深加工玻璃鋼化玻璃

1、深加工玻璃普通硅酸鹽工藝學(xué)鋼化玻璃深加工玻璃鋼化玻璃第1頁提 綱鋼化玻璃概述鋼化玻璃品種物理鋼化玻璃化學(xué)鋼化玻璃鋼化玻璃性能鋼化玻璃應(yīng)用深加工玻璃鋼化玻璃第2頁一、概 述 常溫下玻璃是一個經(jīng)典脆性材料，從機(jī)械性能來看，它抗壓強(qiáng)度高，硬度也高，但它抗張強(qiáng)度不高。玻璃理論抗折強(qiáng)度為117.6*108帕，但用于窗玻璃實(shí)際理論理論抗折強(qiáng)度只有68.6*105帕。 玻璃實(shí)際機(jī)械強(qiáng)度比理論值低原因是多方面，普通認(rèn)為主要是由玻璃表面微裂紋、結(jié)構(gòu)不均勻性、微觀缺點(diǎn)、殘余應(yīng)力等造成，表面微裂紋是造成玻璃機(jī)械強(qiáng)度降低主要原因。 為了改進(jìn)玻璃機(jī)械性質(zhì)，能夠采取各種物理、化學(xué)方法來消除微裂紋，以到達(dá)提升玻璃機(jī)械強(qiáng)度目

2、標(biāo)。深加工玻璃鋼化玻璃第3頁17世紀(jì)中葉萊茵國王子魯伯特將熔融玻璃液滴入水中，形成一個蝌蚪狀玻璃液，前端強(qiáng)度很高，用錘子敲擊也不會破碎，但它尾巴一旦折斷，整體就變成很小碎塊，這可能是最早發(fā)覺鋼化玻璃模型，也是玻璃能夠經(jīng)過鋼化處理得以提升早期證據(jù)。19世紀(jì)先后出現(xiàn)了多個玻璃鋼化方法專利。20世紀(jì)平板鋼化玻璃開始大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。概述深加工玻璃鋼化玻璃第4頁鋼化玻璃生產(chǎn)方法：物理鋼化 采取將玻璃加熱，然后冷卻方法，以增加玻璃機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性方法稱為物理鋼化法，也稱為熱鋼化法或風(fēng)鋼化法?；瘜W(xué)鋼化 用化學(xué)方法改變表面組分，以增加玻璃機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性方法稱為化學(xué)鋼化法，又稱為離子交換法。深加工玻璃鋼

3、化玻璃第5頁二、鋼化玻璃品種按生產(chǎn)方法分類： 物理鋼化玻璃 化學(xué)鋼化玻璃按制造鋼化玻璃所用材料分類: 透明鋼化玻璃、著色鋼化玻璃、鍍膜鋼化玻璃、釉面鋼化玻璃、熱線印刷玻璃按產(chǎn)品外形分類： 平鋼化玻璃 彎鋼化玻璃依據(jù)玻璃表面層應(yīng)力分布情況或淬冷后玻璃增強(qiáng)程度可分為：全鋼化玻璃、半鋼化玻璃、區(qū)域鋼化玻璃1 依據(jù)彎曲程度可分為：深彎、淺彎；2 依據(jù)彎曲面數(shù)量分為：單彎（弧形、J形、 V形）、雙彎（雙曲面弧形、雙J形、S形、 雙折板）深加工玻璃鋼化玻璃第6頁三、物理鋼化玻璃1. 物理鋼化原理（1）與鋼化相關(guān)玻璃性質(zhì)玻璃導(dǎo)熱性 用導(dǎo)熱系數(shù)表示， 普0.963W/m*K, T呈正比關(guān)系（T300, 急劇增

