第六章 玻璃的热弯与钢化

1、1第二章第二章 玻璃的热弯与钢化玻璃的热弯与钢化2本章主要研究内容本章主要研究内容l1、了解玻璃的热弯、平钢化、弯钢化及化学钢化的、了解玻璃的热弯、平钢化、弯钢化及化学钢化的工艺过程和工艺设备，工艺过程和工艺设备，掌握掌握各自的定义。各自的定义。l2、掌握掌握物理钢化的基本原理及影响加热工艺的因素。物理钢化的基本原理及影响加热工艺的因素。l3、掌握掌握化学钢化的基本原理，化学钢化的基本原理，掌握掌握高温型离子交换高温型离子交换法和低温型离子交换法，法和低温型离子交换法，掌握掌握加速离子交换的两种方加速离子交换的两种方法。法。玻璃的退火玻璃的退火l玻璃的退火，就是把具有永久应力的玻璃制品重新加热

2、玻璃的退火，就是把具有永久应力的玻璃制品重新加热到玻璃内部质点可以移动的温度，利用质点的位移使应到玻璃内部质点可以移动的温度，利用质点的位移使应力分散力分散(称为应力松弛称为应力松弛)来消除或减弱永久应力。来消除或减弱永久应力。l玻璃的最高退火温度是指在此温度下玻璃的最高退火温度是指在此温度下15min内能消除全内能消除全部应力或经过部应力或经过3min能消除能消除95%应力，一般相当于退火应力，一般相当于退火点点(=1012Pas)的温度，也叫退火上限温度；的温度，也叫退火上限温度； l最低退火温度是指在此温度下最低退火温度是指在此温度下16h内消除全部应力或经内消除全部应力或经3min只能

3、消除只能消除5%应力，也叫退火下限温度。应力，也叫退火下限温度。（ =1013Pas) 。大部分器皿玻璃最高退火温度为大部分器皿玻璃最高退火温度为5505502020 ；平板玻璃：平板玻璃：550550570570；瓶罐玻璃：瓶罐玻璃：550550600600；高硼硅玻璃退火温度高硼硅玻璃退火温度：560560；低碱高硼硅玻璃退火温度低碱高硼硅玻璃退火温度：540540； 铅玻璃：铅玻璃：460460490490；硼硅酸盐玻璃：硼硅酸盐玻璃：600600610610。实际上，一般采用的退火温度都比最高退火温实际上，一般采用的退火温度都比最高退火温度低度低20203030，最低退火温度低于最高退

4、火温，最低退火温度低于最高退火温度度5050150150。5TgTflTg又称脆性温度，它是玻璃出现脆性的最高温度，由又称脆性温度，它是玻璃出现脆性的最高温度，由于在这个温度下可以消除玻璃制品因不均匀冷却而产于在这个温度下可以消除玻璃制品因不均匀冷却而产生的内应力，所以也称为退火温度上限。生的内应力，所以也称为退火温度上限。 (=10121013Pas)lTf又称软化温度，它是玻璃开始出现液体状态典型性又称软化温度，它是玻璃开始出现液体状态典型性质的温度。无论玻璃组成如何，在质的温度。无论玻璃组成如何，在Tf时相应的玻璃粘时相应的玻璃粘度约为度约为109Pas。Tf也是玻璃可拉成丝的最低温度。

5、也是玻璃可拉成丝的最低温度。62.1 热弯热弯 l一、概述一、概述 l1、定义：、定义：把切割好尺寸大小的玻璃，放置在根据把切割好尺寸大小的玻璃，放置在根据弯曲弧度设计的模具上，放入加热炉中，加热到软弯曲弧度设计的模具上，放入加热炉中，加热到软化温度，使玻璃软化，然后退火，即可制成热弯玻化温度，使玻璃软化，然后退火，即可制成热弯玻璃。璃。l2、热弯玻璃的生产：、热弯玻璃的生产：半连续生产或者是间歇生产，半连续生产或者是间歇生产，分别采用分别采用隧道式窑炉；间歇式窑炉隧道式窑炉；间歇式窑炉。 间歇生产和半连续生产的比较：间歇生产和半连续生产的比较：l间歇式窑炉：间歇式窑炉：l（1）明焰式热弯炉：

6、）明焰式热弯炉：按火焰流动方向，分为升焰和倒焰两种，按火焰流动方向，分为升焰和倒焰两种，一般烧煤。一般烧煤。l（2）隔焰式热弯炉：）隔焰式热弯炉：电热丝作为发热元件，个别也有用硅碳棒电热丝作为发热元件，个别也有用硅碳棒的，故常称为电炉。的，故常称为电炉。l间歇式热弯炉间歇式热弯炉l缺点：缺点：生产能力低、燃料消耗多、占地面积大、劳动条件差、操生产能力低、燃料消耗多、占地面积大、劳动条件差、操作不易机械化等。作不易机械化等。l优点优点：能灵活调节退火制度，投资小，是一些小规模企业的理想：能灵活调节退火制度，投资小，是一些小规模企业的理想选择。选择。明明焰焰式式间间歇歇热热弯弯炉炉制品不运动，根据

7、工艺要求，窑内温度随时间而变。加热方法有明制品不运动，根据工艺要求，窑内温度随时间而变。加热方法有明焰式、隔焰式两种。其能源有燃油、燃气和煤等，还可用电加热。焰式、隔焰式两种。其能源有燃油、燃气和煤等，还可用电加热。制品可直接放在窑底上、小车上，或放在金属篮筐内。对于光学玻制品可直接放在窑底上、小车上，或放在金属篮筐内。对于光学玻璃的粗退火和精密退火，通常采用隔焰式。璃的粗退火和精密退火，通常采用隔焰式。 隧道式退火窑隧道式退火窑，窑内各处温度恒定不变，通窑内各处温度恒定不变，通过制品间歇移动来实现玻璃退火过程。过制品间歇移动来实现玻璃退火过程。半连续式热弯炉半连续式热弯炉隧道式热弯炉隧道式热

