首页\卧龙娱乐挂机\首页钢化玻璃工艺讲座钢化玻璃工艺讲座中国安全玻璃认证中心 杨建军中国安全玻璃认证中心 杨建军 钢化玻璃工艺讲座钢化玻璃工艺讲座1、玻璃基础知识、玻璃基础知识•什么是玻璃什么是玻璃通俗地说玻璃就是一种熔融的物质在冷却过程中没有产生结晶产生结晶, 或者说来不及结晶的或者说来不及结晶的“过冷非结晶态物质。准确的说：远程无序，近程有续。非结晶态物质。准确的说：远程无序，近程有续。通俗地说玻璃就是一种熔融的物质在冷却过程中没有过冷”液体，是一种液体，是一种金属只要冷却的非常快，来不及析晶，形成的物质就是金属玻璃，其强度比金属态要高是金属玻璃，其...

　　钢化玻璃工艺讲座钢化玻璃工艺讲座中国安全玻璃认证中心 杨建军中国安全玻璃认证中心 杨建军 钢化玻璃工艺讲座钢化玻璃工艺讲座1、玻璃基础知识、玻璃基础知识什么是玻璃什么是玻璃通俗地说玻璃就是一种熔融的物质在冷却过程中没有产生结晶产生结晶, 或者说来不及结晶的或者说来不及结晶的“过冷非结晶态物质。准确的说：远程无序，近程有续。非结晶态物质。准确的说：远程无序，近程有续。通俗地说玻璃就是一种熔融的物质在冷却过程中没有过冷”液体，是一种液体，是一种金属只要冷却的非常快，来不及析晶，形成的物质就是金属玻璃，其强度比金属态要高是金属玻璃，其强度比金属态要高4~5倍；火山熔岩凝固后大都是以玻璃态的形式存在的。凝固后大都是以玻璃态的形式存在的。金属只要冷却的非常快，来不及析晶，形成的物质就倍；火山熔岩玻璃的力学特征玻璃的力学特征玻璃是脆性材料，其共性是抗压强度高，抗拉玻璃是脆性材料，其共性是抗压强度高，抗拉(张度低。度低。张)强强 钢化玻璃工艺讲座钢化玻璃工艺讲座脆性材料的断裂特征：脆性材料的断裂特征：破坏时突发性断裂，塑性小，离散性大，重复性差破坏时突发性断裂，塑性小，离散性大，重复性差尺寸效应──缺陷影响──断裂力学尺寸效应──缺陷影响──断裂力学脆性材料含有众多相互独立的缺陷，任一个缺陷引发的断裂都可以看作是整体的破坏，相当于一根由众多环节组成的链条，只要最弱的环节断开，整个链条就断了（断了（最弱连接链假说（串联模型）最弱连接链假说（串联模型））。脆性材料的力学特性用统计断裂力学的方法和Weibull分布来研究比较有实用意义。分布来研究比较有实用意义。脆性材料含有众多相互独立的缺陷，任一个缺陷引发的断裂都可以看作是整体的破坏，相当于一根由众多环节组成的链条，只要最弱的环节断开，整个链条就）。脆性材料的力学特性用统计断裂力学的方法和Weibull 钢化玻璃工艺讲座钢化玻璃工艺讲座脆性材料破坏往往是瞬间的，而金属材料的疲劳破坏有不同；有不同；脆性材料破坏往往是瞬间的，而金属材料的疲劳破坏金属利用晶体团间隙的位移来吸收冲击能，可变形；金属利用晶体团间隙的位移来吸收冲击能，可变形；脆性材料不存在这种间隙，靠多晶相间共价键结合，受冲击时表面要么破损，要么不受影响。受冲击时表面要么破损，要么不受影响。