Ako tlakové povrchové napätie v tvrdenom skle zlepšuje jeho odolnosť voči nárazom a tepelným šokom?

Tlakové povrchové napätie v tvrdenom skle výrazne zvyšuje jeho odolnosť voči nárazom a tepelným šokom, vďaka čomu je oveľa pevnejšie a odolnejšie ako nekalené alebo žíhané sklo. Funguje to takto:

Odolnosť proti nárazu:
Povrchová kompresia a pevnosť:
Počas procesu temperovania sa sklo zahreje na vysokú teplotu (okolo 620 – 700 °C) a potom sa prudko ochladí (chladí) prúdmi studeného vzduchu. Toto rýchle ochladenie spôsobuje, že vonkajšie vrstvy skla tuhnú rýchlejšie ako vnútorné vrstvy, čím vzniká tlakové napätie na povrchu a ťahové napätie vo vnútri.
Výsledný efekt: Tlakové napätie na povrchu pôsobí ako bariéra proti trhlinám. Pri náraze na tvrdené sklo tlakové napätie pomáha zabrániť šíreniu trhlín, pretože povrch je stlačený a menej pravdepodobné, že sa rozbije.
Odolnosť proti nárazu: To znamená tvrdené sklo je oveľa odolnejšia voči rozbitiu pri náraze. Aj keď na povrch pôsobí sila, tlakové napätie zabraňuje ľahkému prasknutiu skla. Ak sa praskliny vytvoria, bývajú malé a tupé, čím sa znižuje riziko poranenia v porovnaní s tradičným sklom, ktoré sa môže rozbiť na ostré črepy.

Odolnosť voči tepelnému šoku:
Diferenciálne chladenie:
Proces kalenia vytvára teplotný rozdiel medzi povrchom a jadrom skla. Povrch sa ochladzuje a zmršťuje rýchlejšie ako vnútorné vrstvy, čo vedie k nahromadeniu tlakového napätia na povrchu a ťahového napätia v jadre.
Tepelná rovnováha napätia: Sklo, ako väčšina materiálov, sa pri zahrievaní rozťahuje a pri ochladzovaní sťahuje. Ak je kus skla vystavený rýchlej zmene teploty (tepelnému šoku), vnútorné vrstvy sa chcú roztiahnuť alebo stiahnuť viac ako vonkajšie vrstvy.
Kompresia chráni pred tepelným šokom: V tvrdenom skle povrchové napätie v tlaku odoláva týmto vnútorným silám. Ak je sklo vystavené náhlej zmene teploty (napr. striekajúcej horúcej vode na studené okno), tlakové napätie pomáha zabrániť prasknutiu skla. Vnútornému ťahovému napätiu (ktoré by za normálnych okolností spôsobilo, že sklo je náchylnejšie na praskanie pri tepelnom namáhaní) pôsobí povrchová kompresia. To je dôvod, prečo tvrdené sklo vydrží oveľa vyššie teplotné rozdiely (často 3 až 4-krát väčšie ako žíhané sklo) bez praskania.

Celková zvýšená odolnosť:
Kombinácia povrchovej kompresie a vnútorného napätia robí tvrdené sklo tvrdším a odolnejším voči fyzickému aj tepelnému namáhaniu. Je schopný efektívnejšie absorbovať a rozdeľovať napätie, vďaka čomu je ideálny na použitie v aplikáciách, kde je kritická odolnosť proti nárazu a schopnosť zvládať výkyvy teplôt – ako sú okná áut, dvere rúry a sprchové kúty.