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鋼化玻璃制作原理
- 回答：2 瀏覽：2156 提問時(shí)間：2007-06-14
- 鋼化玻璃制作的原理
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- 鋼化玻璃又稱強(qiáng)化玻璃，是一種預(yù)應(yīng)力玻璃。它是用物理的或化學(xué)的方法，在玻璃表面上形成一個(gè)壓應(yīng)力層，玻璃本身具有較高的抗壓強(qiáng)度，不會造成破壞。當(dāng)玻璃受到外力作用時(shí)，這個(gè)壓力層可將部分拉應(yīng)力抵消，避免玻璃的碎裂，雖然鋼化玻璃內(nèi)部處于較大的拉應(yīng)力狀態(tài)，但玻璃的內(nèi)部無缺陷存在，不會造成破壞，從而達(dá)到提高玻璃強(qiáng)度的目的。眾所周知，材料表面的微裂紋是導(dǎo)致材料破裂的主要原因。因?yàn)槲⒘鸭y在張力的作用下會逐漸擴(kuò)展，最后沿裂紋開裂。而玻璃經(jīng)鋼化后，由于表面存在較大的壓應(yīng)力，可使玻璃表面的微裂紋在擠壓作用下變得更加細(xì)微，甚至“愈合”。
鋼化玻璃是平板玻璃的二次加工產(chǎn)品，鋼化玻璃的加工可分為物理鋼化法和化學(xué)鋼化法。物理鋼化玻璃又稱為淬火鋼化玻璃。它是將普通平板玻璃在加熱爐中加熱到接近玻璃的軟化溫度（600℃）時(shí)，通過自身的形變消除內(nèi)部應(yīng)力，然后將玻璃移出加熱爐，再用多頭噴嘴將高壓冷空氣吹向玻璃的兩面，使其迅速且均勻地冷卻至室溫，即可制得鋼化玻璃。這種玻璃處于內(nèi)部受拉而外部受壓的應(yīng)力狀態(tài)，一旦局部發(fā)生破損，便會發(fā)生應(yīng)力釋放，玻璃被破碎成無數(shù)小塊，這些小的碎片沒有尖銳棱角，不易傷人。在鋼化玻璃的生產(chǎn)過程中，對產(chǎn)品質(zhì)量影響最大的當(dāng)是如何使玻璃形成較大而均勻的內(nèi)應(yīng)力。而對產(chǎn)量影響最大的則是如何防止炸裂和變形。
不論是上述哪個(gè)影響因素都與玻璃的加熱和冷卻條件密切相關(guān)。當(dāng)玻璃均勻加熱到鋼化溫度后驟然冷卻時(shí)，由于內(nèi)外層降溫速度的不同，表層急劇冷卻收縮，而內(nèi)層降溫收縮遲緩。結(jié)果內(nèi)層因被壓縮受壓應(yīng)力，表層受張應(yīng)力。隨著玻璃的繼續(xù)冷卻，表層已經(jīng)硬化停止收縮，而內(nèi)層仍在降溫收縮，直至到達(dá)室溫。這樣表層因受內(nèi)層的壓縮形成壓應(yīng)力，內(nèi)層則形成張應(yīng)力，并被永久的保留在鋼化玻璃中。由于玻璃是抗壓強(qiáng)而抗拉弱的脆性材料，當(dāng)超過抗張強(qiáng)度時(shí)玻璃即行破碎，所以內(nèi)應(yīng)力的大小及其分布形式是影響玻璃強(qiáng)度及炸裂的主要原因。另一種情況是玻璃在可塑狀態(tài)下冷卻時(shí)，不論是加熱不均，還是冷卻不均，只要在同一塊玻璃上有溫差，就會有不同的收縮量。在降至室溫時(shí)，溫度越高的地方降溫越多，收縮量越大，玻璃也就越短。相反溫度越低的地方降溫少，收縮量也小，玻璃也就長。一塊玻璃如各處長短不一則勢必發(fā)生板面翹曲。這樣我們就不難理解玻璃為什么會變形以及怎樣防止變形。
