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Glaswissenschaft

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Das Geheimnis hinter hartem Glas: Ionenaustausch

Das Geheimnis hinter hartem Glas: Ionenaustausch

Wie kann modernes Hightech-Glas, das u.a. in Smartphones, Aufzügen und öffentlichen Internet-Terminals zum Einsatz kommt, so widerstandsfähig sein, dass es Fällen, Kratzern und Spritzern standhält?

Ein Grund dafür ist das Ionenaustauschverfahren, mit dem Glasoberflächen viel widerstandsfähiger gemacht werden.

So funktioniert es.

Gläser werden in eine Salzschmelze gebracht. Kaliumionen (elektrisch aufgeladene Partikel) in der Lösung dringen in die Glasoberfläche ein und ersetzen die ursprünglich im Glas enthaltenen kleineren Natriumionen. Kühlt das Glas ab, wird es durch die größeren Kaliumionen komprimiert und eine Druckspannungsschicht erzeugt, welche die widerstandsfähige Oberfläche bildet.

Stellen Sie sich das Konzept so vor: Ein dreieckiger Billard-Rack hält 15 Kugeln eng zusammen. Trotzdem lässt sich jede Kugel problemlos hin und her rollen. Ersetzen Sie die Kugeln durch etwas größere Tennisbälle, ist der Rack allerdings zu vollbepackt, so dass die Bälle nicht mehr rollen können. 

Seine Oberfläche ist durch die Kompression der Tennisbälle stärker geworden.

Die robuste Oberfläche von chemisch gehärtetem Glas ist ideal für Touchscreens, Geräte und andere, viel genutzte Anwendungen. Selbst kleinere Kerben und Kratzer können dem Glas nicht viel anhaben und führen nicht zu weiteren Rissen oder Sprüngen.

Die Zusammensetzung einiger hoch entwickelter Gläser hilft, das Risiko hierfür zu mindern – allerdings lassen sich alltägliche Gefahren in erster Linie mit der durch das Ionenaustauschverfahren gehärteten Oberfläche abwehren.

Forscher, die sich mit Glas beschäftigen, prüfen unentwegt die Spannung von Glas und verbessern sowohl dessen Zusammensetzung als auch chemische Härtungsverfahren, wie den Ionenaustausch. Ihr profundes Wissen über die Physik von Glasoberflächen, einschließlich Streuung, Komprimierung, Spannung und Widerstandsfähigkeit, wird in der Zukunft bestimmt noch widerstandsfähigeres Glas ermöglichen.

Erfahren Sie mehr über das Ionenaustauschverfahren in diesem Video:  The Glass Age, Part 2: Strong, Durable Glass.

Schauen Sie sich an, wie das Ionenaustauschverfahren funktioniert.