8、弯炉半连续式热弯炉半连续式热弯炉隧道式隧道式热弯炉热弯炉的优缺点：的优缺点：l优点：优点：1）可以连续生产；可以连续生产；2）窑内温度可自动控制；窑内温度可自动控制；3）燃料消耗少，并可使用劣质煤；燃料消耗少，并可使用劣质煤；4）生产管理简单，制生产管理简单，制品在窑内品在窑内34h就可出窑；就可出窑；5）构造简单，造价便宜，）构造简单，造价便宜，砌筑方便。砌筑方便。l缺点：缺点：1）温度变化是不连续的、跳跃式的；）温度变化是不连续的、跳跃式的；2）截面）截面上温度分布不均匀；上温度分布不均匀；3）热散失大；）热散失大；4）劳动强度大，）劳动强度大，窖内运行设备易损坏，须经常检修。窖内运行设备

9、易损坏，须经常检修。 2.2玻璃的物理钢化玻璃的物理钢化 l一、钢化玻璃的发展综述一、钢化玻璃的发展综述 ：国外、国内：国外、国内l二、钢化玻璃的性能二、钢化玻璃的性能 l1、抗弯强度抗弯强度 ：比：比一般玻璃大一般玻璃大45倍倍 二、钢化玻璃的性能二、钢化玻璃的性能l1、抗弯强度抗弯强度 ：厚度厚度 56 mm的钢化玻璃，抗弯强度的钢化玻璃，抗弯强度达达 1.67102MPa。l2 2、抗冲击强度抗冲击强度 ：比普通透明玻璃高了比普通透明玻璃高了3 31010倍，如倍，如6 6mmmm厚的钢化玻璃的抗冲击强度为厚的钢化玻璃的抗冲击强度为 8.13 8.13kgkgm m，而普通平板而普通平板

10、玻璃的抗冲击强度为玻璃的抗冲击强度为 2.35 2.35 kgkgm m。l5mm5mm厚钢化玻璃用厚钢化玻璃用227g227g钢球冲击，钢球自由下落高度钢球冲击，钢球自由下落高度2 23m3m玻璃不破碎，而同样厚度的普通玻璃在玻璃不破碎，而同样厚度的普通玻璃在0.4m0.4m就破碎了。就破碎了。l3 3、淬火玻璃的热稳定性淬火玻璃的热稳定性l4 4、其他性能、其他性能二、钢化玻璃的性能二、钢化玻璃的性能l3 3、淬火玻璃的热稳定性：淬火玻璃的热稳定性：可经受温度突变的范围达可经受温度突变的范围达250250320320，而一般同厚度玻璃只能经受，而一般同厚度玻璃只能经受7070100100。

11、l钢化玻璃耐急热的性能比耐急冷好：钢化玻璃耐急热的性能比耐急冷好：5mm5mm厚钢化风挡玻厚钢化风挡玻璃置于璃置于0 0环境中，然后在正反面浇注熔融的铅环境中，然后在正反面浇注熔融的铅（327327）不破裂；将同样厚度的钢化玻璃放在）不破裂；将同样厚度的钢化玻璃放在300300高温炉内，保温高温炉内，保温1010分钟，快速取出放在冷水中，发现，分钟，快速取出放在冷水中，发现，耐急冷温差平均为耐急冷温差平均为195195270270，而同厚度的普通玻璃，而同厚度的普通玻璃耐急冷的温差仅为耐急冷的温差仅为70709090. .钢化玻璃与一般平板玻璃性能比较表钢化玻璃与一般平板玻璃性能比较表种类种类

12、厚度厚度(mm)热稳定性（热稳定性（ ）冲击强度冲击强度（kgm)(0%破坏）破坏）（100%破坏）破坏）一般玻璃一般玻璃21001400.073801201.375601000.17钢化玻璃钢化玻璃51702200.8381702201.2101502001.5二、钢化玻璃的性能二、钢化玻璃的性能l4 4、其他性能：、其他性能：安全性，安全性，破坏时首先在内层，由张应破坏时首先在内层，由张应力作用引起破坏的裂纹传播速度很大，同时外层的压力作用引起破坏的裂纹传播速度很大，同时外层的压应力有保持破碎的内层不易剥落的作用，应力有保持破碎的内层不易剥落的作用，因此钢化玻因此钢化玻璃在破裂时，只产生没

13、有尖锐角的小碎片。璃在破裂时，只产生没有尖锐角的小碎片。钢化玻璃是否绝对安全？玻璃幕墙癌症钢化玻璃是否绝对安全？玻璃幕墙癌症 近年来钢化玻璃引发幕墙事故频发近年来钢化玻璃引发幕墙事故频发 ：20032003年年8 8月，天津某商厦月，天津某商厦5 5楼一块楼一块2m2m2 2的钢化玻璃突然自爆，砸伤一的钢化玻璃突然自爆，砸伤一位音乐教师的左手，致残而无法再演奏，赔偿位音乐教师的左手，致残而无法再演奏，赔偿66006600元。元。20062006年年7 7月，上海江宁路一座大厦月，上海江宁路一座大厦3636楼钢化玻璃爆炸，一对情侣楼钢化玻璃爆炸，一对情侣被砸伤，还砸坏了一辆正在行驶的丰田汽车。被

14、砸伤，还砸坏了一辆正在行驶的丰田汽车。20072007年年5 5月，济南一酒店玻璃自爆，冰雹般的碎粒水平飞出六、月，济南一酒店玻璃自爆，冰雹般的碎粒水平飞出六、七米。而仅仅几分钟前，国家少年乒乓球队队员正好通过，真七米。而仅仅几分钟前，国家少年乒乓球队队员正好通过，真是不幸中的大幸。是不幸中的大幸。20052005年，南宁某会展中心钢化玻璃先后自爆五十余片，有些从会年，南宁某会展中心钢化玻璃先后自爆五十余片，有些从会场中央二十多米上空凌空开花。而当时东盟博览会即将开幕，各场中央二十多米上空凌空开花。而当时东盟博览会即将开幕，各国首脑云集。为达到保证绝对安全的要求，不得不以高昂的代价国首脑云集。