由于鋼化玻璃內(nèi)部的應(yīng)力分布已處于均衡的狀態(tài)，當(dāng)進(jìn)行切割、鉆孔等再加工時(shí)，因應(yīng)力平衡破壞而引起破碎，所以一般不允許進(jìn)行再加工。但是輕微的加工，例如對劃傷、彩虹等缺陷進(jìn)行拋光時(shí)，對產(chǎn)品性能并沒有多大影響。鋼化玻璃在熱處理完成以后及使用過程中有無直接外力的作用下會發(fā)生自行爆裂的現(xiàn)象。據(jù)國外研究統(tǒng)計(jì)，自爆率一般為0.1%～0.3％。引起自爆的主要原因是玻璃中硫化鎳（NiS）相變引起的體積膨脹所導(dǎo)致，自爆率一般為2％左右。解決自爆的對策主要有：控制鋼化應(yīng)力，均質(zhì)處理（HST）等。其中對玻璃進(jìn)行均質(zhì)處理是最有效且根本的辦法。均質(zhì)處理的有效性取決于均質(zhì)爐的性能及均質(zhì)工藝，必須重視爐內(nèi)玻璃放置方式、均質(zhì)溫度制度、爐內(nèi)氣流走向以及對均質(zhì)自爆機(jī)理及影響因素等。均質(zhì)處理（HST）是公認(rèn)的徹底解決自爆問題的有效方法。將鋼化玻璃再次加熱到290℃左右并保溫一定時(shí)間，使硫化鎳在玻璃出廠前完成晶相轉(zhuǎn)變，讓今后可能自爆的玻璃在工廠內(nèi)提前破碎。這種鋼化后再次熱處理的方法，國外稱作“HeatSoakTest”，簡稱HST。我國通常將其譯成“均質(zhì)處理”，也俗稱“引爆處理”。
鋼化玻璃強(qiáng)度高，其抗壓強(qiáng)度可達(dá)125MPa以上，比普通玻璃大4~5倍；抗沖擊強(qiáng)度也很高，用鋼球法測定時(shí)，1kg的鋼球從1m高度落下，玻璃可保持完好。鋼化玻璃的彈性比普通玻璃大得多，一塊l200mm×350mm×6mm的鋼化玻璃，受力后可發(fā)生達(dá)100mm的彎曲撓度，當(dāng)外力撤除后，仍能恢復(fù)原狀，而普通玻璃彎曲變形只能有幾毫米。熱穩(wěn)定性好，在受急冷急熱時(shí)，不易發(fā)生炸裂是鋼化玻璃的又一特點(diǎn)。這是因?yàn)殇摶ＡУ膲簯?yīng)力可抵銷一部分因急冷急熱產(chǎn)生的拉應(yīng)力之故。鋼化玻璃耐熱沖擊，最大安全工作溫度為288℃，能承受204℃的溫差變化。由于鋼化玻璃具有較好的機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性，所以在建筑工程、交通工具及其他領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用。平鋼化玻璃常用作建筑物的門窗、隔墻、幕墻及櫥窗、家具等，曲面玻璃常用于汽車、火車及飛機(jī)等方面。使用時(shí)應(yīng)注意的是鋼化玻璃不能切割、磨削，邊角不能碰擊擠壓，需按現(xiàn)成的尺寸規(guī)格選用或提出具體設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)加工定制。用于大面積的玻璃幕墻的玻璃在鋼化上要給予控制，選擇半鋼化玻璃，即其應(yīng)力不能過大，以避免受風(fēng)荷載引起震動而自爆。根據(jù)所用的玻璃原片不同，可制成普通鋼化玻璃、吸熱鋼化玻璃、彩色鋼化玻璃、鋼化中空玻璃等。
應(yīng)力特征成為鑒別真假鋼化玻璃的重要標(biāo)志。目前，在業(yè)內(nèi)鑒別鋼化玻璃與普通玻璃主要靠聽，也就是說用手敲擊玻璃，如果玻璃發(fā)出清脆響聲，則說明玻璃是鋼化玻璃，反之則為普通玻璃。
