Prozessbeschreibung
Chemisch vorgespannte Gläser werden durch ein spezielles Verfahren gehärtet, bei dem das Glas in eine heiße Salzschmelze (meist Kaliumsalz) getaucht wird. In diesem Prozess tauschen die kleineren Natriumionen im Glas mit größeren Kaliumionen aus der Salzschmelze ihre Plätze. Dieser Ionenaustausch erzeugt eine Druckspannung an der Glasoberfläche, während der innere Bereich des Glases in Zugspannung bleibt. Das Resultat ist ein signifikant widerstandsfähigeres Glas, das jedoch optisch unverändert bleibt.
Vorteile
- Sehr hohe Biegezugfestigkeit und Oberflächenhärte
- Keine optischen Verzerrungen (im Gegensatz zu thermisch vorgespanntem Glas)
- Bearbeitung nach dem Vorspannen möglich (z. B. Schneiden oder Bohren)
- Ideal für sehr dünne Gläser geeignet
- Hohe chemische Beständigkeit
Nachteile
- Teurer als thermisch vorgespannte Gläser
- Zeitaufwändiger Herstellungsprozess
- Beschränkte Größe der Gläser, da sie in Bäder getaucht werden müssen
- Die Spannungszonen sind im Vergleich zu ESG dünner, was die Splittersicherheit reduziert
Anwendungsbeispiele
- Hochwertige Displays (z. B. Smartphones, Tablets)
- Optische Komponenten (z. B. Linsen, Filter)
- Laborgläser
- Architektur (z. B. Spezialverglasungen mit extremen Anforderungen)
- Flugzeugfenster und Fahrzeugverglasungen im Hochsicherheitsbereich
Toleranzen
- Dicken: ± 0,1 mm (je nach Ausgangsglas)
- Spannungstiefe: üblicherweise 20 bis 100 µm, je nach Prozessdauer und Glaszusammensetzung
- Oberflächenspannung: bis zu 900 MPa
Prüfmethoden
- Spannungsmessung mit Polarisationsmethoden (z. B. Polarisationsmikroskopie)
- Biege- und Bruchtests zur Festigkeitsprüfung
- Chemische Analyse des Ionenaustauschs (z. B. durch SIMS – Sekundärionenmassenspektrometrie)
Entwicklung
Das Verfahren des chemischen Vorspannens wurde ursprünglich für optische Gläser entwickelt, um höchste Oberflächenqualität mit erhöhter Bruchsicherheit zu kombinieren. In den letzten Jahrzehnten wurde die Technologie weiter optimiert, um sie auch für technische Anwendungen wie Displays und High-Tech-Komponenten nutzbar zu machen.
Zukunftsaussicht
Mit zunehmenden Anforderungen an ultradünne und gleichzeitig extrem widerstandsfähige Gläser wird das chemische Vorspannen immer wichtiger. Insbesondere in der Elektronik- und Medizintechnik wird die Nachfrage weiter steigen. Zudem wird an optimierten Salzschmelzen und effizienteren Prozessen geforscht, um Kosten zu senken und die Prozesszeiten zu verkürzen.
