玻璃的化学强化和物理钢化

玻璃的物理钢化法（一）
来源：LandGlass浏览量：5553发布时间：2014-11-05 08:32:25 物理钢化法的原理就是把玻璃加热到适宜温度后迅速冷却，使玻璃表面急剧收缩，产生压应力，而玻璃中层冷却较慢，还来不及收缩，故形成张应力，使玻璃获得较高的强度。

一般来说冷却强度越高，则玻璃强度越大，物理钢化的玻璃多用在汽车、舰船、建筑物上。

物理钢化方法很多，按冷却介质来分，可分为：气体介质钢化法、液体介质钢化法、微粒钢化法、雾钢化法等。

本文主要介绍气体介质钢化法和液体介质钢化法。

1、气体介质钢化法
气体介质钢化法，即风冷钢化法。

包括水平辊道钢化、水平气垫钢化、垂直钢化等方法。

所谓风冷钢化法就是将玻璃加热至接近玻璃的软化温度(650～700摄氏度)，然后对其两侧同时吹以空气使其迅速冷却，以增加玻璃的机械强度和热稳定性的生产方法。

加热玻璃的淬冷是用物理钢化法生产钢化玻璃的一个重要环节，对玻璃淬冷的基本要求是快速且均匀地冷却，从而获得均匀分布的应力，为得到均匀的冷却玻璃，就必须要求冷却装置有效疏散热风、便于清除偶然产生的碎玻璃并应尽量降低其噪音。

风冷钢化的优缺点：风冷钢化的优点是成本较低，产量较大，具有较高的机械强度、耐热冲击性(最大安全工作温度可达287．78摄氏度)和较高的耐热梯度(能经受204．44摄氏度)，而且风冷钢化玻璃除能增强机械强度外，在破碎时能形成小碎片，可减轻对人体的伤害。

但是对玻璃的厚度和形状有一定的要求(所钢化的玻璃最小厚度一般在3mm左右)，而且冷却速度慢，能耗高，对于厚度小于3mm的薄玻璃，钢化过程中还存在玻璃变形的问题，无法在光学质量要求较高的领域内应用。

适用范围：兰迪钢化炉属于气体介质钢化法，目前气体介质钢化技术应用广泛，多用在建筑家俬、汽车、家电、太阳能等行业。

2、液体介质钢化法
液体介质钢化法，即液冷法。

所谓液冷法就是将玻璃加热到接近软化点后，放人盛满液体的急冷槽内进行钢化。

此时作为冷却介质可以采用盐水，如硝酸钾、亚硝酸钾、硝酸钠、亚硝酸钠等的混合盐水。

此外，还可以采用矿物油作为冷却介质，当然也可以向矿物油中加入甲苯或四氯化碳等添加剂。

一些特制的淬冷油及硅酮油等也可以使用。

在进行液体钢化时，由于玻璃板的边部先进入急冷槽，因此会出现应力不均引起的炸裂。

为了解决这一问题，可先用风冷或喷液等进行预冷，然后再放入有机液中急冷。

也可以在急冷槽中放入水和有机溶液，有机溶液浮于水上面，当把加热后的玻璃放入槽中时，有机溶液起到预冷作用，吸收一部分热量，然后进入水中快速冷却除了采用浸入冷却液体，也可以采用液体喷雾法，但一般多用浸入法。