- 回答時(shí)間：2008-02-15
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- 鋼化玻璃又稱強(qiáng)化玻璃，是一種預(yù)應(yīng)力玻璃。它是用物理的或化學(xué)的方法，在玻璃表面上形成一個(gè)壓應(yīng)力層，玻璃本身具有較高的抗壓強(qiáng)度，不會造成破壞。當(dāng)玻璃受到外力作用時(shí)，這個(gè)壓力層可將部分拉應(yīng)力抵消，避免玻璃的碎裂，雖然鋼化玻璃內(nèi)部處于較大的拉應(yīng)力狀態(tài)，但玻璃的內(nèi)部無缺陷存在，不會造成破壞，從而達(dá)到提高玻璃強(qiáng)度的目的。眾所周知，材料表面的微裂紋是導(dǎo)致材料破裂的主要原因。因?yàn)槲⒘鸭y在張力的作用下會逐漸擴(kuò)展，最后沿裂紋開裂。而玻璃經(jīng)鋼化后，由于表面存在較大的壓應(yīng)力，可使玻璃表面的微裂紋在擠壓作用下變得更加細(xì)微，甚至“愈合”。
鋼化玻璃是平板玻璃的二次加工產(chǎn)品，鋼化玻璃的加工可分為物理鋼化法和化學(xué)鋼化法。物理鋼化玻璃又稱為淬火鋼化玻璃。它是將普通平板玻璃在加熱爐中加熱到接近玻璃的軟化溫度（600℃）時(shí)，通過自身的形變消除內(nèi)部應(yīng)力，然后將玻璃移出加熱爐，再用多頭噴嘴將高壓冷空氣吹向玻璃的兩面，使其迅速且均勻地冷卻至室溫，即可制得鋼化玻璃。這種玻璃處于內(nèi)部受拉而外部受壓的應(yīng)力狀態(tài)，一旦局部發(fā)生破損，便會發(fā)生應(yīng)力釋放，玻璃被破碎成無數(shù)小塊，這些小的碎片沒有尖銳棱角，不易傷人。在鋼化玻璃的生產(chǎn)過程中，對產(chǎn)品質(zhì)量影響最大的當(dāng)是如何使玻璃形成較大而均勻的內(nèi)應(yīng)力。而對產(chǎn)量影響最大的則是如何防止炸裂和變形。
不論是上述哪個(gè)影響因素都與玻璃的加熱和冷卻條件密切相關(guān)。當(dāng)玻璃均勻加熱到鋼化溫度后驟然冷卻時(shí)，由于內(nèi)外層降溫速度的不同，表層急劇冷卻收縮，而內(nèi)層降溫收縮遲緩。結(jié)果內(nèi)層因被壓縮受壓應(yīng)力，表層受張應(yīng)力。隨著玻璃的繼續(xù)冷卻，表層已經(jīng)硬化停止收縮，而內(nèi)層仍在降溫收縮，直至到達(dá)室溫。這樣表層因受內(nèi)層的壓縮形成壓應(yīng)力，內(nèi)層則形成張應(yīng)力，并被永久的保留在鋼化玻璃中。由于玻璃是抗壓強(qiáng)而抗拉弱的脆性材料，當(dāng)超過抗張強(qiáng)度時(shí)玻璃即行破碎，所以內(nèi)應(yīng)力的大小及其分布形式是影響玻璃強(qiáng)度及炸裂的主要原因。另一種情況是玻璃在可塑狀態(tài)下冷卻時(shí)，不論是加熱不均，還是冷卻不均，只要在同一塊玻璃上有溫差，就會有不同的收縮量。在降至室溫時(shí)，溫度越高的地方降溫越多，收縮量越大，玻璃也就越短。相反溫度越低的地方降溫少，收縮量也小，玻璃也就長。一塊玻璃如各處長短不一則勢必發(fā)生板面翹曲。這樣我們就不難理解玻璃為什么會變形以及怎樣防止變形。
