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鋼化玻璃
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概述
鋼化玻璃是將普通退火玻璃先切割成要求尺寸，然后加熱到接近軟化點(diǎn)的700度左右，再進(jìn)行快速均勻的冷卻而得到的（通常5-6MM的玻璃在700度高溫下加熱240秒左右，降溫150秒左右。8-10MM玻璃在700度高溫下加熱500秒左右，降溫300秒左右。總之，根據(jù)玻璃厚度不同，選擇加熱降溫的時(shí)間也不同）。鋼化處理后玻璃表面形成均勻壓應(yīng)力，而內(nèi)部則形成張應(yīng)力，使玻璃的抗彎和抗沖擊強(qiáng)度得以提高，其強(qiáng)度約是普通退火玻璃的四倍以上。已鋼化處理好的鋼化玻璃，不能再作任何切割、磨削等加工或受破損，否則就會(huì)因破壞均勻壓應(yīng)力平衡而“粉身碎骨”。
歷史
鋼化玻璃的發(fā)展最初可以追溯到17世紀(jì)中期，有一位叫羅伯特的萊茵國王子，曾經(jīng)做過了一個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn)，他把一滴熔融的玻璃液放在冰冷的水里，結(jié)果制成了一種極堅(jiān)硬的玻璃。這種高強(qiáng)度的顆粒狀玻璃就像水滴，拖有長而彎曲的尾巴，稱為“羅伯特王子小�！��？墒钱�(dāng)小粒的尾巴收到彎曲而折斷時(shí)，令人奇怪的是整個(gè)小粒因此突然劇烈崩潰，甚至成了細(xì)粉。上述作法，很像金屬的淬火，而這是玻璃的淬火。這種淬火并沒有使玻璃的成分發(fā)生任何變化，所以又叫它是物理淬火（physical tempered），因此鋼化玻璃稱為tempered glass，也叫淬火玻璃。
玻璃鋼化的第一個(gè)專利于1874年有法國人獲得，鋼化方法是將玻璃加熱到接近軟化溫度后，立即投入一溫度相對(duì)低的液體槽中，使表面應(yīng)力提高。這種方法即是早期液體鋼化方法。德國的Frederick Siemens于1875年獲得一項(xiàng)專利，美國馬薩諸塞州的Geovge E.Rogens于1876年將鋼化方法應(yīng)用于玻璃酒杯和燈柱。同年，新澤西州的HughO’heill獲得了一項(xiàng)專利。
20世紀(jì)30年代，法國的圣戈班公司和美國的特立普勒克斯公司，以及英國的皮爾金頓公司都開始生產(chǎn)供給汽車作擋風(fēng)用的大面積平板鋼化玻璃。日本在20世紀(jì)30年代也相繼進(jìn)行了鋼化玻璃工業(yè)生產(chǎn)。從此世界開始了大規(guī)模生產(chǎn)鋼化玻璃的時(shí)代。
1970年以后，英國的Triplex公司用液體介質(zhì)鋼化厚度為0.75~1.5mm的玻璃獲得成功，結(jié)束了物理鋼化不能鋼化薄玻璃的歷史，這是鋼化玻璃技術(shù)的一個(gè)重大突破。
