第六章玻璃的热弯与钢化

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1、,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第六章玻璃的热弯与钢化,2,本章主要研究内容,1,、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，,掌握,各自的定义。,2,、,掌握,物理钢化的基本原理及影响加热工艺的因素。,3,、,掌握,化学钢化的基本原理，,掌握,高温型离子交换法和低温型离子交换法，,掌握,加速离子交换的两种方法。,玻璃的退火,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力分散,(,称为应力松弛,),来消除或减弱永久应力。,玻璃的最高退火温度是指在此温度下,15min

2、,内能消除全部应力或经过,3min,能消除,95%,应力，一般相当于退火点,(=10,12,Pas),的温度，也叫退火上限温度；,最低退火温度是指在此温度下,16h,内消除全部应力或经,3min,只能消除,5%,应力，也叫退火下限温度。（,=10,13,Pas),。,大部分器皿玻璃最高退火温度为,550,20,；,平板玻璃：,550,570,；,瓶罐玻璃：,550,600,；,高硼硅玻璃退火温度,：,560,；,低碱高硼硅玻璃退火温度,：,540,；,铅玻璃：,460,490,；,硼硅酸盐玻璃：,600,610,。,实际上，一般采用的退火温度都比最高退火温度低,20,30,，最低退火温度低于最

3、高退火温度,50,150,。,5,T,g,T,f,T,g,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生的内应力，所以也称为退火温度上限。,(=10,12,10,13,Pas),T,f,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,T,f,时相应的玻璃粘度约为,10,9,Pas,。,T,f,也是玻璃可拉成丝的最低温度。,6,2.1,热弯,一、概述,1、定义：,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，加热到软化温度，使玻璃软化，然后退火，即可制成热弯玻璃。,2、热弯玻璃的生产：,半连续生产或

4、者是间歇生产，分别采用,隧道式窑炉；间歇式窑炉,。,间歇生产和半连续生产的比较：,间歇式窑炉：,（1）明焰式热弯炉：,按火焰流动方向，分为升焰和倒焰两种，一般烧煤。,（2）隔焰式热弯炉：,电热丝作为发热元件，个别也有用硅碳棒的，故常称为电炉。,间歇式热弯炉,缺点：,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。,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选择。,明焰式间歇热弯炉,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。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

5、火和精密退火，通常采用隔焰式。,隧道式退火窑,，,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。,半连续式热弯炉,隧道式热弯炉,半连续式热弯炉,隧道式,热弯炉,的优缺点：,优点：,1,）,可以连续生产；2,）,窑内温度可自动控制；3,）,燃料消耗少，并可使用劣质煤；4,）,生产管理简单，制品在窑内,3,4,h,就可出窑；,5,）构造简单，造价便宜，砌筑方便。,缺点：,1,）温度变化是不连续的、跳跃式的；,2,）截面上温度分布不均匀；,3,）热散失大；,4,）劳动强度大，窖内运行设备易损坏，须经常检修。,2.2,玻璃的物理钢化,一、钢化玻璃的发展综述,：国外、国内,二、钢化玻璃的性能

6、,1、,抗弯强度,：比,一般玻璃大,4,5,倍,二、钢化玻璃的性能,1、,抗弯强度,：,厚度,5,6,mm,的钢化玻璃，抗弯强度达,1.67,10,2,MPa,。,2、,抗冲击强度：,比普通透明玻璃高了310倍，如6,mm,厚的钢化玻璃的抗冲击强度为 8.13,kg,m，,而普通平板玻璃的抗冲击强度为 2.35,kg,m。,5mm,厚钢化玻璃用,227g,钢球冲击，钢球自由下落高度,2,3m,玻璃不破碎，而同样厚度的普通玻璃在,0.4m,就破碎了。,3、,淬火玻璃的热稳定性,4、其他性能,二、钢化玻璃的性能,3、,淬火玻璃的热稳定性：,可经受温度突变的范围达250320，而一般同厚度玻璃只能经

7、受70100。,钢化玻璃耐急热的性能比耐急冷好：,5mm,厚钢化风挡玻璃置于,0,环境中，然后在正反面浇注熔融的铅（,327,）不破裂；将同样厚度的钢化玻璃放在,300,高温炉内，保温,10,分钟，快速取出放在冷水中，发现，耐急冷温差平均为,195,270,，而同厚度的普通玻璃耐急冷的温差仅为,70,90,.,钢化玻璃与一般平板玻璃性能比较表,种类,厚度,(mm),热稳定性（）,冲击强度（,kg,m),(0%,破坏）,（,100%,破坏）,一般玻璃,2,100,140,0.07,3,80,120,1.37,5,60,100,0.17,钢化玻璃,5,170,220,0.83,8,170,220,

