关于钢化玻璃表面应力与碎片状态关系的探讨

关于钢化玻璃表面应力与碎片状态关系的探讨

摘要：钢化玻璃就是经热处理工艺之后的玻璃，其特点是在玻璃表面形压应力层，机械强度和耐热冲击强度得到提高，并具有特殊的碎片状态。钢化玻璃以其优良性能正越来越多地应用在建筑工程、交通工具、生活起居、生产科研等不同的领域，改变了城市建筑的风格，也为我们的生活和工作带来了许多的便利。通过对钢化玻璃表面应力值与50mm×50mm内碎片数检验，得出表面应力值与50mm×50mm内

碎片数存之间的关系。

关键词：玻璃、表面应力、碎片数

钢化玻璃以其优良性能正越来越多地应用在建筑工程、交通工具、生活起居、生产科研等不同的领域，改变了城市建筑的风格，也为我们的生活和工作带来了许多的

便利。

表面应力仪的测试原理是利用浮法玻璃表面锡扩散层的光波导效应来进行测量。从光源（白炽灯）发出的发散光经过狭缝，由高折射率柱面棱镜汇聚后变成平行光，通过调节光源位置，使一束平行光以临界角人射至玻璃与棱镜的交界面，由于玻璃表面存在应力，光线分解成为两个振动面相互垂直的矢量光，这两束光在浮法玻璃的锡扩散层中传播速度是不同的，因此以不同的全反射角折射到棱镜。从棱镜射出的光经反光镜反射进入干涉滤光片，由望远物镜系统聚焦，再经过分析镜后在分划板呈像而形成一个明暗台阶图像。通过测微目镜可以精确测量台阶的高度。

表面应力测试用试剂：采用折射率为1.540 0的折射率油

表面应力测试装置：表面应力仪主要由光源、高折射率棱镜、望远物镜系统、测微

目镜构成，仪器的构造如图1所示：

图1：表面应力仪的光学系统

表面应力测试程序：

1、将被测试样的锡扩散层朝上水平放置；

2、在被测点滴上1-2滴折射率油；

3、将仪器棱镜部位放置在被测点处；

4、调整光源的位置、狭缝位置能及反光镜角度，使视场内出现明暗台阶图像；

5、用测微目镜读出台阶的高度d，精确到0.01mm；

6、压应力和拉应力由图2确定。

图2：表面应力仪的视场中不同应力状态示意图

碎片状态试验设备：可保留碎片图案的任何装置。

碎片状态试验步骤：

1、将钢化玻璃试样自由平放在试验台上，并用透明胶带纸或其他方式约束玻璃周

边，以防止玻璃碎片溅开。

2、在试样的最长边中心线上距离周边20mm左右的位置，用尖端曲率半径为

0.2mm+0.05mm的冲击笔进行冲击，使试样破碎。

3、保留碎片图案的措施应在冲击后10s后开始并且在冲击后3min内结束。

4、碎片计数时，应除去距离冲击点半径80mm以及距玻璃边缘或钻孔边缘25mm 范围内的部分。从图案中选择碎片最大的部分，在这部分中用50mm×50mm的计数框计算框内的碎片数，每个碎片内不能有贯穿的裂纹存在，横跨计数框边缘的碎

片按1/2个碎片计算。

在实验中我们发现表面应力值与50mm×50mm内碎片数存在一定的关系，图3为50mm×50mm内碎片，我们经过对规格为：600mm×600mm的表面应力值和50mm×50mm内碎片数进行实验，得到以表1结果：

图3：50mm×50mm内碎片数

样品编号1#2#3#4#5#6#7#8#

表面应力值6372819099108120132

50mm×50mm

1429395162738292

内碎片

下表是玻璃表面应力与碎片数之间的关系：

由于钢化玻璃是经热处理工艺之后的玻璃。其特点是在玻璃表面形成压应力层，机械强度和耐热冲击强度得到提高，并具有特殊的碎片状态，要知道其钢化后的碎片数大小，只需测其表面应力就可以知道其碎片数的大小，这样不但节约经济而且操

作起来也很方便。

有专家研究表明：钢化应力越大，硫化镍结石的临界半径就越小，能引起自爆的结石就越多。显然，钢化应力应控制在适当的范围内，这样既可保证钢化碎片颗粒度满足有关标准，也能避免高应力引起的不必要自爆风险。平面应力(钢化均匀度)应越小越好，这样不仅减小自爆风险，而且能提高钢化玻璃的平整度。