钢化玻璃夹层玻璃工艺

钢化玻璃工艺 （Tempered glass ）

作者： 章建杰 张富强

钢化玻璃是将原片玻璃加热到接近玻璃软化温度，并将原片玻璃在加热过程中产生的应力松驰和消除，然后进行淬冷，在一定的风压和时间内，使玻璃表面与内层形成一个温度差，当玻璃温度平衡后，即玻璃表面形成压应力，内层形成张应力，两个均匀分布的力提高了玻璃的强度，这种能改变玻璃特性的方法称为钢化。

钢化玻璃压应力、张应力的形成过程：

如图玻璃加热与冷却曲线所示。该图对钢化玻璃的热处理过程，包括玻璃的加热钢化和冷却分别进行了形象的描述。

加热是玻璃钢化的第一步。加热有利于玻璃内的永久应力松弛，由于玻璃是传热的不良体，在加热过程中玻璃表层温度就高于内层，表层与内层会产生一定的温度差，表层受热膨胀就大于内层，表层是在内层的阻碍下膨胀，而内层是在表层膨胀拉伸作用下膨胀，所以玻璃表层产生压应力，而内层受到的是张应力。这也是玻璃进入钢化炉时不会被炸裂的原因。

从加热曲线可以看出，玻璃表层获得热量的速度比其内层要快，100

200

300

400

500

600

700

即玻璃表层的温度升高速度比其内层快。随着时间的延伸，玻璃表层的温度达到并超过玻璃的转变温度时，玻璃的表层由脆性体变为塑性体，不再膨胀；而内层与表层之间仍存有一定的温差，内层继续膨胀，这时表层在内层的膨胀下产生张应力，内层产生压应力，它们的大小与前期加热所产生的应力相等，但方向相反。随着玻璃内外层温度的平衡，膨胀不再进行，应力随膨胀的消失而消失。

这时玻璃已加热到620℃— 640℃的温度范围内——此温度范围为玻璃钢化的正常温度范围。玻璃加热结束。应迅速从加热炉退出，要快速、均匀、对称、适当，使冷空气直接吹到玻璃表面，以便将其淬冷。

由于玻璃表层的散热要比内层快的多，淬冷的目的就是使玻璃的内外层产生170°C的温度差（即梯度），并保持此温差直到玻璃内层的温度降到540℃以下。如果此温差保持不够的话，玻璃的钢化程度将不会达到钢化玻璃所要求的强度。玻璃中产生的内应力取决于玻璃内层所产生的温度梯度，梯度的存在使内外层密度发生变化，刚开始淬冷时玻璃表层处于暂时张应力状态，内层为暂时压应力，当内层温度降至540℃以下固化时，内层的收缩硬化受到外层先硬化的阻碍，内层产生张应力，而外层受到的是压应力。

淬冷后玻璃继续冷却，以达到合适的温度便于进一步的处理，此时玻璃不会再增加钢化强度。因此，钢化玻璃的应力是通过加热和冷却，使玻璃获得永久应力。

优点：

具有较高的机械强度：抗弯强度是普通玻璃的4—5倍，抗冲击强度是普通玻璃的5—8倍。由于原片玻璃板受荷载弯曲时，玻璃的表层受到张应力，下表层受到压应力，玻璃的抗张强度较低，超过抗张强度玻璃就破裂，所以原片玻璃的强度不高，如果荷载加在钢化玻璃上，钢化玻璃表层压应力就增大，而所受的张应力比原片玻璃小，同时在钢化玻璃中最大的张应力不象原片玻璃存在于表面上而移向玻璃板中心，由于玻璃耐压强度比抗张强度几乎大10倍，所以钢化玻璃在同等荷载下不破裂，227g钢球2—3m自由落下冲击钢化玻璃不碎，而普通玻璃1m就可能会破碎。

具有良好的热稳定性：钢化玻璃能承受的温度差为250—327℃，而普通玻璃只能承受100℃左右的温度差。当钢化玻璃受热膨胀时，在其外层产生的暂时张应力被玻璃外层原存在的方向相反的压应力所补偿，使其热稳定性大大提高。

