第六章玻璃的熱彎與鋼化

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1、,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,第六章玻璃的熱彎與鋼化,2,本章主要研究內(nèi)容,1,、了解玻璃的熱彎、平鋼化、彎鋼化及化學(xué)鋼化的工藝過程和工藝設(shè)備，,掌握,各自的定義。,2,、,掌握,物理鋼化的基本原理及影響加熱工藝的因素。,3,、,掌握,化學(xué)鋼化的基本原理，,掌握,高溫型離子交換法和低溫型離子交換法，,掌握,加速離子交換的兩種方法。,玻璃的退火,玻璃的退火，就是把具有永久應(yīng)力的玻璃制品重新加熱到玻璃內(nèi)部質(zhì)點可以移動的溫度，利用質(zhì)點的位移使應(yīng)力分散,(,稱為應(yīng)力松弛,),來消除或減弱永久應(yīng)力。,玻璃的最高退火溫度是指在此溫度下,15min

2、,內(nèi)能消除全部應(yīng)力或經(jīng)過,3min,能消除,95%,應(yīng)力，一般相當(dāng)于退火點,(=10,12,Pas),的溫度，也叫退火上限溫度；,最低退火溫度是指在此溫度下,16h,內(nèi)消除全部應(yīng)力或經(jīng),3min,只能消除,5%,應(yīng)力，也叫退火下限溫度。（,=10,13,Pas),。,大部分器皿玻璃最高退火溫度為,550,20,；,平板玻璃：,550,570,；,瓶罐玻璃：,550,600,；,高硼硅玻璃退火溫度,：,560,；,低堿高硼硅玻璃退火溫度,：,540,；,鉛玻璃：,460,490,；,硼硅酸鹽玻璃：,600,610,。,實際上，一般采用的退火溫度都比最高退火溫度低,20,30,，最低退火溫度低于最

3、高退火溫度,50,150,。,5,T,g,T,f,T,g,又稱脆性溫度，它是玻璃出現(xiàn)脆性的最高溫度，由于在這個溫度下可以消除玻璃制品因不均勻冷卻而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，所以也稱為退火溫度上限。,(=10,12,10,13,Pas),T,f,又稱軟化溫度，它是玻璃開始出現(xiàn)液體狀態(tài)典型性質(zhì)的溫度。無論玻璃組成如何，在,T,f,時相應(yīng)的玻璃粘度約為,10,9,Pas,。,T,f,也是玻璃可拉成絲的最低溫度。,6,2.1,熱彎,一、概述,1、定義：,把切割好尺寸大小的玻璃，放置在根據(jù)彎曲弧度設(shè)計的模具上，放入加熱爐中，加熱到軟化溫度，使玻璃軟化，然后退火，即可制成熱彎玻璃。,2、熱彎玻璃的生產(chǎn)：,半連續(xù)生產(chǎn)或

4、者是間歇生產(chǎn)，分別采用,隧道式窯爐；間歇式窯爐,。,間歇生產(chǎn)和半連續(xù)生產(chǎn)的比較：,間歇式窯爐：,（1）明焰式熱彎爐：,按火焰流動方向，分為升焰和倒焰兩種，一般燒煤。,（2）隔焰式熱彎爐：,電熱絲作為發(fā)熱元件，個別也有用硅碳棒的，故常稱為電爐。,間歇式熱彎爐,缺點：,生產(chǎn)能力低、燃料消耗多、占地面積大、勞動條件差、操作不易機械化等。,優(yōu)點,：能靈活調(diào)節(jié)退火制度，投資小，是一些小規(guī)模企業(yè)的理想選擇。,明焰式間歇熱彎爐,制品不運動，根據(jù)工藝要求，窯內(nèi)溫度隨時間而變。加熱方法有明焰式、隔焰式兩種。其能源有燃油、燃?xì)夂兔旱龋€可用電加熱。制品可直接放在窯底上、小車上，或放在金屬籃筐內(nèi)。對于光學(xué)玻璃的粗退

