Jak tlakové povrchové napětí v tvrzeném skle zlepšuje jeho odolnost proti nárazu a tepelnému šoku?

Tlakové povrchové napětí v tvrzeném skle výrazně zvyšuje jeho odolnost proti nárazu i tepelnému šoku, díky čemuž je mnohem pevnější a odolnější než sklo netvrzené nebo žíhané. Funguje to takto:

Odolnost proti nárazu:
Povrchová komprese a pevnost:
Během procesu kalení se sklo zahřeje na vysokou teplotu (kolem 620–700 °C) a poté se prudce ochladí (zchladí) proudy studeného vzduchu. Toto rychlé ochlazení způsobuje, že vnější vrstvy skla tuhnou rychleji než vnitřní vrstvy, což vytváří tlakové napětí na povrchu a tahové napětí v interiéru.
Výsledný efekt: Tlakové napětí na povrchu působí jako bariéra proti trhlinám. Při nárazu na tvrzené sklo tlakové napětí pomáhá zabránit šíření trhlin, protože povrch je stlačen a je méně pravděpodobné, že se rozbije.
Odolnost proti nárazu: To znamená tvrzené sklo je mnohem odolnější proti rozbití při nárazu. I když je na povrch aplikována síla, tlakové napětí zabraňuje snadnému prasknutí skla. Pokud se trhliny přece jen vytvoří, bývají malé a tupé, což snižuje riziko poranění ve srovnání s tradičním sklem, které se může roztříštit na ostré střepy.

Odolnost proti tepelnému šoku:
Diferenciální chlazení:
Proces kalení vytváří teplotní rozdíl mezi povrchem a jádrem skla. Povrch se ochlazuje a smršťuje rychleji než vnitřní vrstvy, což vede k nahromadění tlakového napětí na povrchu a tahového napětí uvnitř jádra.
Tepelné namáhání: Sklo, stejně jako většina materiálů, se při zahřívání roztahuje a při ochlazení smršťuje. Pokud je kus skla vystaven rychlé změně teploty (tepelnému šoku), vnitřní vrstvy se chtějí roztahovat nebo smršťovat více než vnější vrstvy.
Komprese chrání před tepelným šokem: V tvrzeném skle odolává tlakové povrchové napětí těmto vnitřním silám. Pokud je sklo vystaveno náhlé změně teploty (např. stříkání horké vody na studené okno), tlakové napětí pomáhá zabránit prasknutí skla. Vnitřní tahové napětí (které by normálně způsobilo, že sklo je náchylnější k praskání při tepelném namáhání) je potlačeno povrchovým stlačením. To je důvod, proč tvrzené sklo vydrží mnohem vyšší teplotní rozdíly (často 3 až 4krát větší než žíhané sklo), aniž by prasklo.

Celková zvýšená odolnost:
Kombinace povrchové komprese a vnitřního napětí činí tvrzené sklo houževnatějším a odolnějším vůči fyzickému i tepelnému namáhání. Je schopen efektivněji absorbovat a distribuovat napětí, díky čemuž je ideální pro použití v aplikacích, kde je kritická odolnost proti nárazu a schopnost zvládat teplotní výkyvy – jako jsou okna automobilů, dveře trouby a sprchové kouty.