具有安全性能：一般情况下，钢化玻璃的张应力为40公斤/毫米2，并存在于玻璃的内部。当内部张应为30-32公斤/毫米2时，可以产生0.6米2的断裂面，相当于把其粉碎到10毫米左右的颗粒。特殊原因破碎时，形成的是无刀刃的小碎块，能避免或大大减轻对人体的伤害。

缺点：

1：钢化玻璃具有自爆的特性：“自爆”是钢化玻璃在无直接机械外力作用下发生的自动性炸裂，前期自爆是因原片玻璃质量缺陷的影响——加热、冷却不均使钢化应力分布不均匀，应力偏移，是造成前期自爆的主要原因之一。后期“自爆”，多为玻璃中含有硫化镍（NiS）结晶物，此结晶物体积膨胀率是2.38%，膨胀使玻璃受到巨大的相变张应力是导致后期自爆的主要原因。

钢化玻璃的缺点：

2：钢化后的玻璃不能再进行切割和加工，只能在钢化前就对玻璃进

行加工至需要的形状，再进行钢化处理。

3：钢化玻璃强度虽然比普通玻璃强，但是钢化玻璃在温差变化大时有自爆（自己破裂）的可能性，而普通玻璃不存在自爆的可能性。生产钢化玻璃工艺有两种：

一种是将普通平板玻璃或浮法玻璃在特定工艺条件下，经淬火法或风冷淬火法加工处理而成。

另一种是将普通平板玻璃或浮法玻璃通过离子交换方法，将玻璃表面成分改变，使玻璃表面形成一层压应力层加工处理而成。

钢化玻璃具有抗冲击强度高(比普通平板玻璃高4～5倍)、抗弯强度大(比普通平板玻璃高5倍)、热稳定性好以及光洁、透明、等特点。在遇超强冲击破坏时，碎片呈分散细小颗粒状，无尖锐棱角，故属于安全玻璃。

种类

1：钢化玻璃按形状分为平面钢化玻璃和曲面钢化玻璃。

平面钢化玻璃厚度有3.2、3.5、4、5、6、8、10、12、15、19mm 八种；曲面钢化玻璃厚度也有3.2、3.5、4、5、6mm等几种。但曲面(即弯钢化)钢化玻璃对每种厚度都有个最大的弧度限制。即平常所说的R为曲率半径.现国产水平钢化只能加工R≥1000mm产品，美国DB4钢化炉最小能加工曲率半径R=100mm的产品，但需要加工50万的挤压成型模具来制造，不适合于小批量的产品开发。

2：钢化玻璃按其外观分为：平钢化，弯钢化。

钢化玻璃与普通玻璃的区别

由于钢化玻璃破碎后，碎片会破成均匀的小颗粒并且没有普遍玻璃刀状的尖角，从而被称为安全玻璃而广泛用于汽车、室内装饰之中，以及高楼层对外开窗户上。

一般普通玻璃破碎后锋利的刀状尖角很容易割伤小孩或者撞击者，造成对人身的伤害。玻璃破碎后是变成小颗粒还是刀状这是钢化玻璃与普通玻璃最主要区别方式。但在工程检验中，动不动采用这种破坏性的检验无疑是不现实的。

那么怎么能知道自己买的究竟是不是钢化玻璃呢？

这还得从钢化玻璃制造原理来分析，钢化玻璃是将普通退火玻璃先切割成要求尺寸，然后加热到接近的软化点，再进行快速均匀的冷却而得到。钢化处理后玻璃表面形成均匀压应力，而内部则形成张应力，使玻璃的性能得以大幅度提高，抗拉度是后者的3倍以上，抗冲击力是后者的5倍以上。

也正是这个特点，应力特征成为鉴别真假钢化玻璃的重要标志，那就是钢化玻璃可以透过偏振光片在玻璃的边部看到彩色条纹，而在玻璃的面层观察，可以看到黑白相间的斑点。偏振光片可以在照相机镜头或者眼镜中找到，观察时注意光源的调整，这样更容易观察。钢化玻璃的自爆：

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。自爆是钢化玻璃固有的特性之一。

产生片爆的原因很多，简单地归纳以下几种：