M5 Thermisches Anlassen und chemisches Anlassen

Thema

Der praktische Widerstand dieses Glases, der durch seine Oberflächendefekte bereits eingeschränkt wird, wie von einem anderen Modell dieser Reihe beschrieben, kann gezielt erhöht werden, ohne dass diese Defekte beseitigt oder der theoretische Kohäsionswiderstand seiner eigenen Bindungen geändert werden müssen: Es reicht aus, auf der Oberfläche dieses Glases eine oberflächliche Druckspannung zu induzieren, die dieser Defekt überwinden muss, bevor sich der Riss, der darin entstehen könnte, unter Nettozug öffnet. Dass diese Oberflächendruckspannung zunächst überwunden werden muss, bevor ein Oberflächendefekt tatsächlich unter Spannung gesetzt wird, führt dazu, dass der scheinbare Widerstand dieses Glases zunimmt, obwohl sich weder seine Defekte noch sein theoretischer Kohäsionswiderstand überhaupt verändert haben.

Diese Oberflächendruckspannung kann vor allem durch thermisches Vorspannen induziert werden: eine schnelle und kontrollierte Abkühlung der noch heißen Oberfläche dieses Glases, die dazu führt, dass sich diese Oberfläche zusammenzieht und versteift, bevor das Innere des Glases, das noch heiß und immer noch fließfähig ist, erreicht wird. Die Tatsache, dass sich die Oberfläche vor diesem Innenraum zusammenzieht und versteift, bedeutet, dass der Innenraum, wenn er schließlich abkühlt und sich ebenfalls zusammenzuziehen versucht, durch eine Oberfläche eingeschränkt wird, die ihn nicht mehr begleiten kann, und dass dieses Ungleichgewicht genau die Oberfläche unter einer permanenten oberflächlichen Druckspannung zurücklässt.

Dieselbe Oberflächendruckspannung kann alternativ durch chemisches Tempern induziert werden: ein Ionenaustausch, bei dem die kleineren Natriumionen in der Nähe der Oberfläche dieses Glases durch größere Kaliumionen ersetzt werden, die aus einem Salzbad stammen, in das das Glas eingetaucht ist. Dass diese größeren Kaliumionen den Platz einnehmen, den zuvor diese kleineren Natriumionen innerhalb desselben Netzwerks eingenommen haben, führt dazu, dass dieser oberflächennahe Bereich versucht, mehr Volumen einzunehmen als zuvor, und da er durch das ihn umgebende Glas eingeschränkt wird, bleibt er unter derselben oberflächlichen Druckspannung. Die Tatsache, dass dieser Ionenaustausch über einen längeren Zeitraum anhält, bedeutet, dass er eine größere Tiefe der Ionenaustauschschicht erreicht und diese Oberflächendruckspannung weiter in das Innere des Glases hinein ausdehnt.

Unabhängig vom thermischen oder chemischen Prozess, der sie hervorgerufen hat, kann diese Oberflächendruckspannung nicht ohne ein Gegenstück existieren: Da das Glas als Ganzes im Spannungsgleichgewicht bleiben muss, wird dieselbe Oberflächendruckspannung durch eine Kernspannung ausgeglichen, eine Zugspannungszone, die das Innere des Glases unterhalb der komprimierten Schicht auf der Oberfläche einnimmt. Dadurch, dass die Oberflächendruckspannung in der Außenschicht größer ist, ist auch die entsprechende Kernspannung im Inneren größer, so dass das Spannungsgleichgewicht zwischen beiden Bereichen erhalten bleibt.

Aus diesem Grund macht dieses Modell mit dem scheinbaren Widerstand und der Oberflächendruckspannung, mit der es geöffnet wurde, deutlich, dass dieser Mechanismus nur den scheinbaren Widerstand dieses Glases erhöht und nicht seinen theoretischen Kohäsionswiderstand, der bereits, ohne dass eine Temperierung erforderlich ist, ein weiteres Modell dieses Sets darstellt. Die Tatsache, dass diese Oberflächendruckspannung und die damit verbundene Kernspannung im Glas eingefroren bleiben, bedeutet, dass ein anderes Modell dieses Satzes sie mithilfe der photoelastischen Doppelbrechung messen kann, ohne das Stück zu zerstören, und so bestätigt, ob die Härtung die gewünschte Größe und Verteilung der Eigenspannung erreicht hat; und es macht dieselbe Zone der Kernspannung auch zum Ursprung eines anderen Modells dieser Menge, das den spontanen Bruch beschreibt, der innerhalb dieser Zone die Ausdehnung eines im Glas eingeschlossenen Einschlusses bewirken kann.

ID:4527