Kemisk hærdet glas

Der er flere anvendelser for kemisk hærdet glas. Det kan typisk være, fordi man ønsker at beskytte en enhed med et stærkt og tyndt glas — det kunne være en touchskærm, der måske bruges i et krævende miljø. Det kan også være, når man har brug for et stærkt, tyndt glas, som skal beskytte en kameraløsning eller en sensor. F.eks. er de fleste mobiltelefoner i dag beskyttet af kemisk hærdet glas.

Alt glas kan ridses. Men kemisk hærdet glas har en højere ridseresistens end almindeligt glas. Derfor bruges det også ofte i hårde miljøer. En af fordelene ved kemisk hærdet glas er, at det er stærkt, selvom det er tyndt. Hvis man skal have glas med den højeste ridseresistens, er safirglas løsningen.

Kemisk hærdet glas fremstilles i et særligt opvarmet saltbad, hvor en kemisk proces sætter gang i en ion-bytningsproces. Her udskiftes mindre natrium-ioner med større kalium-ioner, så man så at sige tætner overfladen. Det gør glasset stærkere over for ridser, temperaturudsving, slag og tryk. Ofte bruger man også en særlig glastype, aluminosilikatglas, hvor saltbadet er endnu mere effektivt, og glasset bliver endnu stærkere. Man kan også kemisk hærde andre typer glas, men glasset skal gerne indeholde minimum 10% natrium.

Det er to forskellige måder at forarbejde glasset på, så det kommer an på opgaven. Generelt er tykkere glas bedst til termisk hærdning og tyndere glas bedst til kemisk hærdning — men mere herom nedenfor.

Termisk hærdet glas kan hærdes ned til 3 mm (2,8 mm). Glasset bliver 4-6 gange stærkere og tåler temperaturudsving op til 250°C (ved 280°C begynder glasset at afhærde (annealing), hvilket over tid betyder, at glasset ikke længere er hærdet). Hvis termisk hærdet glas går itu, granulerer det i små, uskarpe granulater, og derfor er termisk hærdet glas også kategoriseret som sikkerhedsglas.

Kemisk hærdet glas er bedst, når tynde glas skal styrkes, da kemisk hærdning er en overfladestyrkelse. Det medfører også, at overfladen bliver stærkere — altså mere ridsefast — end termisk hærdet glas, samtidig med at styrken i visse tilfælde øges op til 10 gange i forhold til et uhærdet glas. Kemisk hærdet glas tåler ligesom termisk hærdet glas en temperaturforskel på 250°C, men afhærder også over tid, hvis temperaturen ligger over 280°C. Hvis kemisk hærdet glas går itu, går det også i mindre stykker, men da disse ikke er uskarpe, kan glasset ikke godkendes som sikkerhedsglas. Det kan man dog løse ved at laminere glasset.

Plexiglas er et handelsnavn — det korrekte produktnavn er akryl/PMMA.

Slagstyrkemæssigt, i samme tykkelse (f.eks. 3 mm), er det stærkeste polycarbonat, herefter akryl, dernæst kemisk hærdet Kemirit, dernæst termisk hærdet glas og til sidst uhærdet sodalime-glas.

Glas er væsentligt mere modstandsdygtigt over for ridser. I relativ rangorden (hårdeste til blødeste): Kemirit (kemisk hærdet aluminosilikatglas), kemisk hærdet sodalime-glas, termisk hærdet sodalime-glas, uhærdet sodalime-glas, polycarbonat, akryl.

Temperatur: kemisk hærdet glas tåler op til 250°C, akryl op til 70-80°C.

Under kemisk hærdning lægges glasset i et specielt saltbad (oftest med kaliumsalt), hvor nogle af glassets små byggesten udskiftes med lidt større. Konkret byttes natrium-ioner i glasoverfladen ud med større kalium-ioner fra saltbadet. De større ioner fylder mere og presser glassets overflade sammen.

Når vi kemisk hærder glas, tilfører vi altså en høj trykspænding i glassets overflade. Denne overfladespænding fungerer som en form for “rustning”, der øger glassets modstand over for skader.