英国的Triplex公司，最早在上世纪80年代就用液体介质法钢化出了厚度为0．75～1．5mm的玻璃，结束了物理钢化不能钢化薄玻璃的历史。

液体钢化法的难点是建立起合理的液冷法工艺制度，在液冷钢化时应注意的两个问题：一是产生的过高的压应力层，二是避免玻璃炸裂。

液体介质钢化法的优缺点：采用液体介质钢化法，由于水的比热较大，气化热高，因此用量大为减少，从而能耗降低，成本减少，而且冷却速度快，安全性能高，变形较小。

由于在冷却时是玻璃受热后插入液体介质中，因此对于面积较大的玻璃板来说容易受热不均而影响质量和成品率。

适用范围：主要适用于小规格薄玻璃及超薄玻璃的钢化，如眼镜玻璃。

液晶显示屏玻璃，光学仪器仪表用玻璃等。

随着科技的进步，社会的发展，玻璃产品应用在日常生活中随处可见，建筑、交通、家具、容器、电子产品等都会应用到玻璃。

玻璃制造原料来源丰富，主要成分是SiO2，基片玻璃经过各种深加工处理后，更是获得多种功能，例如应用于电子显示设备上的AR减反射玻璃，AG玻璃，DG防刮玻璃，ITO导电玻璃等，但是在这些玻璃应用于显示设备之前，大多数供应商会要求对玻璃原片进行强化处理，增强玻璃原片强度，形成安全玻璃，从而对显示设备屏幕起到保护作用。

一、化学强化?
下面我们就来简单了解下显示屏幕保护玻璃强化常使用的化学强化方法。

利用化学方法在玻璃表面预制压应力层的方法称为化学钢化法，又称离子交换增强法。

化学钢化玻璃是采用低温离子交换工艺制造的，所谓低温系是指交换温度不高于玻璃转变温度的范围内，是相对于高温离子交换工艺在转变温度以上，软化点以下的温度范围而言。

低温离子交换工艺的简单原理是在400℃左右的碱盐溶液中，使玻璃表层中半径较小的离子与溶液中半径较大的离子交换，比如玻璃中的锂离子与溶液中的钾或钠离子交换，玻璃中的钠离子与溶液中的钾离子交换，利用碱离子体积上的差别在玻璃表层形成嵌挤压应力。

大离子挤嵌进玻璃表层的数量与表层压应力成正比，所以离子交换的数量与交换的表层深度是增强效果的关键指标。

由于离子交换层是均匀进行，所以化学钢化玻璃方法用于增强薄玻璃效果显著，特别适合增强5mm 厚以下的玻璃。

离子交换增强玻璃的特点是强度高、应力均匀、稳定性好、无自爆现象，可切裁加工，不变形，不产生光畸变，适用于形状复杂、厚度较小的玻璃制品的增强。

到目前为止，是强化3mm 以下异形薄玻璃的有效的方法。

化学钢化玻璃的主要优点有四点：
1、强度较之普通玻璃提高5~10倍，抗弯强度是普通玻璃的3~5倍，抗冲击强度是普通玻璃5~10倍，提高强度的同时亦提高了安全性。

对比同样厚度的玻璃，化学钢化强度明显好于物理钢化。

2、使用安全是钢化玻璃第二个主要优点，其承载能力增大改善了易碎性质。

化学钢化玻璃的耐急冷急热性质较之普通玻璃有2~3倍的提高，一般可承受150LC以上的温差变化，对防止热炸裂有明显的效果，且绝无自爆。

3、因加工方式不同，钢化的产品无任何变形，不会改变产品形状，也不受限产品形状均可钢化加工。

如弧形、圆柱形、瓶子形、盒形、平板形均可加工且不变形。

4、对超薄产品钢化效果显著，现有技术非常成熟，对于0.2～5.0mm厚的玻璃钢化效果非常好，且不会产生弯曲变形。

二、物理钢化
物理钢化玻璃属于法规确认的安全玻璃，广泛应用于对机械强度和安全性要求较高的场所，较普遍的一是应用在建筑材料上，例如玻璃门、建筑幕墙、立面窗、室内隔断；二是应用作装饰面板，例如家具、家用电器、靠近热源和受冷热冲击较剧烈位置的隔断等。