中國的鋼化玻璃歷史最初始于1955年，有上海耀華玻璃廠開始試制，1958年秦皇島市鋼化玻璃廠試產(chǎn)成功。1965年秦皇島耀華玻璃廠開始生產(chǎn)軍工用鋼化玻璃，20世紀(jì)70年代洛陽玻璃廠首家引進(jìn)了比利時(shí)鋼化設(shè)備。同期沈陽玻璃廠化學(xué)鋼化玻璃投入生產(chǎn)。
20世紀(jì)70年代開始鋼化玻璃技術(shù)在世界范圍內(nèi)得到了全面的推廣和普及，鋼化玻璃在汽車、建筑、航空、電子等領(lǐng)域開始使用，尤其在建筑和汽車方面發(fā)展最快。
特點(diǎn)
安全性
當(dāng)玻璃受外力破壞時(shí)，碎片會(huì)成類似蜂窩狀的鈍角碎小顆粒，不易對(duì)人體造成嚴(yán)重的傷害。
高強(qiáng)度
同等厚度的鋼化玻璃抗沖擊強(qiáng)度是普通玻璃的3～5倍，抗彎強(qiáng)度是普通玻璃的3～5倍。
熱穩(wěn)定性
可承受300℃的溫差變化。
優(yōu)點(diǎn)
第一是強(qiáng)度較之普通玻璃提高數(shù)倍，抗彎
第二是使用安全，其承載能力增大改善了易碎性質(zhì)，即使鋼化玻璃破壞也呈無銳角的小碎片，對(duì)人體的傷害極大地降低了. ；鋼化玻璃的耐急冷急熱性質(zhì)較之普通玻璃有3~5倍的提高，一般可承受250度以上的溫差變化，對(duì)防止熱炸裂有明顯的效果。是安全玻璃中的一種。為保障高層建筑提供合格材料安全性作保障。
缺點(diǎn)
鋼化玻璃的缺點(diǎn)：
1 ；鋼化后的玻璃不能再進(jìn)行切割，和加工，只能在鋼化前就對(duì)玻璃進(jìn)行加工至需要的形狀，再進(jìn)行鋼化處理。
2 ；鋼化玻璃強(qiáng)度雖然比普通玻璃強(qiáng)，但是鋼化玻璃有自爆（自己破裂）的可能性，而普通玻璃不存在自爆的可能性。
3 ；鋼化玻璃的表面會(huì)存在凹凸不平現(xiàn)象（風(fēng)斑），有輕微的厚度變薄。變薄的原因是因?yàn)椴Ａг跓崛圮浕�，在�?jīng)過強(qiáng)風(fēng)力使其快速冷卻，使其玻璃內(nèi)部晶體間隙變小，壓力變大，所以玻璃在鋼化后要比在鋼化前要薄。一般情況下4-6MM玻璃在鋼化后變薄0.2-0.8MM，8-20MM玻璃在鋼化后變薄0.9-1.8MM。具體程度要根據(jù)設(shè)備的來決定，這也是鋼化玻璃不能做鏡面的原因。
4；通過鋼化爐（物理鋼化）后的建筑用的平板玻璃，一般都會(huì)有變形，變形程度由設(shè)備與技術(shù)人員工藝決定。在一定程度上，影響了裝飾效果（特殊需要除外）。
分類
按形狀
1 ；鋼化玻璃按形狀分為平面鋼化玻璃和曲面鋼化玻璃。
一般平面鋼化玻璃厚度有3.4、4.5、5、5.5、6、7.6.、8、9.2、11、12、15、19mm十二種；曲面鋼化玻璃厚度有3.4、4.5、5.5、7.6、9.2、11、15、19mm八種，具體加工過后的厚度還是要看各廠家的設(shè)備和技術(shù)。但曲面(即彎鋼化)鋼化玻璃對(duì)每種厚度都有個(gè)最大的弧度限制。即平常所說的R R為半徑.