15、为达到保证绝对安全的要求，不得不以高昂的代价全部贴上特种防爆膜。其造价远超当初建议采用的夹层玻璃。全部贴上特种防爆膜。其造价远超当初建议采用的夹层玻璃。20062006年新建成的一座博物馆观光电梯玻璃凌空爆炸，年新建成的一座博物馆观光电梯玻璃凌空爆炸，把下面咖啡厅的玻璃桌砸个粉碎，幸好事件发生在下把下面咖啡厅的玻璃桌砸个粉碎，幸好事件发生在下午午6 6点，闭馆时间已过，否则结果难料。现在不得不点，闭馆时间已过，否则结果难料。现在不得不把玻璃全部改为铝板，观光电梯不再观光。把玻璃全部改为铝板，观光电梯不再观光。20072007年北京某广场多片玻璃自爆，飞出六、七米后年北京某广场多片玻璃自爆，飞出

16、六、七米后砸伤三人，还砸坏城铁车站的玻璃顶盖。砸伤三人，还砸坏城铁车站的玻璃顶盖。2006200620072007年，山东某机场钢化玻璃已自爆年，山东某机场钢化玻璃已自爆2929块。块。20052005年，刚建成的济南山东一公司办公楼自爆十余块年，刚建成的济南山东一公司办公楼自爆十余块玻璃，还砸坏了一把手的宝马爱车。玻璃，还砸坏了一把手的宝马爱车。20042004至今，深圳有座办公楼钢化玻璃以每年至今，深圳有座办公楼钢化玻璃以每年4040块的速度块的速度自爆，自爆，20072007年上半年爆了二十多块，还伤了人，至今仍年上半年爆了二十多块，还伤了人，至今仍在自爆中。在自爆中。玻璃自爆从天而降，

17、玻璃自爆从天而降， 划伤划伤4辆百万保时捷辆百万保时捷（2008年年09月月23日日 华商网华商网-重庆时报重庆时报）219月月23日晚，位于北园大街上的某酒店包间内，市民李女士和日晚，位于北园大街上的某酒店包间内，市民李女士和亲属一起吃饭时，餐桌的钢化玻璃转盘突然迸裂。有三人被玻亲属一起吃饭时，餐桌的钢化玻璃转盘突然迸裂。有三人被玻璃划伤。璃划伤。海珠区洪德路保利丰花园小区业主的投诉，入住不到一年玻璃自爆海珠区洪德路保利丰花园小区业主的投诉，入住不到一年玻璃自爆 24钢化玻璃自爆原因？钢化玻璃自爆原因？l1、内部存在结石或杂质，周围形成较大的预应力集、内部存在结石或杂质，周围形成较大的预应力

18、集中；中；l2、表面压力过大，钢化级数过高，内应力平衡处于、表面压力过大，钢化级数过高，内应力平衡处于临界状态；临界状态；l3、表面有严重划伤或缺陷，造成表面压应力的不均、表面有严重划伤或缺陷，造成表面压应力的不均匀，使应力状态失衡；匀，使应力状态失衡；l4、边部加工质量不佳，切裁时有较严重横向嵌挤裂、边部加工质量不佳，切裁时有较严重横向嵌挤裂纹，磨边导棱不良，或磨轮砂粒过粗伤害了玻璃。纹，磨边导棱不良，或磨轮砂粒过粗伤害了玻璃。25玻璃内部可能包含玻璃内部可能包含硫化镍硫化镍杂质，杂质， NiSNiS是一种晶体，存在两种是一种晶体，存在两种晶相晶相: : 高温相高温相-NiS-NiS和低温相

19、和低温相-NiS-NiS，相变温度为，相变温度为379 379 。 玻璃在钢化炉内加热时，因加热温度远高于相变温度，玻璃在钢化炉内加热时，因加热温度远高于相变温度，NiSNiS全全部转变为部转变为相。然而在随后的淬冷过程中，相。然而在随后的淬冷过程中， -NiS-NiS来不及转来不及转变为变为-NiS-NiS，从而被冻结在钢化玻璃中。在室温环境下，从而被冻结在钢化玻璃中。在室温环境下，-NiSNiS是不稳定的，有逐渐转变为是不稳定的，有逐渐转变为-NiS-NiS的趋势。这种转变伴随的趋势。这种转变伴随着约着约2-4%2-4%的体积膨胀，使玻璃承受巨大的相变张应力，从而的体积膨胀，使玻璃承受巨大

20、的相变张应力，从而导致自爆。导致自爆。 钢化玻璃内部硫化镍杂质相变引起体积膨胀钢化玻璃内部硫化镍杂质相变引起体积膨胀从自爆后玻璃碎片中提取的从自爆后玻璃碎片中提取的NiS 结石的扫描电镜照片，其结石的扫描电镜照片，其表面起伏不平、非常粗糙。表面起伏不平、非常粗糙。 27如何鉴别钢化玻璃的自爆？如何鉴别钢化玻璃的自爆？l首先看起爆点（钢化玻璃裂纹呈放射状，均有起始首先看起爆点（钢化玻璃裂纹呈放射状，均有起始点）是否在玻璃中间，如在玻璃边缘，一般是因为点）是否在玻璃中间，如在玻璃边缘，一般是因为玻璃未经过倒角磨边处理或玻璃边缘有损伤，造成玻璃未经过倒角磨边处理或玻璃边缘有损伤，造成应力集中，裂纹逐

21、渐发展造成的；应力集中，裂纹逐渐发展造成的；l如起爆点在玻璃中部，看起爆点是否有两小块多边如起爆点在玻璃中部，看起爆点是否有两小块多边形组成的类似两片蝴蝶翅膀似的图案形组成的类似两片蝴蝶翅膀似的图案（蝴蝶斑）（蝴蝶斑）l如果仔细观察两小块多边形公用边（蝴蝶的躯干部如果仔细观察两小块多边形公用边（蝴蝶的躯干部分）应有肉眼可见的黑色小颗粒（硫化镍结石），分）应有肉眼可见的黑色小颗粒（硫化镍结石），则可判断是自爆的；否则就应是外力破坏的。则可判断是自爆的；否则就应是外力破坏的。 玻璃碎片呈放射状分布，放射中心有二块形似蝴蝶翅膀的玻玻璃碎片呈放射状分布，放射中心有二块形似蝴蝶翅膀的玻璃块，俗称璃块，俗

