Kjemisk herdet glass – Det tynne, sterke produktet med fine, harde overflaten
Mirit Glas fremstiller kjemisk herdet glass til industrien.
Kjemisk herdet glass brukes bl.a. som beskyttelsesglass på elektroniske instrumenter, smarttelefoner, kameraer og lignende, hvor man har bruk for tynt glass med høy styrke og riperesistens. Denne typen glass kjennes av mange som ”gorilla glass”, men ”gorilla glass” er faktisk en spesifikk råvare (aluminiosilikat glass), som herdes og brukes til bl.a. smarttelefoner. Vi har lignende råvarer som også er svært godt egnet til kjemisk herding. Det er glassets kjemiske sammensetning som avgjør hvor egnet det er. Det skal bl.a. have et natriuminnhold på min. 10 % for å kunne herdes kjemisk.
Egenskaper
Dessuten er den optiske kvaliteten på kjemisk herdet glass svært god, fordi overflatene forsterkes av herdeprosessen uten å bli berørt mekanisk. Dermed bevarer man overflatens opprinnelige optikk.
Kjemisk herding er spesielt velegnet for glass som er tynnere enn 3 mm, og glass helt ned til 0,1 mm i tykkelsen kan herdes kjemisk. Glass som er tykkere enn 3 mm kan også herdes kjemisk, men da dette er en prosess som styrker overflaten, blir slag- og bøyestyrken forholdsmessig mindre jo tykkere glasset er. Du får likevel fremdeles resistens mot riper og temperaturforskjeller
MED KJEMISK HERDING OPPNÅR MAN GLASS MED:
- Forbedret slagstyrke
- Forbedret bøyestyrke
- Økt resistens over for temperaturendringer
- Forbedret ripefasthet
Bearbeiding
I motsetning til termisk herdet glass kan kjemisk herdet glass bearbeides etterpå. Man kan slipe, skjære og bore i det, men de kantene som blottlegges av slikt arbeid vil ikke være herdet, fordi glassets styrke blir redusert. Det er også mulig å kjemisk herde glass som allerede er buet i forskjellige fasonger.
Sikkerhet
Til tross for økt styrke overfor slag og bøying kan kjemisk herdet glass ikke kvalifiseres som et sikkerhetsglass. Det granulerer nemlig ikke som termisk herdet glass, men går derimot i stykker og splintrer som vanlig glass. Derfor bør du velge termisk herdet glass, hvis det er viktig at glasset granulerer. Og glassets tykkelse bør da være minst 3 mm.
Herdeprosessen
Når man herder glass kjemisk, setter man i gang en prosess der man styrker glassets overflate ved å bytte yt mindre natriumioner fra glassets overflate med større kaliumioner fra flytende kaliumnitrat. Utvekslingen tar 16-18 timer og aktiveres ved at man senker glasset ned i et kar med oppvarmede salter. Prosessen skaper en trykksone i glassets overflate og en trekksone i glassets kjerne, og da glass er sårbart over for trekkspenninger, gjør de permanente trykkspenningene i glassets overflate at man kan utsette tidspunktet for brudd.
Det finnes flere bruksområder for kjemisk herdet glass. Ofte handler det om at man vil beskytte en enhet med et sterkt og tynt glass – for eksempel en berøringsskjerm som skal brukes i et krevende miljø. Det kan også være når man trenger et sterkt, tynt glass som skal beskytte en kameraløsning eller en sensor. De fleste mobiltelefoner er i dag for eksempel beskyttet av kjemisk herdet glass.
Alt glass kan ripes. Men kjemisk herdet glass har høyere ripemotstand enn vanlig glass, og derfor brukes det ofte i tøffe miljøer. En av fordelene med kjemisk herdet glass er at det er sterkt selv om det er tynt. Hvis du trenger glass med høyest mulig ripemotstand, er safirglass løsningen
Kjemisk herdet glass lages i et spesielt oppvarmet saltbad, der en kjemisk prosess setter i gang et ionbytte. Her byttes mindre natriumioner ut med større kaliumioner, slik at man så å si tetter overflaten. Det gjør glasset sterkere mot riper, temperatursvingninger, slag og trykk. Ofte bruker man også en spesiell glasstype, aluminosilikatglass, der saltbadet er enda mer effektivt og glasset blir enda sterkere. Man kan også kjemisk herde andre typer glass, men glasset bør inneholde minst 10 % natrium.
Det er to forskjellige måter å bearbeide glasset på, så det kommer an på oppgaven. Generelt er tykkere glass best for termisk herding og tynnere glass best for kjemisk herding – men mer om det nedenfor.
Termisk herdet glass kan herdes ned til 3 mm (2,8 mm). Glasset blir 4–6 ganger sterkere og tåler temperatursvingninger opp til 250 °C (ved 280 °C begynner glasset å avherdes (annealing), noe som over tid betyr at glasset ikke lenger er herdet). Hvis termisk herdet glass knuses, går det i små, butte korn, og derfor klassifiseres termisk herdet glass også som sikkerhetsglass.
Kjemisk herdet glass er best når tynne glass skal forsterkes, ettersom kjemisk herding er en overflateherding. Det medfører også at overflaten blir sterkere – altså mer ripebestandig – enn termisk herdet glass, samtidig som styrken i enkelte tilfeller øker opptil 10 ganger sammenlignet med et uherdet glass. Kjemisk herdet glass tåler, akkurat som termisk herdet glass, en temperaturforskjell på 250 °C, men avherdes også over tid hvis temperaturen ligger over 280 °C. Hvis kjemisk herdet glass knuses, går det også i mindre biter, men siden disse ikke er butte, kan glasset ikke godkjennes som sikkerhetsglass. Det kan man imidlertid løse ved å laminere glasset.