2 ；鋼化玻璃按其外觀分為平鋼化和彎鋼化 。
3 ；鋼化玻璃按其平整度分為：優(yōu)等品，合格品。優(yōu)等品鋼化玻璃用于汽車擋風(fēng)玻璃；合格品用于建筑裝飾。
按工藝
⒈物理鋼化玻璃又稱為淬火鋼化玻璃。它時(shí)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，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，玻璃被破碎成無數(shù)小塊，這些小的碎片沒有尖銳棱角，不易傷人。
⒉化學(xué)鋼化玻璃是通過改變玻璃的表面的化學(xué)組成來提高玻璃的強(qiáng)度，一般是應(yīng)用離子交換法進(jìn)行鋼化。其方法是將含有堿金屬離子的硅酸鹽玻璃，浸入到熔融狀態(tài)的鋰（Li+）鹽中，使玻璃表層的Na+或K+離子與Li+離子發(fā)生交換，表面形成Li+離子交換層，由于Li+的膨脹系數(shù)小于Na+、K+離子，從而在冷卻過程中造成外層收縮較小而內(nèi)層收縮較大，當(dāng)冷卻到常溫后，玻璃便同樣處于內(nèi)層受拉，外層受壓的狀態(tài)，其效果類似于物理鋼化玻璃
按鋼化度
⒈鋼化玻璃：鋼化度=2~4N/cm，玻璃幕墻鋼化玻璃表面應(yīng)力α≥95Mpa;
⒉半鋼化玻璃：鋼化度=2N/cm，玻璃幕墻半鋼化玻璃表面應(yīng)力24Mpa≤α≤69Mpa;
⒊超強(qiáng)鋼化玻璃：鋼化度>4N/cm
應(yīng)用
平鋼化、彎鋼化玻璃屬于安全玻璃。廣泛應(yīng)用于高層建筑門窗、玻璃幕墻、室內(nèi)隔斷玻璃、采光頂棚、觀光電梯通道、家具、玻璃護(hù)欄等。通常鋼化玻璃可以應(yīng)用在以下幾個(gè)行業(yè)：
⒈建筑，建筑模板，裝飾行業(yè)（例：門窗、幕墻、室內(nèi)裝修等）
⒉家具制造行業(yè)（玻璃茶幾、家具配套等）
⒋電子、儀表行業(yè)（手機(jī)、MP3、MP4、鐘表等多種數(shù)碼產(chǎn)品）
⒌汽車制造行業(yè)（汽車擋風(fēng)玻璃等）
⒍日用制品行業(yè)（玻璃菜板等）
⒎特種行業(yè)（軍工用玻璃）
由于鋼化玻璃破碎后，碎片會(huì)破成均勻的小顆粒并且沒有普遍玻璃刀狀的尖角，從而被稱為安全玻璃而廣泛用于汽車、室內(nèi)裝飾之中，以及高樓層對(duì)外開啟的窗戶。
應(yīng)急方法
安全捶：一種封閉艙室里的輔助逃生工具。它一般安裝于于汽車等封閉艙室內(nèi)容易取到的地方，在發(fā)生車內(nèi)出現(xiàn)火災(zāi)或汽車落入水中等緊急情況下，可以方便取出并砸碎玻璃窗門以順利逃生。
用途：主要用于緊急情況下敲碎玻璃逃生，用錘子敲擊玻璃，手柄尾部刀片用于割斷安全帶逃生。
范圍：主要用于大巴、客運(yùn)車輛、火車等車輛配置。
使用方法：安全錘主要是利用其圓錐形的尖端，由于尖頭的接觸面積很小，因此當(dāng)用錘砸玻璃時(shí)，該接觸點(diǎn)對(duì)玻璃的壓強(qiáng)（不是壓力，而是單位面積上的壓力）相當(dāng)大，這個(gè)跟圖釘?shù)脑碛悬c(diǎn)相似，膜很容易就被刺破，且使車玻璃在該點(diǎn)受到很大的外作用力而產(chǎn)生輕微開裂，而對(duì)于鋼化玻璃而言，一點(diǎn)點(diǎn)的開裂就意味著整塊玻璃內(nèi)部的應(yīng)力分布受到了破壞，從而在瞬間產(chǎn)生無數(shù)蜘蛛網(wǎng)狀裂紋，此時(shí)只要輕輕的用錘子再砸?guī)紫戮湍軐⒉Ａ槠宄簟?/div>
另外，鋼化玻璃的中間部分是最牢固的，四角和邊緣是最薄弱的。最好的辦法是用安全錘敲打玻璃的邊緣和四角，尤其是玻璃上方邊緣最中間的地方，一旦玻璃有了裂痕，就很容易將整塊玻璃砸碎。
判斷方式
鋼化玻璃是將普通退火玻璃先切割成要求尺寸，然后加熱到接近的軟化點(diǎn)，再進(jìn)行快速均勻的冷卻而得到。鋼化處理后玻璃表面形成均勻壓應(yīng)力，而內(nèi)部則形成張應(yīng)力，使玻璃的性能得以大幅度提高，抗拉度是后者的3倍以上，抗沖擊力是后者的5倍以上。
也正是這個(gè)特點(diǎn)，應(yīng)力特征成為鑒別真假鋼化玻璃的重要標(biāo)志，那就是鋼化玻璃可以透過偏振光片在玻璃的邊部看到彩色條紋，而在玻璃的面層觀察，可以看到黑白相間的斑點(diǎn)。偏振光片可以在照相機(jī)鏡頭或者眼鏡中找到，觀察時(shí)注意光源的調(diào)整，這樣更容易觀察。
每塊鋼化玻璃上都有一個(gè)3c質(zhì)量安全認(rèn)證標(biāo)志..