22、称 “蝴蝶斑蝴蝶斑”。NiSNiS结石位于二块结石位于二块“蝴蝶斑蝴蝶斑”的界面的界面上。上。 29思考题思考题:钢化玻璃能否进行切割？钢化玻璃能否进行切割？采取必要的安全措施：采取必要的安全措施：l1.1.钢化玻璃要进行二次热处理，通常称为引爆处理、均质处理或钢化玻璃要进行二次热处理，通常称为引爆处理、均质处理或热浸处理热浸处理(Heat Soak Test)(Heat Soak Test)：l升温、保温和降温过程。升温阶段为最后一块玻璃的表面温度从升温、保温和降温过程。升温阶段为最后一块玻璃的表面温度从室温升至室温升至280280的过程；保温阶段为所有玻璃的表面温度均达到的过程；保温阶段为

23、所有玻璃的表面温度均达到2902901010，且至少保持，且至少保持2 2个小时的过程；降温阶段是从玻璃完成个小时的过程；降温阶段是从玻璃完成保温阶段后保温阶段后, ,温度降至温度降至7575时的过程。整个二次热处理过程应避时的过程。整个二次热处理过程应避免炉膛温度超过免炉膛温度超过320320、玻璃表面温度超过、玻璃表面温度超过300300，否则玻璃的钢，否则玻璃的钢化应力会由于过热而松弛，从而影响其安全性。化应力会由于过热而松弛，从而影响其安全性。 l2.2.幕墙下面设隔离带，不安排吸引行人和观众停留的设施。室内幕墙下面设隔离带，不安排吸引行人和观众停留的设施。室内靠墙不设展位、餐饮、售货

24、位置。室外停车位要离开墙根，墙根靠墙不设展位、餐饮、售货位置。室外停车位要离开墙根，墙根布置绿化或水池；出入口设雨棚；人流上空布置金属安全网；布置绿化或水池；出入口设雨棚；人流上空布置金属安全网；l3.3.贴防爆膜；贴防爆膜；l4.4.降低钢化玻璃的表面应力降低钢化玻璃的表面应力 。 玻璃中的热应力玻璃中的热应力 l玻璃中由于温差而产生的内应力称为热应力玻璃中由于温差而产生的内应力称为热应力 l暂时应力暂时应力（ temporary stress ）：玻璃在应变点温玻璃在应变点温度以下加热或冷却时，由于其度以下加热或冷却时，由于其导热性较差导热性较差，各部位将形，各部位将形成温度梯度，从而产生

25、一定的热应力。这种热应力，随成温度梯度，从而产生一定的热应力。这种热应力，随着温差的存在而存在，温差越大，暂时应力也越大，并着温差的存在而存在，温差越大，暂时应力也越大，并随着温差的消失而消失。随着温差的消失而消失。l 永久应力永久应力（permanent stress) ： 玻璃从应变点温玻璃从应变点温度以上开始冷却时，由温差产生的热应力，到玻璃冷却度以上开始冷却时，由温差产生的热应力，到玻璃冷却至室温、内外层温度均衡后，并不能完全消失，玻璃中至室温、内外层温度均衡后，并不能完全消失，玻璃中仍然残存着一定的应力，这种应力称为永久应力。永久仍然残存着一定的应力，这种应力称为永久应力。永久应力的

26、大小取决于制品在应变点温度以上时的冷却速度、应力的大小取决于制品在应变点温度以上时的冷却速度、玻璃的黏度、热膨胀系数及制品的厚度等。玻璃的黏度、热膨胀系数及制品的厚度等。三、钢化玻璃的钢化原理三、钢化玻璃的钢化原理l物理钢化的原理：物理钢化的原理：l玻璃在加热炉内按一定升温速度加热到低于软化温度，玻璃在加热炉内按一定升温速度加热到低于软化温度，然后将此玻璃迅速送入冷却装置，用低温高速气流进然后将此玻璃迅速送入冷却装置，用低温高速气流进行淬冷，玻璃外层首先收缩硬化，由于玻璃导热系数行淬冷，玻璃外层首先收缩硬化，由于玻璃导热系数小，这时内部仍处于高温状态，待到玻璃内部也开始小，这时内部仍处于高温状

27、态，待到玻璃内部也开始硬化时，已硬化的外层将阻止内层的收缩，从而使先硬化时，已硬化的外层将阻止内层的收缩，从而使先硬化的外层产生压应力，后硬化的内层产生张应力。硬化的外层产生压应力，后硬化的内层产生张应力。由于玻璃表面层存在压应力，当外力作用于该表面时，由于玻璃表面层存在压应力，当外力作用于该表面时，首先必须抵消这部分压应力，这就大大提高玻璃的机首先必须抵消这部分压应力，这就大大提高玻璃的机械强度，经过这样物理处理的玻璃制品就是械强度，经过这样物理处理的玻璃制品就是钢化玻璃钢化玻璃。36钢化玻璃的钢化原理钢化玻璃的钢化原理三、钢化玻璃的钢化原理三、钢化玻璃的钢化原理 l1 1、物理钢化（或热钢

28、化）是将高温的玻璃急速冷却、物理钢化（或热钢化）是将高温的玻璃急速冷却到常温状态，使在玻璃厚度方向产生残余应力，在表到常温状态，使在玻璃厚度方向产生残余应力，在表面形成压应力的方法。在生产实践中，物理钢化一般面形成压应力的方法。在生产实践中，物理钢化一般多用空气喷吹的多用空气喷吹的风钢化风钢化。 )81 (8224tDRekDQ玻璃表面与中心部分的温差；玻璃表面与中心部分的温差；D D玻璃板厚度（玻璃板厚度（m m）Q Q放热量（放热量（kJ/mkJ/m2 2h h）；）；k k 导热系数；导热系数；密度密度 kDQ8)(maxkDC224max22)(24fffkQDDCQmax)(321E