4、加）。玻璃熱膨脹性 用熱膨脹系數(shù)表示，普通平板玻璃熱膨脹系數(shù)幾乎與鋼相當(dāng)，約為10*10-6/（鋼為11.5*10-6 / ）。深加工玻璃鋼化玻璃第7頁玻璃黏度（粘度） 粘度又稱為粘滯系數(shù)，是流體抵抗流動物理量。 玻璃粘度溫度曲線上幾個特征點(diǎn)：1) 應(yīng)變點(diǎn)：=1013.6PaS時對應(yīng)溫度，平板玻璃為510520。該溫度下，玻璃不產(chǎn)生粘性流動。2) 轉(zhuǎn)變點(diǎn)（Tg）：=1012.4PaS時對應(yīng)溫度，平板玻璃為540550。玻璃處于粘性流動狀態(tài)。是確定退火溫度上限依據(jù)。3) 軟化溫度（Ts）：=106.6PaS時對應(yīng)溫度。玻璃轉(zhuǎn)變溫度與軟化溫度之間溫度范圍稱為轉(zhuǎn)變區(qū)或反常區(qū)。深加工玻璃鋼化玻璃第8頁

5、（2）玻璃熱應(yīng)力 玻璃中應(yīng)力普通分為三類：熱應(yīng)力、結(jié)構(gòu)應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力。玻璃中因?yàn)榇嬖跍囟炔疃a(chǎn)生應(yīng)力稱為熱應(yīng)力，按存在特點(diǎn)分為：暫時應(yīng)力、永久應(yīng)力。1) 暫時應(yīng)力：玻璃溫度低于應(yīng)變點(diǎn)時處于彈性變形溫度范圍，當(dāng)加熱或冷卻玻璃時，因?yàn)闇囟忍荻却嬖诙a(chǎn)生熱應(yīng)力，當(dāng)溫度梯度消失應(yīng)力也隨之消失。它與熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)、厚度和加熱（冷卻）速度等相關(guān)。2) 永久應(yīng)力：玻璃溫度高于應(yīng)變點(diǎn)時，從粘彈形狀態(tài)冷卻下來時，因?yàn)闇囟忍荻却嬖诙a(chǎn)生熱應(yīng)力，當(dāng)溫度梯度消失時仍保留在玻璃中應(yīng)力稱為永久應(yīng)力，又稱為殘余應(yīng)力。深加工玻璃鋼化玻璃第9頁（3）玻璃物理鋼化原理 物理鋼化原理就是形成永久應(yīng)力過程。 玻璃在加熱爐內(nèi)按一

6、定升溫速度加熱到低于軟化溫度，然后將此玻璃快速送入冷卻裝置，用低溫高速氣流進(jìn)行淬冷，玻璃外層首先收縮硬化，因?yàn)椴Ａ?dǎo)熱系數(shù)小，這時內(nèi)部仍處于高溫狀態(tài)，待到玻璃內(nèi)部葉開始硬化時，已硬化外層將阻止內(nèi)層收縮，從而使先硬化外層產(chǎn)生壓應(yīng)力，后硬化內(nèi)層產(chǎn)生張應(yīng)力。因?yàn)椴ＡП砻鎸哟嬖趬簯?yīng)力，當(dāng)外力作用于該表面時，首先必須抵消這部分壓應(yīng)力，這就大大提升玻璃機(jī)械強(qiáng)度，經(jīng)過這么物理處理玻璃制品就是鋼化玻璃。深加工玻璃鋼化玻璃第10頁(a)鋼化玻璃應(yīng)力分布；(b)退火玻璃受力時應(yīng)力分布； (c)鋼化玻璃受力時應(yīng)力分布；S-玻璃厚度深加工玻璃鋼化玻璃第11頁（1） 物理鋼化法生產(chǎn)工藝流程原板切裁磨邊洗滌干燥檢驗(yàn)吊掛玻

