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鋼化玻璃制作原理
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- 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(huì)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(wú)缺陷存在，不會(huì)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(huì)逐漸擴(kuò)展，最后沿裂紋開(kāi)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(guò)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(huì)發(fā)生應(yīng)力釋放，玻璃被破碎成無(wú)數(shù)小塊，這些小的碎片沒(méi)有尖銳棱角，不易傷人。在鋼化玻璃的生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)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(duì)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(guò)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(huì)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(zhǎng)。一塊玻璃如各處長(zhǎng)短不一則勢(shì)必發(fā)生板面翹曲。這樣我們就不難理解玻璃為什么會(huì)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(duì)劃傷、彩虹等缺陷進(jìn)行拋光時(shí)，對(duì)產(chǎn)品性能并沒(méi)有多大影響。鋼化玻璃在熱處理完成以后及使用過(guò)程中有無(wú)直接外力的作用下會(huì)發(fā)生自行爆裂的現(xiàn)象。據(jù)國(guó)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(duì)策主要有：控制鋼化應(yīng)力，均質(zhì)處理（HST）等。其中對(duì)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(duì)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(wèn)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(guó)外稱作“HeatSoakTest”，簡(jiǎn)稱HST。我國(guó)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(cè)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(mén)窗、隔墻、幕墻及櫥窗、家具等，曲面玻璃常用于汽車(chē)、火車(chē)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(guò)大，以避免受風(fēng)荷載引起震動(dòng)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(tīng)，也就是說(shuō)用手敲擊玻璃，如果玻璃發(fā)出清脆響聲，則說(shuō)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(huì)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(wú)缺陷存在，不會(huì)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(huì)逐漸擴(kuò)展，最后沿裂紋開(kāi)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(guò)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(huì)發(fā)生應(yīng)力釋放，玻璃被破碎成無(wú)數(shù)小塊，這些小的碎片沒(méi)有尖銳棱角，不易傷人。在鋼化玻璃的生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)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(duì)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(guò)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(huì)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(zhǎng)。一塊玻璃如各處長(zhǎng)短不一則勢(shì)必發(fā)生板面翹曲。這樣我們就不難理解玻璃為什么會(huì)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(duì)劃傷、彩虹等缺陷進(jìn)行拋光時(shí)，對(duì)產(chǎn)品性能并沒(méi)有多大影響。鋼化玻璃在熱處理完成以后及使用過(guò)程中有無(wú)直接外力的作用下會(huì)發(fā)生自行爆裂的現(xiàn)象。據(jù)國(guó)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(duì)策主要有：控制鋼化應(yīng)力，均質(zhì)處理（HST）等。其中對(duì)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(duì)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(wèn)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(guó)外稱作“HeatSoakTest”，簡(jiǎn)稱HST。我國(guó)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(cè)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(mén)窗、隔墻、幕墻及櫥窗、家具等，曲面玻璃常用于汽車(chē)、火車(chē)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(guò)大，以避免受風(fēng)荷載引起震動(dòng)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(tīng)，也就是說(shuō)用手敲擊玻璃，如果玻璃發(fā)出清脆響聲，則說(shuō)明玻璃是鋼化玻璃，反之則為普通玻璃。
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