29、Fft0时玻璃板的均匀温度；时玻璃板的均匀温度；C比热（比热（kJ/kgK）；）；热热膨胀系数；膨胀系数；E E弹性模量；弹性模量；泊松比泊松比 )81 (8224tDRekDQ2 2、冷强化中的加热、冷却、冷强化中的加热、冷却 l（1）加热：）加热：快速而均匀加热快速而均匀加热 l快速加热：快速加热：防止因加热时间拖长造成玻璃板软化变形防止因加热时间拖长造成玻璃板软化变形l不均匀加热会在板面产生应力分布，存在不理想的张不均匀加热会在板面产生应力分布，存在不理想的张应力，应力，这是强度降低的原因这是强度降低的原因 l板的弯曲和变形：板的弯曲和变形：往往是由于不均匀加热、过热、夹往往是由于不均匀

30、加热、过热、夹具用得不当以及板重与夹具数量不相称等原因造成的。具用得不当以及板重与夹具数量不相称等原因造成的。 41冷强化中的加热、冷却冷强化中的加热、冷却l（2）冷却冷却 ：一般用设在一般用设在与板的两面垂直方向的许多与板的两面垂直方向的许多喷嘴喷吹空气喷嘴喷吹空气22vgPNSvH 空气密度（空气密度（kg/mkg/m3 3）；）；喷嘴出口的压头损失系数；喷嘴出口的压头损失系数； v流速（流速（m/s）；）； g重力加速度；重力加速度； H风量风量 N喷嘴总数；喷嘴总数； S喷嘴断面面积（喷嘴断面面积（m m2 2） 四、炉温的确定四、炉温的确定 l1 1、玻璃板的温度与加热时间和加热温度

31、的关系、玻璃板的温度与加热时间和加热温度的关系l钢化工艺成功与否，在很大程度上取决于恰当的加热过钢化工艺成功与否，在很大程度上取决于恰当的加热过程。程。大面积的平板玻璃可以骤然放入白热的炉内而不会大面积的平板玻璃可以骤然放入白热的炉内而不会破碎，这是由于各表面立即受到压应力作用之故，破碎，这是由于各表面立即受到压应力作用之故，另一另一个原因是厚度相当一致，所有表面的受热速度基本相同个原因是厚度相当一致，所有表面的受热速度基本相同。l通常采用电炉加热：通常采用电炉加热：因为电炉能提供均匀的辐射热，而因为电炉能提供均匀的辐射热，而且控制方便，加热元件可以分成几个单独的区域，以便且控制方便，加热元件

32、可以分成几个单独的区域，以便于自动调节而适应大小不同的玻璃板，并有助于补偿来于自动调节而适应大小不同的玻璃板，并有助于补偿来自炉底的冷空气引起的降温。自炉底的冷空气引起的降温。 43玻璃板温度与加热时间和加热温度的关系玻璃板温度与加热时间和加热温度的关系)(4241TTAR)(44LFLTTBdTdT)(GFGTTCdtdTB是恒定热容是恒定热容 ；TG玻璃温度；玻璃温度；TF炉温；炉温；C常数常数 DCtTTGF)log(玻璃的加热速度与时间的关系曲线玻璃的加热速度与时间的关系曲线（钢化平板玻璃）（钢化平板玻璃）)(GFGTTCdtdTDCtTTGF)log(2 2、玻璃板厚度对加热速度的影

33、响、玻璃板厚度对加热速度的影响 l引起厚玻璃在炉内炸裂的原因：引起厚玻璃在炉内炸裂的原因：加热过早，玻璃表面的加热过早，玻璃表面的加热比内部要快，产生加热比内部要快，产生玻璃表面和中部的温差，玻璃越玻璃表面和中部的温差，玻璃越厚温差越大，同时产生的应力也越大。厚温差越大，同时产生的应力也越大。（采取措施（采取措施降低炉温降低炉温, ,延长加热时间）延长加热时间） l薄玻璃需要更高的炉温，原因：薄玻璃需要更高的炉温，原因：玻璃更透明，炉内大部玻璃更透明，炉内大部分辐射热透过玻璃而并没有加热玻璃；分辐射热透过玻璃而并没有加热玻璃；进入急冷区时，进入急冷区时，玻璃越薄，需要的玻璃温度就越高。玻璃越薄

34、，需要的玻璃温度就越高。 4mm 705715；410mm 70571012mm 690695；15mm 68068519mm 670675 3 3、钢化的冷却阶段、钢化的冷却阶段 l空气是最理想的冷却介质，主要是因为：空气是最理想的冷却介质，主要是因为：l（1 1）冷却期间可保持玻璃表面清洁；）冷却期间可保持玻璃表面清洁；l（2 2）改变吹风压力，易于获得正确的玻璃冷却速度；）改变吹风压力，易于获得正确的玻璃冷却速度；l（3 3）冷却均等地作用于玻璃板的各个部分；）冷却均等地作用于玻璃板的各个部分；l（4 4）从技术上看，风机是一种简单可靠的构造。）从技术上看，风机是一种简单可靠的构造。l面

35、积一定，钢化面积一定，钢化3 3mmmm玻璃板所需的冷却作用，是玻璃板所需的冷却作用，是6 6mmmm玻玻璃板所需的两倍多；钢化璃板所需的两倍多；钢化1212mmmm玻璃板所需的冷却作用玻璃板所需的冷却作用不到不到6 6mmmm玻璃的一半。玻璃的一半。l为此，为此，3mm玻璃的冷却速度是玻璃的冷却速度是6mm玻璃的四倍多，玻璃的四倍多，而而12mm玻璃的冷却速度不到玻璃的冷却速度不到6mm玻璃的四分之一。玻璃的四分之一。 钢化过程中不同厚度玻璃的加热和冷却钢化过程中不同厚度玻璃的加热和冷却48五、影响钢化的工艺因素五、影响钢化的工艺因素 l1、淬火温度及冷却速度淬火温度及冷却速度 l（1）玻璃