5、火和精密退火，通常采用隔焰式。,隧道式退火窯,，,窯內(nèi)各處溫度恒定不變，通過制品間歇移動來實現(xiàn)玻璃退火過程。,半連續(xù)式熱彎爐,隧道式熱彎爐,半連續(xù)式熱彎爐,隧道式,熱彎爐,的優(yōu)缺點：,優(yōu)點：,1,）,可以連續(xù)生產(chǎn)；2,）,窯內(nèi)溫度可自動控制；3,）,燃料消耗少，并可使用劣質(zhì)煤；4,）,生產(chǎn)管理簡單，制品在窯內(nèi),3,4,h,就可出窯；,5,）構(gòu)造簡單，造價便宜，砌筑方便。,缺點：,1,）溫度變化是不連續(xù)的、跳躍式的；,2,）截面上溫度分布不均勻；,3,）熱散失大；,4,）勞動強度大，窖內(nèi)運行設(shè)備易損壞，須經(jīng)常檢修。,2.2,玻璃的物理鋼化,一、鋼化玻璃的發(fā)展綜述,：國外、國內(nèi),二、鋼化玻璃的性能

6、,1、,抗彎強度,：比,一般玻璃大,4,5,倍,二、鋼化玻璃的性能,1、,抗彎強度,：,厚度,5,6,mm,的鋼化玻璃，抗彎強度達(dá),1.67,10,2,MPa,。,2、,抗沖擊強度：,比普通透明玻璃高了310倍，如6,mm,厚的鋼化玻璃的抗沖擊強度為 8.13,kg,m，,而普通平板玻璃的抗沖擊強度為 2.35,kg,m。,5mm,厚鋼化玻璃用,227g,鋼球沖擊，鋼球自由下落高度,2,3m,玻璃不破碎，而同樣厚度的普通玻璃在,0.4m,就破碎了。,3、,淬火玻璃的熱穩(wěn)定性,4、其他性能,二、鋼化玻璃的性能,3、,淬火玻璃的熱穩(wěn)定性：,可經(jīng)受溫度突變的范圍達(dá)250320，而一般同厚度玻璃只能經(jīng)

7、受70100。,鋼化玻璃耐急熱的性能比耐急冷好：,5mm,厚鋼化風(fēng)擋玻璃置于,0,環(huán)境中，然后在正反面澆注熔融的鉛（,327,）不破裂；將同樣厚度的鋼化玻璃放在,300,高溫爐內(nèi)，保溫,10,分鐘，快速取出放在冷水中，發(fā)現(xiàn)，耐急冷溫差平均為,195,270,，而同厚度的普通玻璃耐急冷的溫差僅為,70,90,.,鋼化玻璃與一般平板玻璃性能比較表,種類,厚度,(mm),熱穩(wěn)定性（）,沖擊強度（,kg,m),(0%,破壞）,（,100%,破壞）,一般玻璃,2,100,140,0.07,3,80,120,1.37,5,60,100,0.17,鋼化玻璃,5,170,220,0.83,8,170,220,

8、1.2,10,150,200,1.5,二、鋼化玻璃的性能,4、其他性能：,安全性，,破壞時首先在內(nèi)層，由張應(yīng)力作用引起破壞的裂紋傳播速度很大，同時外層的壓應(yīng)力有保持破碎的內(nèi)層不易剝落的作用，,因此鋼化玻璃在破裂時，只產(chǎn)生沒有尖銳角的小碎片。,鋼化玻璃是否絕對安全？玻璃幕墻癌癥,近年來鋼化玻璃引發(fā)幕墻事故頻發(fā)：,2003,年,8,月，天津某商廈,5,樓一塊,2m,2,的鋼化玻璃突然自爆，砸傷一位音樂教師的左手，致殘而無法再演奏，賠償,6600,元。,2006,年,7,月，上海江寧路一座大廈,36,樓鋼化玻璃爆炸，一對情侶被砸傷，還砸壞了一輛正在行駛的豐田汽車。,2007,年,5,月，濟南一酒店玻

9、璃自爆，冰雹般的碎粒水平飛出六、七米。而僅僅幾分鐘前，國家少年乒乓球隊隊員正好通過，真是不幸中的大幸。,2005,年，南寧某會展中心鋼化玻璃先后自爆五十余片，有些從會場中央二十多米上空凌空開花。而當(dāng)時東盟博覽會即將開幕，各國首腦云集。為達(dá)到保證絕對安全的要求，不得不以高昂的代價全部貼上特種防爆膜。其造價遠(yuǎn)超當(dāng)初建議采用的夾層玻璃。,2006,年新建成的一座博物館觀光電梯玻璃凌空爆炸，把下面咖啡廳的玻璃桌砸個粉碎，幸好事件發(fā)生在下午,6,點，閉館時間已過，否則結(jié)果難料?，F(xiàn)在不得不把玻璃全部改為鋁板，觀光電梯不再觀光。,2007,年北京某廣場多片玻璃自爆，飛出六、七米后砸傷三人，還砸壞城鐵車站的玻