7、璃板鋼化加熱板熱彎成型平 板風(fēng)冷風(fēng)冷彎鋼化平鋼化檢驗(yàn)入庫2. 物理鋼化玻璃生產(chǎn)工藝深加工玻璃鋼化玻璃第12頁（2）物理鋼化工藝制度確實(shí)定爐壁溫度確實(shí)定 玻璃對不一樣波長熱射線含有不一樣吸收能力 熱源溫度、波長及玻璃吸收 平板玻璃鋼化溫度普通都在630-750，所以，爐壁溫度選擇在750-850范圍內(nèi)是適當(dāng)，它熱輻射波長對玻璃是部分吸收，有利于玻璃內(nèi)外層均勻加熱。熱源溫度 ()900600500熱源波長(n)2.53.53.7波 長(m)2.72.7-4.54.5玻璃吸收情況透射部分吸收吸收深加工玻璃鋼化玻璃第13頁鋼化溫度確實(shí)定 慣用以下兩種方法來確定玻璃鋼化溫度。1）應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)公式確定： Tc

8、=Tg+80 式中：Tc鋼化溫度； Tg玻璃轉(zhuǎn)變溫度，以理論計算來確定。2）以玻璃粘度為107.5Pas時溫度為鋼化溫度。爐子溫度確實(shí)定 慣用下式計算確定：log(Tv一Tc)=ct+log(Tv一Tr) 式中:Tv爐子溫度； Tr室溫； Tc玻璃鋼化溫度； t加熱時間；c與玻璃組成、厚度相關(guān)常數(shù)。深加工玻璃鋼化玻璃第14頁電爐寬度 選擇爐膛寬度應(yīng)考慮玻璃能否均勻加熱。其與玻璃和輻射元件之間距離、玻璃和爐膛磚之間距離親密相關(guān)。另外，為使玻璃均勻受熱，爐子上下前后可采取分區(qū)調(diào)整。 風(fēng)冷時間 玻璃過分冷卻是使玻璃產(chǎn)生翹曲原因之一。另外，為節(jié)約電能，應(yīng)采取兩段冷卻法，即先急冷后緩冷，通常急冷15s后

9、，玻璃表面溫度已降到500以下，此時已不會再增加鋼化強(qiáng)度，所以能夠緩冷（如圖所表示）。深加工玻璃鋼化玻璃第15頁（3）影響熱鋼化原因玻璃淬火溫度及玻璃厚度 玻璃鋼化度與淬火溫度、玻璃厚度關(guān)系深加工玻璃鋼化玻璃第16頁冷卻介質(zhì)對流傳熱速率 玻璃鋼化度與淬火溫度、傳熱速度關(guān)系玻璃鋼化度與風(fēng)壓、噴嘴與玻璃間距關(guān)系深加工玻璃鋼化玻璃第17頁玻璃組成 凡是能增加玻璃熱膨脹系數(shù)氧化物都能增加玻璃鋼化度。1-水表玻璃 2-鉛玻璃 3-窗玻璃 4-含堿玻璃 5-硼硅酸鹽玻璃 6-低堿玻璃 7-鋯玻璃深加工玻璃鋼化玻璃第18頁四、化學(xué)鋼化玻璃1. 化學(xué)鋼化機(jī)理 玻璃是非晶態(tài)固體物質(zhì)，普通硅酸鹽玻璃是由SiO鍵形

10、成網(wǎng)絡(luò)和進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)中堿金屬、堿土金屬等離子組成。此網(wǎng)絡(luò)是由含氧離子多面體（三面體或四面體）組成，其中心被Si4+、Al3+或P5+離子所占據(jù)。其中堿金屬離子較活潑，很易從玻璃內(nèi)部析出。離子交換法就是基于堿金屬離子自然擴(kuò)散和相互擴(kuò)散，以改變玻璃表面層成份，從而形成表面壓應(yīng)力層。深加工玻璃鋼化玻璃第19頁化學(xué)鋼化玻璃得以提升機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性原因： 將玻璃浸入熔融硝酸鉀鹽液內(nèi)，玻璃與鹽液便發(fā)生離子交換，玻璃表面附近一些堿金屬離子經(jīng)過擴(kuò)散而浸入熔鹽內(nèi)，它們空位由熔鹽堿金屬離子占據(jù)，結(jié)果改變了玻璃表面層化學(xué)成份，降低了它熱膨脹系數(shù)，從而形成10200m表面壓應(yīng)力層。因?yàn)椴ＡЮ锎嬖谶@種表面壓應(yīng)力層，當(dāng)外力