由于鋼化玻璃內(nèi)部的應(yīng)力分布已處于均衡的狀態(tài)，當(dāng)進(jìn)行切割、鉆孔等再加工時(shí)，因應(yīng)力平衡破壞而引起破碎，所以一般不允許進(jìn)行再加工。但是輕微的加工，例如對劃傷、彩虹等缺陷進(jìn)行拋光時(shí)，對產(chǎn)品性能并沒有多大影響。鋼化玻璃在熱處理完成以后及使用過程中有無直接外力的作用下會發(fā)生自行爆裂的現(xiàn)象。據(jù)國外研究統(tǒng)計(jì)，自爆率一般為0.1%～0.3％。引起自爆的主要原因是玻璃中硫化鎳（NiS）相變引起的體積膨脹所導(dǎo)致，自爆率一般為2％左右。解決自爆的對策主要有：控制鋼化應(yīng)力，均質(zhì)處理（HST）等。其中對玻璃進(jìn)行均質(zhì)處理是最有效且根本的辦法。均質(zhì)處理的有效性取決于均質(zhì)爐的性能及均質(zhì)工藝，必須重視爐內(nèi)玻璃放置方式、均質(zhì)溫度制度、爐內(nèi)氣流走向以及對均質(zhì)自爆機(jī)理及影響因素等。均質(zhì)處理（HST）是公認(rèn)的徹底解決自爆問題的有效方法。將鋼化玻璃再次加熱到290℃左右并保溫一定時(shí)間，使硫化鎳在玻璃出廠前完成晶相轉(zhuǎn)變，讓今后可能自爆的玻璃在工廠內(nèi)提前破碎。這種鋼化后再次熱處理的方法，國外稱作“HeatSoakTest”，簡稱HST。我國通常將其譯成“均質(zhì)處理”，也俗稱“引爆處理”。
鋼化玻璃強(qiáng)度高，其抗壓強(qiáng)度可達(dá)125MPa以上，比普通玻璃大4~5倍；抗沖擊強(qiáng)度也很高，用鋼球法測定時(shí)，1kg的鋼球從1m高度落下，玻璃可保持完好。鋼化玻璃的彈性比普通玻璃大得多，一塊l200mm×350mm×6mm的鋼化玻璃，受力后可發(fā)生達(dá)100mm的彎曲撓度，當(dāng)外力撤除后，仍能恢復(fù)原狀，而普通玻璃彎曲變形只能有幾毫米。熱穩(wěn)定性好，在受急冷急熱時(shí)，不易發(fā)生炸裂是鋼化玻璃的又一特點(diǎn)。這是因?yàn)殇摶ＡУ膲簯?yīng)力可抵銷一部分因急冷急熱產(chǎn)生的拉應(yīng)力之故。鋼化玻璃耐熱沖擊，最大安全工作溫度為288℃，能承受204℃的溫差變化。由于鋼化玻璃具有較好的機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性，所以在建筑工程、交通工具及其他領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用。平鋼化玻璃常用作建筑物的門窗、隔墻、幕墻及櫥窗、家具等，曲面玻璃常用于汽車、火車及飛機(jī)等方面。使用時(shí)應(yīng)注意的是鋼化玻璃不能切割、磨削，邊角不能碰擊擠壓，需按現(xiàn)成的尺寸規(guī)格選用或提出具體設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)加工定制。用于大面積的玻璃幕墻的玻璃在鋼化上要給予控制，選擇半鋼化玻璃，即其應(yīng)力不能過大，以避免受風(fēng)荷載引起震動而自爆。根據(jù)所用的玻璃原片不同，可制成普通鋼化玻璃、吸熱鋼化玻璃、彩色鋼化玻璃、鋼化中空玻璃等。
應(yīng)力特征成為鑒別真假鋼化玻璃的重要標(biāo)志。目前，在業(yè)內(nèi)鑒別鋼化玻璃與普通玻璃主要靠聽，也就是說用手敲擊玻璃，如果玻璃發(fā)出清脆響聲，則說明玻璃是鋼化玻璃，反之則為普通玻璃。
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