物理钢化的原理就是把玻璃加热到适宜温度后迅速冷却，使玻璃表面急剧收缩，产生压应力，而玻璃中层冷却较慢，还来不及收缩，故形成张应力，使玻璃获得较高的强度。

一般来说冷却强度越高，则玻璃强度越大。

物理钢化方法很多，按冷却介质来分，可分为：气体介质钢化法、液体介质钢化法、微粒钢化法、雾钢化法等。

如大量出货的电视机底座玻璃面板和电子磅玻璃面板则是采用气体介质钢化法。

气体介质钢化法，即风冷钢化法。

包括水平气垫钢化、水平辊道钢化、垂直钢化等方法。

所
谓风冷钢化法就是将玻璃加热至接近玻璃的软化温度(650～700。

C)，然后对其两侧同时吹以空气使其迅速冷却，以增加玻璃的机械强度和热稳定性的生产方法。

加热玻璃的淬冷是用物理钢化法生产钢化玻璃的一个重要环节，对玻璃淬冷的基本要求是快速且均匀地冷却，从而获得均匀分布的应力，为得到均匀的冷却玻璃，就必须要求冷却装置有效疏散热风、便于清除偶然产生的碎玻璃并应尽量降低其噪音。

风冷钢化的优点是成本较低，产量较大，具有较高的机械强度、耐热冲击性(较大安全工作温度可达287.78℃)和较高的耐热梯度(能经受204.44℃)，而且风冷钢化玻璃除能增强机械强度外，在破碎时能形成小碎片，可减轻对人体的伤害。

但是对玻璃的厚度和形状有一定的要求(国产设备所钢化的玻璃较小厚度一般在3mm以上)，而且冷却速度较慢，能耗高，耗电量大，对于薄玻璃，钢化过程中还存在玻璃变形的问题，无法在光学质量要求较高的领域内应用。

钢化玻璃在没有机械外力作用下的自裂，称之为自爆。

钢化玻璃诞生开始，就伴随着自爆问题。

钢化玻璃自爆可以表述为钢化玻璃在无外部直接作用的情况下而自动发生破碎的现象。

在钢化加工、贮存、运输、安装、使用等过程中均可发生钢化玻璃自爆。

自爆按起因不同可分为两种：一是由玻璃中可见缺陷引起的自爆，例如结石、砂粒、气泡、夹杂物、缺口、划伤、爆边等；二是由玻璃中硫化镍（NIS）杂质和异质相颗粒引起钢化玻璃自爆。

钢化玻璃的特性决定了自爆是无法避免的，而且无法预估自爆的时间和条件，可能是刚出炉，也可能是出厂后1～2月，也有出厂1～2年才自爆的，引起钢化玻璃较多自爆的时间可能是产品生产完成后的4～5年。

因此，为了防止因钢化玻璃自爆带来的危害，在玻璃加工及安装过程中往往会采取一些措施或方法，来减少钢化玻璃自爆带来的损失。

作为电子电器配套玻璃产品生产商，较常用方法是贴防爆膜防止钢化玻璃自爆。

例如玻璃底
座产品，为防止玻璃自爆，会在该产品上贴高性能聚酯薄膜。

聚酯薄膜俗称安全防爆膜，玻璃因各种原因碎裂时，可以粘住玻璃碎片防止飞溅，保护使用人员不受飞溅的玻璃碎片的危害。

一般电子显示产品，例如显示器，电视机，平板电脑，手机等，都是使用0.4---3mm厚的化学钢化玻璃作为屏幕保护面板，通过基本的外形加工后，按照设计要求，进行钢化丝印处理，或者进行镀膜处理，达到防指纹、防刮伤或者防眩光的目的，经过深加工处理的盖板玻璃，不仅外形高档美观，还能有效提高显示器画面质量，能起到减少辐射，保护眼睛的作用。

强度主要测试方法
玻璃的抗弯曲强度(CL) b、玻璃的抗冲击强度(CT) c、玻璃的压应力层深度（DOL)。

方法1、用钢球对玻璃进行抗冲击强度测试——落球破碎性测试。

方法2、静压测试法。

用顶针在玻璃中心位置进行递增加压，直至玻璃破碎瞬间的压力值大小。

方法3、压应力层深度测试法---用压应力测试仪对玻璃表面进行定量测定，计算出玻璃表面的压力层深度。