Pleksiglass er et handelsnavn – det korrekte produktnavnet er akryl/PMMA.
Slagstyrkemessig, ved samme tykkelse (f.eks. 3 mm), er polykarbonat sterkest, deretter akryl, så kjemisk herdet Kemirit, så termisk herdet glass og til slutt uherdet sodalimeglass.
Glass er betydelig mer motstandsdyktig mot riper. I relativ rangering (hardest til mykest): Kemirit (kjemisk herdet aluminosilikatglass), kjemisk herdet sodalimeglass, termisk herdet sodalimeglass, uherdet sodalimeglass, polykarbonat, akryl.
Temperatur: kjemisk herdet glass tåler opp til 250 °C, akryl opp til 70–80 °C.
Ved kjemisk herding legges glasset i et spesielt saltbad (oftest med kaliumsalt), der noen av glassets små byggesteiner byttes ut med litt større. Konkret byttes natriumioner i glassoverflaten ut med større kaliumioner fra saltbadet. De større ionene tar mer plass og presser glassets overflate sammen.
Når vi kjemisk herder glass, tilfører vi altså en høy trykkspenning i glassets overflate. Denne overflatespenningen fungerer som en slags «rustning» som øker glassets motstand mot skader.
Mirit Glas lager selv kjemisk herdet glass – som de eneste i Norden. Når de virkelig store glassfabrikkene lager kjemisk herdet glass, skjer det vanligvis i svært store serier, for eksempel til mobiltelefonprodusenter. Mirit Glas kan lage kjemisk herdet glass både i mindre serier – for eksempel til prototyper – og i større serier, og alltid i en form som er tilpasset kundens behov.
Aluminosilikatglass er navnet på den glasstypen der det i tillegg til vanlig sand også er tilsatt aluminiumoksid – normalt mellom 20 % og 40 % av glasset. Det gjør at glasset tar opp den kjemiske herdingen bedre og raskere enn andre typer glass. Derfor blir aluminosilikatglass også sterkere etter kjemisk herding enn andre glasstyper som kan kjemisk herdes.
Termisk herdet: nei. Kjemisk herdet: ja, men det er vanskelig å styre.
Når man termisk herder glass, tilfører man kontrollerte spenninger i glasset ved å varme det opp til +600 °C og deretter sjokk-kjøle det. Overflaten kjøles ned betydelig raskere enn kjernen. Denne prosessen gjør at det oppstår permanente trykkspenninger i overflaten og strekkspenninger i kjernen. Disse spenningene utløses hvis man prøver å skjære i glasset, og hele glasset går i små, butte korn.
Kjemisk herding er en overflateherding der man bytter ut mindre ioner med større, og prosessen går bare et lite stykke ned i overflaten. Derfor er det mulig å skjære i glasset etter kjemisk herding – om enn det kan være vanskelig å styre, ettersom det er kraftige spenninger i overflaten.
Nei, ikke helt. «Gorilla Glass» er et varemerke (fra Corning) for en bestemt aluminosilikatråvare som herdes kjemisk – altså ett konkret produkt. Kjemisk herdet glass er selve prosessen og produktkategorien. Mirit Glas bruker liknende aluminosilikatråvarer (Kemirit) som egner seg like godt for kjemisk herding. Det avgjørende er glassets kjemiske sammensetning, blant annet et natriuminnhold på minst 10 %.
Kjemisk herding egner seg særlig for glass som er tynnere enn 3 mm, og kan utføres på glass helt ned til 0,1 mm i tykkelse. Glass tykkere enn 3 mm kan også herdes kjemisk, men siden det er en overflateherding, blir den forholdsmessige slag- og bøyestyrken mindre jo tykkere glasset er. Man beholder imidlertid ripe- og temperaturmotstanden. For tykkere glass er termisk herding ofte et bedre valg.
Ja. Mirit Glas lager selv kjemisk herdet glass – som de eneste i Norden – i alt fra prototyper og mindre serier til større serier, tilpasset kundens behov. Glass som allerede er buet, kan også herdes kjemisk. Etter herding kan glasset slipes, skjæres og bores, men de blottede kantene blir ikke herdet og reduserer styrken på det aktuelle stedet.
Nei, ikke negativt. Siden kjemisk herding forsterker glasset gjennom ionbytte (utveksling av ioner i overflaten) og ikke påvirker overflaten mekanisk, bevares den opprinnelige optikken. Den optiske kvaliteten er derfor høy, noe som gjør glasset godt egnet til skjermer, kameraer, sensorer og andre løsninger der klarhet er avgjørende.
Ikke i seg selv. Kjemisk herdet glass splintres i små biter – men ikke i små, butte biter slik som termisk herdet glass – og kan derfor ikke alene godkjennes som sikkerhetsglass. Skal det oppfylle et sikkerhetskrav, kan man laminere det. Alternativt velger man termisk herdet glass (minst 3 mm), hvis det er avgjørende at glasset går i korn.
Selve ionbyttet tar normalt 16–18 timer. Glasset senkes ned i et kar med oppvarmet, flytende kaliumnitrat, der mindre natriumioner i overflaten byttes ut med større kaliumioner. Det skaper en trykksone (trykkspenning) i overflaten og en strekksone i kjernen – og det er trykksonen som gjør glasset sterkere. Merk at dette er prosesstiden; den samlede leveringstiden avhenger av oppgaven.
