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強化ガラスについて
- 化学的強化と物理的強化の両方が存在する強化ガラスについて、その仕組みや効果について詳しく教えてください。
- 化学的強化は、ナトリウムイオンをカリウムイオンに置き換えることで表面に圧縮応力の層を作り、ガラスの強度を向上させます。
- 物理的強化の風冷強化では、熱したガラスに冷風を当てて表面に圧縮層を作ることで強度を増します。ガラスの網目構造にはどのような変化が起きているのか詳しく教えてください。
- jakuhaimono
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- 化学
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No.1さんの答えで大体良いのですが、もう少し詳しく書いてみますね。 表面が先に冷えて縮んでも内部が後から縮めば同じように思えるかもしれませんが、ガラスは急冷と徐冷では性質が変わります。 ガラスにはガラス転移という現象があり、転移温度以上では液体（過冷却液体）、以下ではアモルファス固体になります。この前後で熱膨張係数が大きく変わり、転移温度以上では熱膨張は大きいです。 このガラス転移点は冷却速度によって変化し、急冷の場合には徐冷の時よりも高い温度になります。 温度が高いので網目が少し緩んだ状態のまま固まってしまうことになります。 内部は徐冷された状態になるので、もう少し低い温度でガラス転移を起こしますが、ガラス転移点以上では熱膨張が大きいことから、より網目が締まった状態で固まることになります。 この状態で冷えると、表面はイオン交換の化学強化のときにように網目が少し開いた状態になったものが内部の縮みに引きずられて圧縮状態になり、強化されることになります。 つまり急冷によりガラス転移がより高い温度で起きることが圧縮層形成の理由です。 検索すると参考URLが出てきました。
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- ORUKA1951
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ガラスは、「過冷却の液体」と言われるように、結晶構造を持っていません。 そして液体の常として温度によって体積が変わります。 また、明確な融点がないために温度が高いうちは多少の変形に追随できます。 もしゆっくり冷やしたなら、表面の粘度は高いのですが、内部が冷却するに従って表面も変形して追随していきます。 強化ガラスは表面を急激に冷却して固化させてしまうため、内部は高温で体積が大きいまま取り残されます。そして内部が固まるときは、本来の体積に縮まることが出来ずに引っ張られた状態で固定されてしまいます。破損するきっかけになる表面は常に強く引っ張られている。 同じガラスでも、石英ガラスは熱膨張係数が小さいために、熱衝撃に強いのですが、この方法では強化ガラスにはなりません。 また、コレール( https://www.google.com/images?hl=ja&q=%83R%83%8C%81%5B%83%8B )でよく知られている--二層ガラス--も表面に熱収縮の小さいガラスになっています。 ⇒コレールについて - ジャム瓶 ガラス瓶 販売 | ガラスびん.com( http://www.garasubin.com/about-corelle.php )
お礼
ありがとうございました。 モヤモヤしていた所が、明確になりました。