36、开始急冷（淬火）时的温度称为玻璃开始急冷（淬火）时的温度称为淬火温度淬火温度l（2 2）淬火产生的永久应力值（）淬火产生的永久应力值（淬火程度淬火程度）和淬火温）和淬火温度之间的关系称为度之间的关系称为淬火曲线淬火曲线。 l（3）冷却速度是由风压、风温、喷嘴与玻璃间距以冷却速度是由风压、风温、喷嘴与玻璃间距以及热气垫的形成等因素来决定的。及热气垫的形成等因素来决定的。 l2、玻璃的化学组成、玻璃的化学组成 （ （ ） （ ）l3 3、玻璃厚度、玻璃厚度 （玻璃愈厚，淬火程度愈高玻璃愈厚，淬火程度愈高 ）ETmax)(321EFkDQ8)(max淬火程度同淬火温度及冷却速率的关系淬火程度同淬火温

37、度及冷却速率的关系对流传递速度，表示对流传递速度，表示淬火的冷却速率淬火的冷却速率)/(2CmWh影响冷却速度的因素影响冷却速度的因素玻璃的化学组成玻璃的化学组成1 1铅玻璃；铅玻璃；2 2压延玻璃；压延玻璃；3 3硼硅酸盐玻璃；硼硅酸盐玻璃；4 4低碱玻璃；低碱玻璃；5 5锆玻璃锆玻璃max)(321EF52六、各种钢化技术六、各种钢化技术 l1、弯曲钢化：、弯曲钢化：用模型，靠自重或冲压，进行热用模型，靠自重或冲压，进行热弯，当弯到所需要的曲面后，再急速冷却处理。弯，当弯到所需要的曲面后，再急速冷却处理。 l2、区域钢化：、区域钢化：当钢化玻璃破碎时，为了确保视当钢化玻璃破碎时，为了确保视

38、野，控制局部的钢化强度，避免该部分碎成小片。野，控制局部的钢化强度，避免该部分碎成小片。 l3、水平钢化、水平钢化：用辊道或气流将玻璃保持在水平用辊道或气流将玻璃保持在水平状态，使之通过加热炉。状态，使之通过加热炉。l4.4.半钢化玻璃：半钢化玻璃：弯钢化玻璃弯钢化玻璃水平钢化玻璃水平钢化玻璃4、半钢化玻璃：半钢化玻璃：l通过和钢化玻璃一样的热处理，使玻璃强度增加到普通通过和钢化玻璃一样的热处理，使玻璃强度增加到普通退火玻璃的两倍，同时也增强了其热膨胀系数。半钢化退火玻璃的两倍，同时也增强了其热膨胀系数。半钢化玻璃热处理类似于钢化玻璃，但钢化程度低，控制其表玻璃热处理类似于钢化玻璃，但钢化程度

39、低，控制其表面应力不大于面应力不大于69N/mm2。半钢化玻璃不属于目前定义。半钢化玻璃不属于目前定义的的“安全玻璃安全玻璃”。l半钢化玻璃表面应力低，所以不存在自爆的危险，不受半钢化玻璃表面应力低，所以不存在自爆的危险，不受外界影响时，它决不会自行爆炸，所以从这个意义来说，外界影响时，它决不会自行爆炸，所以从这个意义来说，它比钢化玻璃要安全。即使在外力作用下破碎，由于周它比钢化玻璃要安全。即使在外力作用下破碎，由于周边有胶缝和槽口，放射形的裂缝所形成的碎块也不会轻边有胶缝和槽口，放射形的裂缝所形成的碎块也不会轻易坠落。可以有时间进行拆除、更换。易坠落。可以有时间进行拆除、更换。l半钢化玻璃表

40、面较为平整，映像畸变小，较为美观，所半钢化玻璃表面较为平整，映像畸变小，较为美观，所以被各种玻璃幕墙大量使用。以被各种玻璃幕墙大量使用。半钢化玻璃与其它品种的玻璃性能比较半钢化玻璃与其它品种的玻璃性能比较玻璃品种玻璃品种相对强度相对强度碎片碎片破坏状态破坏状态普通玻璃普通玻璃1 1大，有尖角大，有尖角局部崩溃局部崩溃半钢化玻璃半钢化玻璃 1.51.52.02.0中，少尖角中，少尖角整体可保持整体可保持钢化玻璃钢化玻璃3 35 5小，无尖角小，无尖角崩溃崩溃592.3玻璃物理钢化的生产工艺及设玻璃物理钢化的生产工艺及设备备 l1、生产工艺流程、生产工艺流程 l2、生产、生产线的生产能力计算线的生

41、产能力计算 玻璃原片玻璃原片检验检验切裁切裁磨边磨边洗涤干燥洗涤干燥半成品检验半成品检验印商标印商标加热（成型）加热（成型）急冷急冷检验检验包装包装入库入库212121217204036008nnSAnnSAQ3、玻璃的加热工艺、玻璃的加热工艺 l（1 1）玻璃加热工艺的基本要求：）玻璃加热工艺的基本要求：迅速加热；温差小；迅速加热；温差小；垂直法、水平法、气垫法垂直法、水平法、气垫法 接近接近Tf，水平支持法水平支持法加加热至热至Tf；不产生变形和擦痕；尽快引出加热炉，迅速不产生变形和擦痕；尽快引出加热炉，迅速进行淬冷。进行淬冷。l（2 2）影响加热工艺的因素：）影响加热工艺的因素： a a

42、加热方式：加热方式：热源有热源有电电和气体燃料；辐射方式和气体燃料；辐射方式 b b加热时间：加热时间：4040s/1mm s/1mm c c加热温度：加热温度：T Tg gT Tf f，T5L1，小；小；L25L1，大大（2 2）水平法的冷却工艺特点）水平法的冷却工艺特点l玻璃在往复状态进行淬冷及冷却；玻璃在往复状态进行淬冷及冷却；l淬冷及冷却在设备不同区段进行调整；淬冷及冷却在设备不同区段进行调整；l冷却装置与加热炉连接，热损失小；冷却装置与加热炉连接，热损失小；l风栅喷嘴到玻璃的距离可根据冷却工艺进行调整；风栅喷嘴到玻璃的距离可根据冷却工艺进行调整；l风栅辊道采取斜向缠耐磨玻璃纤维绳的方