10、璃頂蓋。,2006,2007,年，山東某機場鋼化玻璃已自爆,29,塊。,2005,年，剛建成的濟南山東一公司辦公樓自爆十余塊玻璃，還砸壞了一把手的寶馬愛車。,2004,至今，深圳有座辦公樓鋼化玻璃以每年,40,塊的速度自爆，,2007,年上半年爆了二十多塊，還傷了人，至今仍在自爆中。,玻璃自爆從天而降，劃傷,4,輛百萬保時捷,（,2008,年,09,月,23,日,華商網(wǎng),-,重慶時報,）,21,9,月,23,日晚，位于北園大街上的某酒店包間內(nèi)，市民李女士和親屬一起吃飯時，餐桌的鋼化玻璃轉(zhuǎn)盤突然迸裂。有三人被玻璃劃傷。,海珠區(qū)洪德路保利豐花園小區(qū)業(yè)主的投訴，入住不到一年玻璃自爆,24,鋼化玻璃自

11、爆原因？,1,、內(nèi)部存在結(jié)石或雜質(zhì)，周圍形成較大的預(yù)應(yīng)力集中；,2,、表面壓力過大，鋼化級數(shù)過高，內(nèi)應(yīng)力平衡處于臨界狀態(tài)；,3,、表面有嚴(yán)重劃傷或缺陷，造成表面壓應(yīng)力的不均勻，使應(yīng)力狀態(tài)失衡；,4,、邊部加工質(zhì)量不佳，切裁時有較嚴(yán)重橫向嵌擠裂紋，磨邊導(dǎo)棱不良，或磨輪砂粒過粗傷害了玻璃。,25,玻璃內(nèi)部可能包含,硫化鎳,雜質(zhì)，,NiS,是一種晶體，存在兩種晶相,:,高溫相,-NiS,和低溫相,-NiS,，相變溫度為,379,。玻璃在鋼化爐內(nèi)加熱時，因加熱溫度遠(yuǎn)高于相變溫度，,NiS,全部轉(zhuǎn)變?yōu)?相。然而在隨后的淬冷過程中，,-NiS,來不及轉(zhuǎn)變?yōu)?-NiS,，從而被凍結(jié)在鋼化玻璃中。在室溫環(huán)境下

12、，,-NiS,是不穩(wěn)定的，有逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)?-NiS,的趨勢。這種轉(zhuǎn)變伴隨著約,2-4%,的體積膨脹，使玻璃承受巨大的相變張應(yīng)力，從而導(dǎo)致自爆。,鋼化玻璃內(nèi)部硫化鎳雜質(zhì)相變引起體積膨脹,從自爆后玻璃碎片中提取的,NiS,結(jié)石的掃描電鏡照片，其表面起伏不平、非常粗糙。,27,如何鑒別鋼化玻璃的自爆？,首先看起爆點（鋼化玻璃裂紋呈放射狀，均有起始點）是否在玻璃中間，如在玻璃邊緣，一般是因為玻璃未經(jīng)過倒角磨邊處理或玻璃邊緣有損傷，造成應(yīng)力集中，裂紋逐漸發(fā)展造成的；,如起爆點在玻璃中部，看起爆點是否有兩小塊多邊形組成的類似兩片蝴蝶翅膀似的圖案,（蝴蝶斑）,如果仔細(xì)觀察兩小塊多邊形公用邊（蝴蝶的軀干部分）應(yīng)

13、有肉眼可見的黑色小顆粒（硫化鎳結(jié)石），則可判斷是自爆的；否則就應(yīng)是外力破壞的。,玻璃碎片呈放射狀分布，放射中心有二塊形似蝴蝶翅膀的玻璃塊，俗稱,“,蝴蝶斑,”,。,NiS,結(jié)石位于二塊,“,蝴蝶斑,”,的界面上。,29,思考題,:,鋼化玻璃能否進(jìn)行切割？,采取必要的安全措施：,1.,鋼化玻璃要進(jìn)行二次熱處理，通常稱為引爆處理、均質(zhì)處理或熱浸處理,(Heat Soak Test),：,升溫、保溫和降溫過程。升溫階段為最后一塊玻璃的表面溫度從室溫升至,280,的過程；保溫階段為所有玻璃的表面溫度均達(dá)到,290,10,，且至少保持,2,個小時的過程；降溫階段是從玻璃完成保溫階段后,溫度降至,75,時