自爆缺陷
鋼化玻璃在無直接機(jī)械外力作用下發(fā)生的自動(dòng)性炸裂叫做鋼化玻璃的自爆，根據(jù)行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，普通鋼化玻璃的自爆率在1~3‰左右。自爆是鋼化玻璃固有的特性之一。
擴(kuò)大產(chǎn)生自爆的原因很多，簡單地歸納以下幾種：
①玻璃質(zhì)量缺陷的影響
A、玻璃中有結(jié)石、雜質(zhì)，氣泡：玻璃中有雜質(zhì)是鋼化玻璃的薄弱點(diǎn)，也是應(yīng)力集中處。特別是結(jié)石若處在鋼化玻璃的張應(yīng)力區(qū)是導(dǎo)致炸裂的重要因素。
結(jié)石存在于玻璃中，與玻璃體有著不同的膨脹系數(shù)。玻璃鋼化后結(jié)石周圍裂紋區(qū)域的應(yīng)力集中成倍地增加。當(dāng)結(jié)石膨脹系數(shù)小于玻璃，結(jié)石周圍的切向應(yīng)力處于受拉狀態(tài)。伴隨結(jié)石而存在的裂紋擴(kuò)展極易發(fā)生。
B、玻璃中含有硫化鎳結(jié)晶物
硫化鎳夾雜物一般以結(jié)晶的小球體存在，直徑在0.1—2㎜。外表呈金屬狀，這些雜夾物是NI3S2，NI7S6和NI—XS，其中X=0—0.07。只有NI1—XS相是造成鋼化玻璃自發(fā)炸碎的主要原因。
已知理論上的NIS在379。C時(shí)有一相變過程，從高溫狀態(tài)的a—NIS六方晶系轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏貭顟B(tài)B—NI三方晶系過程中，伴隨出現(xiàn)2.38%的體積膨脹。這一結(jié)構(gòu)在室溫時(shí)保存下來。如果以后玻璃受熱就可能迅速出現(xiàn)a—B態(tài)轉(zhuǎn)變。如果這些雜物在鋼化玻璃受張應(yīng)力的內(nèi)部，則體積膨脹會(huì)引起自發(fā)炸裂。如果室溫時(shí)存在a—NIS，經(jīng)過數(shù)年、數(shù)月也會(huì)慢慢轉(zhuǎn)變到B態(tài)，在這一相變過程中體積緩慢增大未必造成內(nèi)部破裂。
C、玻璃表面因加工過程或操作不當(dāng)造成有劃痕、炸口、深爆邊等缺陷，易造成應(yīng)力集中或?qū)е落摶Ａё员?/div>
②鋼化玻璃中應(yīng)力分布不均勻、偏移
玻璃在加熱或冷卻時(shí)沿玻璃厚度方向產(chǎn)生的溫度梯度不均勻、不對(duì)稱。使鋼化制品有自爆的趨向，有的在激冷時(shí)就產(chǎn)生“風(fēng)爆”。如果張應(yīng)力區(qū)偏移到制品的某一邊或者偏移到表面則鋼化玻璃形成自爆。
③鋼化程度的影響，實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)鋼化程度提高到1級(jí)/㎝時(shí)自爆數(shù)達(dá)20—25%。由此可見應(yīng)力越大鋼化程度越高，自爆量也越大。
鋼化玻璃自爆解決方案
⒈降低鋼化玻璃的應(yīng)力值