11、作用于此表面時，首先必須抵消這部分壓應(yīng)力，這么就提升了玻璃機(jī)械強(qiáng)度；因?yàn)榻档土瞬Ａ崤蛎浵禂?shù)，從而提升了其熱穩(wěn)定性。深加工玻璃鋼化玻璃第20頁2. 離子交換方法（1）低于轉(zhuǎn)變點(diǎn)溫度離子交換法（低溫法）以離子半徑大堿金屬離子置換玻璃中半徑小堿金屬離子。例：K+置換Na+（2）高于轉(zhuǎn)變點(diǎn)溫度離子交換法（高溫法）以離子半徑小堿金屬離子置換玻璃中半徑大堿金屬離子。例： Li+置換Na+深加工玻璃鋼化玻璃第21頁3. 化學(xué)鋼化玻璃工藝流程原片檢驗(yàn)切裁磨邊洗滌干燥離子交換高溫冷卻檢 驗(yàn)低溫預(yù)熱高溫預(yù)熱中溫冷卻低溫冷卻清楚干燥包裝入庫深加工玻璃鋼化玻璃第22頁熱處理時間與溫度關(guān)系4. 影響化學(xué)鋼化強(qiáng)度原因

12、（1）化學(xué)組成影響含Al2O3鋁硅酸鹽玻璃比普通鈉硅酸鹽玻璃鋼化強(qiáng)度大，其壓應(yīng)力層也較厚。（2）熱處理時間與溫度影響 深加工玻璃鋼化玻璃第23頁五、鋼化玻璃性能1. 含有較高機(jī)械強(qiáng)度抗沖擊強(qiáng)度是普通退火玻璃35倍；抗彎強(qiáng)度是普通平板玻璃45倍；撓度比普通退火玻璃大34倍。2. 鋼化玻璃熱穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性：指玻璃能承受溫度猛烈改變而不破壞性能。深加工玻璃鋼化玻璃第24頁鋼化玻璃使用溫度范圍：40350?？沙惺軠囟葎∽兎秶?50350。（而普通玻璃只有70100）將鋼化玻璃放置到0環(huán)境保溫后，澆上熔融鉛液（327.5 ）不會破裂。種 類厚度（mm）熱穩(wěn)定性鋼球撞擊強(qiáng)度（Pa）抗彎強(qiáng)度（Pa）0%破

13、壞100%破壞普通平板玻璃3801400.67.351075601201.36.3710781.25.9107鋼化玻璃51702208.51.410881702208.51.41081015020091.4108鋼化玻璃與普通玻璃性能比較深加工玻璃鋼化玻璃第25頁3. 鋼化玻璃安全性能因?yàn)殇摶Ａ垜?yīng)力存在于玻璃內(nèi)層，當(dāng)玻璃破裂時，在外層壓應(yīng)力保護(hù)下，玻璃碎片呈類似蜂窩狀鈍角顆粒，不易傷人。（安全玻璃）4 . 鋼化玻璃“自爆”特征“自爆”是指鋼化玻璃在無外力作用下發(fā)生本身炸裂。主要原因是鋼化中存在非玻璃體雜質(zhì)而造成應(yīng)力集中，當(dāng)應(yīng)力超出玻璃承受極限時玻璃就會破裂。自爆原因主要有：含有硫化鎳顆粒、含有結(jié)石氣泡等缺點(diǎn)（尤其是它們在張應(yīng)力層時）、表面損傷、安裝時存在預(yù)應(yīng)力、熱應(yīng)力等。深加工玻璃鋼化玻璃第26頁5 . 半鋼化玻璃特征半鋼化玻璃強(qiáng)度比普通玻璃高12倍，耐沖擊性能有顯著提升，破裂后裂紋從破裂源呈放射狀向外開裂，裂紋應(yīng)直達(dá)玻璃邊部，要求不能形