14、的過程。整個二次熱處理過程應(yīng)避免爐膛溫度超過,320,、玻璃表面溫度超過,300,，否則玻璃的鋼化應(yīng)力會由于過熱而松弛，從而影響其安全性。,2.,幕墻下面設(shè)隔離帶，不安排吸引行人和觀眾停留的設(shè)施。室內(nèi)靠墻不設(shè)展位、餐飲、售貨位置。室外停車位要離開墻根，墻根布置綠化或水池；出入口設(shè)雨棚；人流上空布置金屬安全網(wǎng)；,3.,貼防爆膜；,4.,降低鋼化玻璃的表面應(yīng)力,。,玻璃中的熱應(yīng)力,玻璃中由于溫差而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力稱為熱應(yīng)力,暫時應(yīng)力,（,temporary stress,）,：,玻璃在應(yīng)變點溫度以下加熱或冷卻時，由于其,導(dǎo)熱性較差,，各部位將形成溫度梯度，從而產(chǎn)生一定的熱應(yīng)力。這種熱應(yīng)力，隨著溫差的存

15、在而存在，溫差越大，暫時應(yīng)力也越大，并隨著溫差的消失而消失。,永久應(yīng)力,（,permanent stress),：,玻璃從應(yīng)變點溫度以上開始冷卻時，由溫差產(chǎn)生的熱應(yīng)力，到玻璃冷卻至室溫、內(nèi)外層溫度均衡后，并不能完全消失，玻璃中仍然殘存著一定的應(yīng)力，這種應(yīng)力稱為永久應(yīng)力。永久應(yīng)力的大小取決于制品在應(yīng)變點溫度以上時的冷卻速度、玻璃的黏度、熱膨脹系數(shù)及制品的厚度等。,三、鋼化玻璃的鋼化原理,物理鋼化的原理：,玻璃在加熱爐內(nèi)按一定升溫速度加熱到低于軟化溫度，然后將此玻璃迅速送入冷卻裝置，用低溫高速氣流進(jìn)行淬冷，玻璃外層首先收縮硬化，由于玻璃導(dǎo)熱系數(shù)小，這時內(nèi)部仍處于高溫狀態(tài)，待到玻璃內(nèi)部也開始硬化時，

16、已硬化的外層將阻止內(nèi)層的收縮，從而使先硬化的外層產(chǎn)生壓應(yīng)力，后硬化的內(nèi)層產(chǎn)生張應(yīng)力。由于玻璃表面層存在壓應(yīng)力，當(dāng)外力作用于該表面時，首先必須抵消這部分壓應(yīng)力，這就大大提高玻璃的機械強度，經(jīng)過這樣物理處理的玻璃制品就是,鋼化玻璃,。,36,鋼化玻璃的鋼化原理,三、鋼化玻璃的鋼化原理,1,、物理鋼化（或熱鋼化）是將高溫的玻璃急速冷卻到常溫狀態(tài)，使在玻璃厚度方向產(chǎn)生殘余應(yīng)力，在表面形成壓應(yīng)力的方法。在生產(chǎn)實踐中，物理鋼化一般多用空氣噴吹的,風(fēng)鋼化,。,玻璃表面與中心部分的溫差；,D,玻璃板厚度（,m）Q,放熱量（,kJ/m,2,h）；k,導(dǎo)熱系數(shù)；,密度,f,t0,時玻璃板的均勻溫度；,C,比熱（,kJ/,kgK,）；,熱膨脹系數(shù)；,E,彈性模量；,泊松比,2,、冷強化中的加熱、冷卻,（1）加熱：,快速而均勻加熱,快速加熱：,防止因加熱時間拖長造成玻璃板軟化變形,不均勻加熱會在板面產(chǎn)生應(yīng)力分布，存在不理想的張應(yīng)力，,這是強度降低的原因,板的彎曲和變形：,往往是由于不均勻加熱、過熱、夾具用得不當(dāng)以及板重與夾具數(shù)量不相稱等原因造成的。,41,冷強化中的加熱、冷卻,（2）,冷卻,：,一般用設(shè)在,與