鋼化玻璃中應(yīng)力的分布是鋼化玻璃的兩個(gè)表面為壓應(yīng)力，板芯層處于張應(yīng)力，在玻璃厚度上應(yīng)力分布類似拋物線。玻璃厚度的中央是拋物線的頂點(diǎn)，即張應(yīng)力最大處；兩側(cè)接近玻璃兩表面處是壓應(yīng)力；零應(yīng)力面大約位于厚度的1/3處。通過分析鋼化急冷的物理過程，可知鋼化玻璃表面張力和內(nèi)部的最大張應(yīng)力在數(shù)值上有粗略的比例關(guān)系，即張應(yīng)力是壓應(yīng)力的1/2～1/3.國內(nèi)廠家一般將鋼化玻璃表面張力設(shè)定在100MPa左右，實(shí)際情況可能更高一些。鋼化玻璃自身的張應(yīng)力約為32MPa～46MPa，玻璃的抗張強(qiáng)度是59MPa～62MPa，只要硫化鎳膨脹產(chǎn)生的張力在30MPa，則足以引發(fā)自爆。若降低其表面應(yīng)力，相應(yīng)地會(huì)降低鋼化玻璃本身自有的張應(yīng)力，從而有助于減少自爆的發(fā)生。
美國標(biāo)準(zhǔn)ASTMC1048中規(guī)定鋼化玻璃的表面應(yīng)力范圍為大于69MPa；半鋼化（熱增強(qiáng)）玻璃為24MPa～52MPa.幕墻玻璃標(biāo)準(zhǔn)BG17841則規(guī)定為半鋼化應(yīng)力范圍24<；δ≤69MPa.中國實(shí)施的新國家標(biāo)準(zhǔn)GB15763.2-2005《建筑用安全玻璃第2部分：鋼化玻璃》要求其表面應(yīng)力不應(yīng)小于90MPa.這比老標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的95MPa降低了5MPa，有利于減少自爆。
⒉使玻璃的應(yīng)力均勻一致
鋼化玻璃的應(yīng)力不均，會(huì)明顯增大自爆率，已經(jīng)到了不容忽視的程度。應(yīng)力不均引發(fā)的自爆有時(shí)表現(xiàn)得非常集中，特別是彎鋼化玻璃的某具體批次的自爆率會(huì)達(dá)到令人震驚的嚴(yán)重程度，且可能連續(xù)發(fā)生自爆。其原因主要是局部應(yīng)力不均和張力層在厚度方向的偏移，玻璃原片自身質(zhì)量也有一定的影響。應(yīng)力不均會(huì)大幅降低玻璃的強(qiáng)度，在一定程度上相當(dāng)于提高了內(nèi)部的張應(yīng)力，從而自爆率提高了。如果能使鋼化玻璃的應(yīng)力均勻分布，則可有效降低自爆率。
⒊熱浸處理（HST）
熱浸處理又稱均質(zhì)處理，俗稱“引爆”。熱浸處理是將鋼化玻璃加熱到290℃±10℃，并保溫一定時(shí)間，促使硫化鎳在鋼化玻璃中快速完成晶相轉(zhuǎn)變，讓原本使用后才可能自爆的鋼化玻璃人為地提前破碎在工廠的熱浸爐中，從而減少安裝后使用中的鋼化玻璃自爆。該方法一般用熱風(fēng)作為加熱的介質(zhì)，國外稱作“HeatSoakTest”，簡稱HST，直譯為熱浸處理。