Mirit Glas fremstiller selv kemisk hærdet glas — som de eneste i Norden. Når de helt store glasfabrikker laver kemisk hærdet glas, er det typisk i meget store serier, f.eks. til mobiltelefonfirmaer. Mirit Glas kan fremstille kemisk hærdet glas i både mindre serier — f.eks. til prototyper — og i større serier, og altid i en facon tilpasset kundens behov.

Aluminosilikatglas er navnet på den glastype, hvor der ud over almindeligt sand er tilsat aluminiumoxid — normalt mellem 20% og 40% af glasset. Det gør, at glasset optager den kemiske hærdning bedre og hurtigere end andre typer glas. Derfor bliver aluminosilikatglas også stærkere efter kemisk hærdning end andre glastyper, man kan kemisk hærde.

Når man termisk hærder glas, påfører man kontrollerede spændinger i glasset ved at varme det op til +600°C og efterfølgende chokafkøle det. Overfladen køles meget hurtigere ned end kernen. Denne proces betyder, at der opstår permanente trykspændinger i overfladen og trækspændinger i kernen. Disse spændinger udløses, hvis man prøver at skære i glasset, og hele glasset bliver til små, uskarpe granulater.

Kemisk hærdning er en overfladestyrkelse, hvor man bytter mindre ioner ud med større ioner, og processen går kun et lille stykke ned i overfladen. Derfor er det muligt at skære i glasset efter kemisk hærdning — om end det kan være svært at styre, da der er kraftige spændinger i overfladen.

Nej, ikke helt. “Gorilla Glass” er et varemærke (fra Corning) for en bestemt aluminosilikat-råvare, der kemisk hærdes — altså ét konkret produkt. Kemisk hærdet glas er selve processen og produktkategorien. Mirit Glas bruger lignende aluminosilikat-råvarer (Kemirit), der egner sig lige så godt til kemisk hærdning. Det afgørende er glassets kemiske sammensætning, bl.a. et natriumindhold på minimum 10%.

Kemisk hærdning egner sig især til glas tyndere end 3 mm og kan udføres på glas helt ned til 0,1 mm i tykkelse. Glas tykkere end 3 mm kan også kemisk hærdes, men da det er en overfladestyrkelse, bliver den forholdsmæssige slag- og bøjestyrke mindre, jo tykkere glasset er. Man bevarer dog ridse- og temperaturresistensen. Til tykkere glas er termisk hærdning ofte et bedre valg.

Ja. Mirit Glas fremstiller selv kemisk hærdet glas — som de eneste i Norden — i alt fra prototyper og mindre serier til større serier, tilpasset kundens behov. Glas, der allerede er buet, kan også kemisk hærdes. Efter hærdning kan glasset slibes, skæres og bores, men de blottede kanter bliver ikke hærdede og reducerer styrken det pågældende sted.

Nej, ikke negativt. Fordi kemisk hærdning styrker glasset via ion-udveksling (udskiftning af ioner i overfladen) og ikke berører overfladen mekanisk, bevares den oprindelige optik. Den optiske kvalitet er derfor høj, hvilket gør glasset velegnet til skærme, kameraer, sensorer og andre løsninger, hvor klarhed er afgørende.

Ikke i sig selv. Kemisk hærdet glas splintrer som almindeligt glas — det granulerer ikke i små, uskarpe stykker som termisk hærdet glas — og kan derfor ikke alene godkendes som sikkerhedsglas. Skal det leve op til et sikkerhedskrav, kan man laminere det. Alternativt vælges termisk hærdet glas (mindst 3 mm), hvis det er afgørende, at glasset granulerer.

Selve ion-udvekslingen tager typisk 16-18 timer. Glasset sænkes ned i et kar med opvarmet, flydende kaliumnitrat, hvor mindre natrium-ioner i overfladen udskiftes med større kalium-ioner. Det skaber en trykzone (trykspænding) i overfladen og en trækzone i kernen — og det er trykzonen, der gør glasset stærkere. Bemærk, at dette er procestiden; den samlede leveringstid afhænger af opgaven.