43、法，使玻璃风栅辊道采取斜向缠耐磨玻璃纤维绳的方法，使玻璃与辊面形成点接触，减少玻璃与辊子的接触面，纤维与辊面形成点接触，减少玻璃与辊子的接触面，纤维绳螺旋间的空隙为玻璃的下部冷却提供更加均匀的空绳螺旋间的空隙为玻璃的下部冷却提供更加均匀的空气流动区域，增强玻璃的钢化效果。气流动区域，增强玻璃的钢化效果。 682.42.4化学钢化化学钢化 l基本原理基本原理 ：改变玻璃表面的组成来提高玻璃的强度改变玻璃表面的组成来提高玻璃的强度分类分类表面脱碱表面脱碱涂复热膨胀系数小的玻璃涂复热膨胀系数小的玻璃碱金属离子交换碱金属离子交换高温型高温型低温型低温型玻璃表面脱碱：玻璃表面脱碱：在退火温度范围，通过气

44、体（包括能在退火温度范围，通过气体（包括能释放气体的固态物质）或溶液喷涂，使玻璃与气体或释放气体的固态物质）或溶液喷涂，使玻璃与气体或溶液中的盐类反应，玻璃表面的碱金属离子生成易溶溶液中的盐类反应，玻璃表面的碱金属离子生成易溶于水的盐类，清洗后的玻璃表面就贫碱，从而改善玻于水的盐类，清洗后的玻璃表面就贫碱，从而改善玻璃性质。璃性质。离子交换化学钢化法离子交换化学钢化法l把玻璃浸在高温熔融盐中，玻璃中把玻璃浸在高温熔融盐中，玻璃中的碱离子与熔盐中的碱离子因相互的碱离子与熔盐中的碱离子因相互扩散而发生离子交换，因而在交换扩散而发生离子交换，因而在交换层中产生压应力，使强度增大。层中产生压应力，使强

45、度增大。l分为分为高温型离子交换法高温型离子交换法 和和低温低温型型离子交换法离子交换法 1、高温型离子交换法、高温型离子交换法 l原理：原理：在玻璃的软化点与转变点之间的温度区域内，在玻璃的软化点与转变点之间的温度区域内，把含把含Na2O或或K2O的玻璃浸入锂的熔盐中，使玻璃中的的玻璃浸入锂的熔盐中，使玻璃中的Na+或或K+与比他们半径小的熔盐中的与比他们半径小的熔盐中的Li+相交换，然后相交换，然后冷却至室温，由于含冷却至室温，由于含Li+的表层与含的表层与含Na+或或K+内层膨胀内层膨胀系数不同，表面产生残余压应力而强化。系数不同，表面产生残余压应力而强化。lT Tg gT Tf f ，

46、用小离子置换大离子，膨胀系数不同，用小离子置换大离子，膨胀系数不同l举例：举例：Al2O3、TiO2离子交换，产生离子交换，产生锂霞石锂霞石（Li2OAl2O32SiO2）结晶，强度高达结晶，强度高达700700MPaMPa。l特点：特点：时间短、强度高；成本高，玻璃易失透时间短、强度高；成本高，玻璃易失透2、低温型离子交换法、低温型离子交换法 l原理：原理：在不高于玻璃转变点的温度区域内，将玻璃浸在不高于玻璃转变点的温度区域内，将玻璃浸在含有比玻璃中碱离子半径大的碱离子熔盐中。例如，在含有比玻璃中碱离子半径大的碱离子熔盐中。例如，用用Na+置换置换Li+，或用或用 K+置换置换Na+，然后冷

47、却。由于碱然后冷却。由于碱离子的体积差造成表面压应力层，提高了玻璃的强度。离子的体积差造成表面压应力层，提高了玻璃的强度。 l T Tg g，用大离子置换小离子，体积差用大离子置换小离子，体积差l特点：特点：速度慢，强度相对低；成本低，不变形。速度慢，强度相对低；成本低，不变形。3、低温型离子交换法的工艺、低温型离子交换法的工艺 l（1）工艺流程）工艺流程：l（2 2）工艺参数：）工艺参数：l熔盐材料：熔盐材料：KNO3（一般用化学纯）；一般用化学纯）；l辅助填加剂：辅助填加剂：Al2O3粉、硅酸钾、硅藻土、其他；粉、硅酸钾、硅藻土、其他；l盐浴池熔盐温度：盐浴池熔盐温度：4104105005

48、00；l交换时间：交换时间：根据产品增强需要而定；根据产品增强需要而定；l设计炉温：设计炉温：低温预热低温预热200200300300；高温预热高温预热350350450450；离子交换炉离子交换炉410410500500；高温冷却炉高温冷却炉 350 350450450；中温冷却炉中温冷却炉 200 200300300；低温冷却炉低温冷却炉 150 150200 200 3、低温型离子交换法的工艺、低温型离子交换法的工艺l（3）容器的选择：）容器的选择：l大多数盐可以完全安全地盛在不锈钢或高硅氧类玻璃大多数盐可以完全安全地盛在不锈钢或高硅氧类玻璃烧杯内。烧杯内。 l含氯离子的熔盐对不锈钢有一

49、定的侵蚀作用，最好盛含氯离子的熔盐对不锈钢有一定的侵蚀作用，最好盛在高硅氧类玻璃烧杯内。在高硅氧类玻璃烧杯内。l上述容器必须放在一个更大的、周围围着细砂的容器上述容器必须放在一个更大的、周围围着细砂的容器内（温度波动可以控制在内（温度波动可以控制在1 1）。）。 754、影响离子交换的工艺因素、影响离子交换的工艺因素 l（1）玻璃成分对离子交换的影响）玻璃成分对离子交换的影响 l（2）熔盐成分对玻璃强度的影响）熔盐成分对玻璃强度的影响 l（3）处理温度）处理温度 l（4）处理时间）处理时间 76（1）玻璃成分对离子交换的影响）玻璃成分对离子交换的影响l钠钙硅酸盐玻璃钠钙硅酸盐玻璃: :7000

