das bedeutet gehärtetes Glas ist viel widerstandsfähiger gegen Bruch bei Stößen. Auch bei Krafteinwirkung auf die Oberfläche verhindert die Druckspannung, dass das Glas leicht bricht. Wenn sich Risse bilden, sind diese in der Regel klein und stumpf, was die Verletzungsgefahr im Vergleich zu herkömmlichem Glas, das in scharfe Scherben zersplittern kann, verringert.

Beständigkeit gegen Thermoschock:
Differenzkühlung:
Durch das Abschrecken entsteht ein Temperaturunterschied zwischen der Oberfläche und dem Kern des Glases. Die Oberfläche kühlt und zieht sich schneller zusammen als die inneren Schichten, was zu einem Aufbau von Druckspannungen an der Oberfläche und Zugspannungen im Kern führt.
Thermisches Spannungsgleichgewicht: Wie die meisten Materialien dehnt sich Glas bei Erwärmung aus und zieht sich bei Abkühlung zusammen. Wird ein Stück Glas einem schnellen Temperaturwechsel (Thermoschock) ausgesetzt, wollen sich die inneren Schichten stärker ausdehnen oder zusammenziehen als die äußeren Schichten.
Kompression schützt vor Thermoschock: Bei gehärtetem Glas widersteht die kompressive Oberflächenspannung diesen inneren Kräften. Wenn das Glas einer plötzlichen Temperaturänderung ausgesetzt ist (z. B. wenn heißes Wasser auf ein kaltes Fenster spritzt), verhindert die Druckspannung, dass das Glas bricht. Der inneren Zugspannung (die Glas normalerweise bei thermischer Belastung anfälliger für Risse machen würde) wird durch die Oberflächenkompression entgegengewirkt. Aus diesem Grund kann gehärtetes Glas viel höheren Temperaturunterschieden standhalten (oft drei- bis viermal größer als die von getempertem Glas), ohne zu reißen.

Insgesamt verbesserte Haltbarkeit:
Die Kombination aus Oberflächenkompression und innerer Spannung macht gehärtetes Glas widerstandsfähiger und widerstandsfähiger gegen physikalische und thermische Belastungen. Es ist in der Lage, Spannungen effizienter zu absorbieren und zu verteilen, was es ideal für den Einsatz in Anwendungen macht, bei denen Schlagfestigkeit und die Fähigkeit, Temperaturschwankungen zu bewältigen, von entscheidender Bedeutung sind – beispielsweise in Autofenstern, Ofentüren und Duschabtrennungen.