鋼化玻璃強化原理及性能介紹

　　鋼化玻璃又稱強化玻璃，是一種預應力玻璃。它是用物理的或化學的方法，在玻璃表面上形成一個壓應力層，玻璃本身具有較高的抗壓強度，不會造成破壞。當玻璃受到外力作用時，這個壓力層可將部分拉應力抵消，避免玻璃的碎裂，雖然鋼化玻璃內部處于較大的拉應力狀態，但玻璃的內部無缺陷存在，不會造成破壞，從而達到提高玻璃強度的目的。眾所周知，材料表面的微裂紋是導致材料破裂的主要原因。因為微裂紋在張力的作用下會逐漸擴展，最后沿裂紋開裂。而玻璃經鋼化后，由于表面存在較大的壓應力，可使玻璃表面的微裂紋在擠壓作用下變得更加細微，甚至“愈合”。  


　　鋼化玻璃是平板玻璃的二次加工產品，鋼化玻璃的加工可分為物理鋼化法和化學鋼化法。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，通過自身的形變消除內部應力，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。這種玻璃處于內部受拉而外部受壓的應力狀態，一旦局部發生破損，便會發生應力釋放，玻璃被破碎成無數小塊，這些小的碎片沒有尖銳棱角，不易傷人。在鋼化玻璃的生產過程中，對產品質量影響最大的當是如何使玻璃形成較大而均勻的內應力。而對產量影響最大的則是如何防止炸裂和變形。  


　　不論是上述哪個影響因素都與玻璃的加熱和冷卻條件密切相關。當玻璃均勻加熱到鋼化溫度后驟然冷卻時，由于內外層降溫速度的不同，表層急劇冷卻收縮，而內層降溫收縮遲緩。結果內層因被壓縮受壓應力，表層受張應力。隨著玻璃的繼續冷卻，表層已經硬化停止收縮，而內層仍在降溫收縮，直至到達室溫。這樣表層因受內層的壓縮形成壓應力，內層則形成張應力，并被永久的保留在鋼化玻璃中。由于玻璃是抗壓強而抗拉弱的脆性材料，當超過抗張強度時玻璃即行破碎，所以內應力的大小及其分布形式是影響玻璃強度及炸裂的主要原因。另一種情況是玻璃在可塑狀態下冷卻時，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，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。  


　　由于鋼化玻璃內部的應力分布已處于均衡的狀態，當進行切割、鉆孔等再加工時，因應力平衡破壞而引起破碎，所以一般不允許進行再加工。但是輕微的加工，例如對劃傷、彩虹等缺陷進行拋光時，對產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生自行爆裂的現象。據國外研究統計，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：控制鋼化應力，均質處理（HST）等。其中對玻璃進行均質處理是最有效且根本的辦法。均質處理的有效性取決于均質爐的性能及均質工藝，必須重視爐內玻璃放置方式、均質溫度制度、爐內氣流走向以及對均質自爆機理及影響因素等。均質處理（HST）是公認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℃左右并保溫一定時間，使硫化鎳在玻璃出廠前完成晶相轉變，讓今后可能自爆的玻璃在工廠內提前破碎。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“均質處理”，也俗稱“引爆處理”。  


　　鋼化玻璃強度高，其抗壓強度可達125MPa以上，比普通玻璃大4~5倍；抗沖擊強度也很高，用鋼球法測定時，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，受力后可發生達100mm的彎曲撓度，當外力撤除后，仍能恢復原狀，而普通玻璃彎曲變形只能有幾毫米。熱穩定性好，在受急冷急熱時，不易發生炸裂是鋼化玻璃的又一特點。這是因為鋼化玻璃的壓應力可抵銷一部分因急冷急熱產生的拉應力之故。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械性能和熱穩定性，所以在建筑工程、交通工具及其他領域內得到廣泛的應用。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、火車及飛機等方面。使用時應注意的是鋼化玻璃不能切割、磨削，邊角不能碰擊擠壓，需按現成的尺寸規格選用或提出具體設計圖紙進加工定制。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，即其應力不能過大，以避免受風荷載引起震動而自爆。根據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。  

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