50、10000N/cm2，3040m，铝硅酸盐玻璃铝硅酸盐玻璃: :15000 N/cm2，150m。l为什么含为什么含Al2O3多的铝硅酸盐玻璃比普通钠钙硅酸盐多的铝硅酸盐玻璃比普通钠钙硅酸盐玻璃有较强、较厚的压应力？玻璃有较强、较厚的压应力？思考题思考题77交换速度快、应力松弛小的玻璃组成交换速度快、应力松弛小的玻璃组成l（a）SiO2-RO-R2Ol（b）SiO2- Al2O3- R2Ol（c）SiO2-Al2O3-RO(MgO、CaO、SrO、ZnO、BaO、PbO)- R2Ol（d）SiO2- Al2O3- B2O3-RO- R2O l（e）SiO2- Al2O3-RO- RO2(ZrO

51、2、TiO2、CeO2)- R2O 各种成分在离子交换中的作用各种成分在离子交换中的作用 l1、SiO2 ： 65，原料难以，原料难以熔化。熔化。SiO2以以 6065为宜。为宜。 l2、Al2O3 ：加速作用加速作用，（，（体积增大，体积增大，AlO441cm3/mol，SiO427.24cm3/mol）l用用 Al2O3取代取代SiO2后，后，一是分子体积增大，结构网络一是分子体积增大，结构网络空隙扩大，有利于碱离子扩散；空隙扩大，有利于碱离子扩散；另一方面，体积增大，另一方面，体积增大，也有利于吸收大体积的也有利于吸收大体积的K+离子，促进离子交换。离子，促进离子交换。 l117。各种成

52、分在离子交换中的作用各种成分在离子交换中的作用l3、RO：若增加若增加 RO减少减少SiO2，对离子交换有不良影响。，对离子交换有不良影响。 R2+与非桥氧相互作用较与桥氧离子作用更为强烈；与非桥氧相互作用较与桥氧离子作用更为强烈；使使R+OR2+中中R+O键变弱。键变弱。碱离子在含小直径碱离子在含小直径R2+的的玻璃中，其扩散系数比在含大直径玻璃中，其扩散系数比在含大直径R2+的玻璃中有所增的玻璃中有所增加。用加。用R2+取代取代SiO2还会堵塞碱离子通道。还会堵塞碱离子通道。l4、B2O3：与与Al2O3并用，强化层厚度增加，强度提高。并用，强化层厚度增加，强度提高。强化层厚强化层厚202

53、04040m m ，抗弯强度达抗弯强度达500500600600MPaMPa，比处比处理前高理前高10102020倍。倍。l5、ZrO2 ：与与Al2O3并用，强化效果较好。含量并用，强化效果较好。含量102%)并用，效并用，效果较好。果较好。熔融盐液和玻璃之间离子交换量熔融盐液和玻璃之间离子交换量 tCMDAP024M离子的扩散量；离子的扩散量；C0玻璃基体中玻璃基体中Na2O的含量；的含量； t离子交换时间。离子交换时间。 碱离子的扩散，是经过离子之间的跃迁而完成的碱离子的扩散，是经过离子之间的跃迁而完成的。 （a）从钾离子位置到临近钠离子的空穴；从钾离子位置到临近钠离子的空穴；（b）从钾

54、离子位置到临近钾离子的空穴；从钾离子位置到临近钾离子的空穴；（c）从钠离子位置到临近钠离子的空穴；从钠离子位置到临近钠离子的空穴；（d）从钠离子位置到临近钾离子的空穴。从钠离子位置到临近钾离子的空穴。 （a） “挤塞挤塞” ，钾离子半径比钠离子半径大。（，钾离子半径比钠离子半径大。（b）和（和（c），离子之间的跳跃不产生应力。（离子之间的跳跃不产生应力。（d）从从“挤塞挤塞”状态的应力释放状态的应力释放过程，与（过程，与（a）正好相反。正好相反。 （2）熔盐成分对玻璃强度的影响）熔盐成分对玻璃强度的影响l KNO3 ：起起置换作用置换作用，其他为辅助添加剂。长期处于其他为辅助添加剂。长期处于高

55、温状态下的高温状态下的KNO3会发生少量分解，其浓度降低会会发生少量分解，其浓度降低会造成成品的抗冲击强度降低。造成成品的抗冲击强度降低。l KNO3熔盐的纯度：熔盐的纯度：高，二价离子的含量少；低，杂高，二价离子的含量少；低，杂质中就会带入质中就会带入Ca2+、Sr2+、Mg2+等离子，等离子，这些离子的这些离子的半径为：半径为：Ca2+0.099nm、Sr2+0.113nm、 Mg2+0.065nm。而而Na+0.095nm、K+ 0.133nm。l 经常补充熔盐或及时对熔盐进行净化处理，保持熔经常补充熔盐或及时对熔盐进行净化处理，保持熔盐的新鲜状态盐的新鲜状态（3）处理温度）处理温度处理

56、温度（处理温度（）抗冲击强度（抗冲击强度（kgm）抗弯强度（抗弯强度（MPa） 0.4（玻璃原片）（玻璃原片）60.30（玻璃原片）（玻璃原片）3702.54181.64102.90266.564302.60210.354502.40268.564602.32233.254702.08208.004802.02170.464901.80138.29（3）处理温度）处理温度l低于应变点温度，低于应变点温度，热扩散的速度很慢，强度的提高又热扩散的速度很慢，强度的提高又取决于取决于K+的扩散系数。所以强度随着处理温度逐渐增的扩散系数。所以强度随着处理温度逐渐增高而增强。高而增强。l动力学：动力学：扩散控制着交换过程，交换速度与温度成指扩散控制着交换过程，交换速度与温度成指数关系。数关系。lNa2OCaOSiO2玻璃：玻璃：105126kJmol。l处理温度较低时，处理温度较低时，达不到上述条件，交换过程不可能达不到上述条件，交换过程不可能进行完全，也就不可能获得足够大的表面压缩应力。进行完全，也就不可能获得足够大的表面压缩应力。反之反之，当温度过高时当温度过高时，因玻璃结构的松弛，可使，因玻璃结构的松弛，可使Na+和和K+的重排或迁