8、1.2,10,150,200,1.5,二、钢化玻璃的性能,4、其他性能：,安全性，,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，同时外层的压应力有保持破碎的内层不易剥落的作用，,因此钢化玻璃在破裂时，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,近年来钢化玻璃引发幕墙事故频发：,2003,年,8,月，天津某商厦,5,楼一块,2m,2,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,6600,元。,2006,年,7,月，上海江宁路一座大厦,36,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。,2007,年,5,月，济南一酒店玻

9、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，真是不幸中的大幸。,2005,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。,2006,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，幸好事件发生在下午,6,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。,2007,年北京某广场多片玻璃自爆，飞出六、七米后砸伤三人，还砸坏城铁车站的玻

10、璃顶盖。,2006,2007,年，山东某机场钢化玻璃已自爆,29,块。,2005,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。,2004,至今，深圳有座办公楼钢化玻璃以每年,40,块的速度自爆，,2007,年上半年爆了二十多块，还伤了人，至今仍在自爆中。,玻璃自爆从天而降，划伤,4,辆百万保时捷,（,2008,年,09,月,23,日,华商网,-,重庆时报,）,21,9,月,23,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,24,钢化玻璃自

11、爆原因？,1,、内部存在结石或杂质，周围形成较大的预应力集中；,2,、表面压力过大，钢化级数过高，内应力平衡处于临界状态；,3,、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；,4,、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。,25,玻璃内部可能包含,硫化镍,杂质，,NiS,是一种晶体，存在两种晶相,:,高温相,-NiS,和低温相,-NiS,，相变温度为,379,。玻璃在钢化炉内加热时，因加热温度远高于相变温度，,NiS,全部转变为,相。然而在随后的淬冷过程中，,-NiS,来不及转变为,-NiS,，从而被冻结在钢化玻璃中。在室温环境下

12、，,-NiS,是不稳定的，有逐渐转变为,-NiS,的趋势。这种转变伴随着约,2-4%,的体积膨胀，使玻璃承受巨大的相变张应力，从而导致自爆。,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,NiS,结石的扫描电镜照片，其表面起伏不平、非常粗糙。,27,如何鉴别钢化玻璃的自爆？,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，裂纹逐渐发展造成的；,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,（蝴蝶斑）,如果仔细观察两小块多边形公用边（蝴蝶的躯干部分）应

13、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。,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,“,蝴蝶斑,”,。,NiS,结石位于二块,“,蝴蝶斑,”,的界面上。,29,思考题,:,钢化玻璃能否进行切割？,采取必要的安全措施：,1.,钢化玻璃要进行二次热处理，通常称为引爆处理、均质处理或热浸处理,(Heat Soak Test),：,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,280,的过程；保温阶段为所有玻璃的表面温度均达到,290,10,，且至少保持,2,个小时的过程；降温阶段是从玻璃完成保温阶段后,温度降至,75,时

14、的过程。整个二次热处理过程应避免炉膛温度超过,320,、玻璃表面温度超过,300,，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。,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；,3.,贴防爆膜；,4.,降低钢化玻璃的表面应力,。,玻璃中的热应力,玻璃中由于温差而产生的内应力称为热应力,暂时应力,（,temporary stress,）,：,玻璃在应变点温度以下加热或冷却时，由于其,导热性较差,，各部位将形成温度梯度，从而产生一定的热应力。这种热应力，随着温差的存

15、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。,永久应力,（,permanent stress),：,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。,三、钢化玻璃的钢化原理,物理钢化的原理：,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硬化时，

16、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。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械强度，经过这样物理处理的玻璃制品就是,钢化玻璃,。,36,钢化玻璃的钢化原理,三、钢化玻璃的钢化原理,1,、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,风钢化,。,玻璃表面与中心部分的温差；,D,玻璃板厚度（,m）Q,放热量（,kJ/m,2,h）；k,导热系数；,密度,f,t0,时玻璃板的均匀温度；,C,比热（,kJ/,kgK,）；,热膨胀系数；,E,弹性模量；,泊松比,2,、冷强化中的加热、冷却,（1）加热：,快速而均匀加热,快速加热：,防止因加热时间拖长造成玻璃板软化变形,不均匀加热会在板面产生应力分布，存在不理想的张应力，,这是强度降低的原因,板的弯曲和变形：,往往是由于不均匀加热、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。,41,冷强化中的加热、冷却,（2）,冷却,：,一般用设在,与