熱浸難點(diǎn)。從原理上看，熱浸處理既不復(fù)雜，也無難度。但實(shí)際上達(dá)到這一工藝指標(biāo)非常不易。研究顯示，玻璃中硫化鎳的具體化學(xué)結(jié)構(gòu)式有多種，如Ni7S6、NiS、NiS1.01等，不但各種成分的比例不等，而且可能摻雜其他元素。其相變快慢高度依賴于溫度的高低。研究表明，280℃時(shí)的相變速率是250℃時(shí)的100倍，因此必須確保爐內(nèi)的各塊玻璃經(jīng)歷同樣的溫度制度。否則一方面溫度低的玻璃因保溫時(shí)間不夠，硫化鎳不能完全相變，減弱了熱浸的功效。另一方面，當(dāng)玻璃溫度太高時(shí)，甚至?xí)鹆蚧嚹嫦蛳嘧�，造成更大的隱患。這兩種情況都會(huì)導(dǎo)致熱浸處理勞而無功甚至適得其反。熱浸爐工作時(shí)溫度的均勻性是如此的重要，而多數(shù)國產(chǎn)熱浸爐熱浸保溫時(shí)爐內(nèi)的溫差甚至達(dá)到60℃，國外引進(jìn)爐存在30℃左右的溫差也不少見。所以有的鋼化玻璃雖經(jīng)熱浸處理，自爆率依然居高不下。
實(shí)際上，熱浸工藝和設(shè)備也一直在不斷地改進(jìn)中。德國標(biāo)準(zhǔn)DIN18516在90年版中規(guī)定的保溫時(shí)間為8小時(shí)，而prEN14179-1：2001（E）標(biāo)準(zhǔn)則將保溫時(shí)間降到了2小時(shí)。新標(biāo)準(zhǔn)下熱浸工藝的效果十分顯著，并且有明確的統(tǒng)計(jì)性技術(shù)指標(biāo)：熱浸后可降到每400噸玻璃一例自爆。另一方面，熱浸爐也在不斷地改進(jìn)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)，加熱均勻性也得到了明顯提高，基本可以滿足熱浸工藝的要求。例如南玻集團(tuán)熱浸處理的玻璃，自爆率達(dá)到了歐洲新標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)指標(biāo)，在12萬平米的廣州新機(jī)場超大工程中表現(xiàn)極為滿意。
盡管熱浸處理不能保證絕對(duì)不發(fā)生自爆，但確實(shí)降低了自爆的發(fā)生，實(shí)實(shí)在在地解決了困擾工程各方的自爆問題。所以熱浸是世界上一致認(rèn)可的徹底解決自爆問題的最有效方法。
注意事項(xiàng)
⒈包裝
產(chǎn)品應(yīng)用集裝箱或木箱包裝。每塊玻璃應(yīng)用塑料袋或紙包裝，玻璃與包裝箱之間用不易引起玻璃劃傷等外觀缺陷的輕軟材料填實(shí)。具體要求應(yīng)符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
⒉包裝標(biāo)志
包裝標(biāo)志應(yīng)符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，每個(gè)包裝箱應(yīng)標(biāo)明"朝上、輕搬正放、小心破碎、玻璃厚度、等級(jí)、廠名或商標(biāo)"等字樣。
⒊運(yùn)輸
產(chǎn)品所用各種類型的運(yùn)輸車輛、搬運(yùn)規(guī)則等應(yīng)符合國家有關(guān)規(guī)定。
運(yùn)輸時(shí)，木箱不得平放或斜放，長度方向應(yīng)與輸送車輛運(yùn)動(dòng)方向相同，應(yīng)有防雨等措施。
⒋貯存
產(chǎn)品應(yīng)垂直貯存在干燥的室內(nèi)。
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