钢化玻璃按工艺
⒈物理钢化玻璃又称为淬火钢化玻璃。它是将普通平板玻璃在加热炉中加热到接近玻璃的软化温度(600℃)时,通过自身的形变消除内部应力,然后将玻璃移出加热炉,再用多头喷嘴将高压冷空气吹向玻璃的两面,使其迅速且均匀地冷却至室温,即可制得钢化玻璃。这种玻璃处于内部受拉,外部受压的应力状态,一旦局部发生破损,便会发生应力释放,玻璃被破碎成无数小块,这些小的碎片没有尖锐棱角,不易伤人。
⒉化学钢化玻璃是通过改变玻璃的表面的化学组成来提高玻璃的强度,一般是应用离子交换法进行钢化。其方法是将含有碱金属离子的硅酸盐玻璃,浸入到熔融状态的锂(Li+)盐中,使玻璃表层的Na+或K+离子与Li+离子发生交换,表面形成Li+离子交换层,由于Li+的膨胀系数小于Na+、K+离子,从而在冷却过程中造成外层收缩较小而内层收缩较大,当冷却到常温后,玻璃便同样处于内层受拉,外层受压的状态,其效果类似于物理钢化玻璃。
钢化玻璃自爆缺陷
钢化玻璃在无直接机械外力作用下发生的自动性炸裂叫做钢化玻璃的自爆,根据行业经验,普通钢化玻璃的自爆率在1~3‰左右。自爆是钢化玻璃固有的特性之一。
扩大产生自爆的原因很多,简单地归纳以下几种:
①玻璃质量缺陷的影响
A、玻璃中有结石、杂质,气泡:玻璃中有杂质是钢化玻璃的薄弱点,也是应力集中处。特别是结石若处在钢化玻璃的张应力区是导致炸裂的重要因素。
结石存在于玻璃中,与玻璃体有着不同的膨胀系数。玻璃钢化后结石周围裂纹区域的应力集中成倍地增加。当结石膨胀系数小于玻璃,结石周围的切向应力处于受拉状态。伴随结石而存在的裂纹扩展极易发生。
B、玻璃中含有硫化镍结晶物
硫化镍夹杂物一般以结晶的小球体存在,直径在0.1—2㎜。外表呈金属状,这些杂夹物是Ni3S2,Ni7S6和Ni—XS,其中X=0—0。07。只有Ni1—XS相是造成钢化玻璃自发炸碎的主要原因。
已知理论上的NIS在379。C时有一相变过程,从高温状态的α—NiS六方晶系转变为低温状态β—NiS三方晶系过程中,伴随出现2.38%的体积膨胀。这一结构在室温时保存下来。如果以后玻璃受热就可能迅速出现α—β态转变。如果这些杂物在钢化玻璃受张应力的内部,则体积膨胀会引起自发炸裂。如果室温时存在a—NIS,经过数年、数月也会慢慢转变到β态,在这一相变过程中体积缓慢增大未必造成内部破裂。
C、玻璃表面因加工过程或操作不当造成有划痕、炸口、深爆边等缺陷,易造成应力集中或导致钢化玻璃自爆。
②钢化玻璃中应力分布不均匀、偏移
玻璃在加热或冷却时沿玻璃厚度方向产生的温度梯度不均匀、不对称。使钢化制品有自爆的趋向,有的在激冷时就产生“风爆”。如果张应力区偏移到制品的某一边或者偏移到表面则钢化玻璃形成自爆。
③钢化程度的影响,实验证明,当钢化程度提高到1级/cm时自爆数达20%~25%。由此可见应力越大钢化程度越高,自爆量也越大。
钢化玻璃发展历史
钢化玻璃的发展最初可以追溯到17世纪中期,有一位叫罗伯特的莱茵国王子,曾经做过了一个有趣的实验,他把一滴熔融的玻璃液放在冰冷的水里,结果制成了一种极坚硬的玻璃。这种高强度的颗粒状玻璃就像水滴,拖有长而弯曲的尾巴,称为“罗伯特王子小粒”。可是当小粒的尾巴受到弯曲而折断时,令人奇怪的是整个小粒因此突然剧烈崩溃,甚至成了细粉。上述作法,很像金属的淬火,而这是玻璃的淬火。这种淬火并没有使玻璃的成分发生任何变化,所以又叫它是物理淬火(physical tempered),因此钢化玻璃称为淬火玻璃(tempered glass)。
玻璃钢化的专利于1874年由法国人获得,钢化方法是将玻璃加热到接近软化温度后,立即投入一温度相对低的液体槽中,使表面应力提高。这种方法即是早期液体钢化方法。德国的Frederick Siemens于1875年获得一项专利,美国马萨诸塞州的Geovge E. Rogens于1876年将钢化方法应用于玻璃酒杯和灯柱。同年,新泽西州的HughO’heill获得了一项专利。
20世纪30年代,法国的圣戈班公司和美国的特立普勒克斯公司,以及英国的皮尔金顿公司都开始生产供给汽车作挡风用的大面积平板钢化玻璃。日本在20世纪30年代也相继进行了钢化玻璃工业生产。从此世界开始了大规模生产钢化玻璃的时代。
1970年以后,英国的Triplex公司用液体介质钢化厚度为0.75~1.5mm的玻璃获得成功,结束了物理钢化不能钢化薄玻璃的历史,这是钢化玻璃技术的一个重大突破。
中国的钢化玻璃历史最初始于1955年,有上海耀华玻璃厂开始试制,1958年秦皇岛市钢化玻璃厂试产成功。1965年秦皇岛耀华玻璃厂开始生产用钢化玻璃,20世纪70年代洛阳玻璃厂引进了比利时钢化设备。同期沈阳玻璃厂化学钢化玻璃投入生产。
20世纪70年代钢化玻璃技术在世界范围内得到了推广和普及,钢化玻璃在汽车、建筑、航空、电子等领域开始使用,尤其在建筑和汽车方面发展最快。