脆性材料不存在这种间隙，靠多晶相间共价键结合，这 是 一 个 金 属与玻璃在受打击时的示意图时的示意图这 是 一 个 金 属与玻璃在受打击 钢化玻璃工艺讲座钢化玻璃工艺讲座普通玻璃棒普通玻璃棒特别保护的玻璃棒璃棒特别保护的玻抗拉强度简单例子比较比较:抗拉强度简单例子普通玻璃棒的平均抗 拉 强 度 大 约 为抗 拉 强 度 大 约 为80MPa;普通玻璃棒的平均特别保护的玻璃棒的平均抗拉强度大约为约为1,000MPa特别保护的玻璃棒的平均抗拉强度大理论上玻璃抗拉强度为度为70,000MPa理论上玻璃抗拉强问题是为什么会有如此大的差异如此大的差异?问题是为什么会有 钢化玻璃工艺讲座钢化玻璃工艺讲座Griffith微裂纹理论微裂纹理论1921年这种裂纹的应力集中效应对于延展性材料来说由于裂纹尖端局部流动使得应力松弛；而脆性材料并不具备流动能力，裂纹的扩展会使得材料在较低的应力水平下就会破坏。力水平下就会破坏。年Griffith假定所有材料中都存在着微小裂纹，假定所有材料中都存在着微小裂纹，这种裂纹的应力集中效应对于延展性材料来说由于裂纹尖端局部流动使得应力松弛；而脆性材料并不具备流动能力，裂纹的扩展会使得材料在较低的应起初起初Griffith假定所有材料的整体内都存在微裂纹，这对多晶态材料是对的，比如陶瓷材料；但对玻璃由于从液态到玻璃态是连续体，因此体内实际上不存在着微裂纹，研究表明仅存在于表面。冷却过程的热应力作用、大气中水汽的化学作用、温度作用等都会引起微裂纹。等都会引起微裂纹。假定所有材料的整体内都存在微裂纹，这对多晶态材料是对的，比如陶瓷材料；但对玻璃由于从液态到玻璃态是连续体，因此体内实际上不存在着微裂纹，研究表明仅存在于表面。冷却过程的热应力作用、大气中水汽的化学作用、温度作用 钢化玻璃工艺讲座钢化玻璃工艺讲座Griffith微裂纹理论微裂纹理论玻璃材料的表面存在着无数肉眼看不见的微裂纹玻璃材料的表面存在着无数肉眼看不见的微裂纹,这些微裂纹在张应力作用下会在裂纹尖端产生应力集中现象中现象,使得裂纹迅速扩展使得裂纹迅速扩展,导致玻璃在较小的外力下就破坏了就破坏了.这些微裂纹在张应力作用下会在裂纹尖端产生应力集导致玻璃在较小的外力下张张张应力张应力初始微裂纹初始微裂纹微裂纹扩展微裂纹扩展 钢化玻璃工艺讲座钢化玻璃工艺讲座发现一般玻璃表面存在平均大约发现一般玻璃表面存在平均大约700多条微裂纹仅如此仅如此,玻璃在生产、日常搬运、储存过程中对玻璃表面产生划伤，与空气中的水分的化学作用产生表面老化等都会导致玻璃实际强度远低于理论强度的主要原因。这些裂纹的形态、数量、深度、分布等都是不固定的，因此其强度分布会很分散，一般强度分布在此其强度分布会很分散，一般强度分布在30%之间变化很正常。很正常。多条微裂纹/cm2, 不不玻璃在生产、日常搬运、储存过程中对玻璃表面产生划伤，与空气中的水分的化学作用产生表面老化等都会导致玻璃实际强度远低于理论强度的主要原因。这些裂纹的形态、数量、深度、分布等都是不固定的，因之间变化 钢化玻璃工艺讲座钢化玻璃工艺讲座由此给我们一个提示：只要保护玻璃表面不受侵蚀可以保证玻璃的高强度；如果要想保证玻璃的高强度；如果要想“恢复消除表面微裂纹也是很简单的方法；或者抑制微裂纹的扩展也可以使得玻璃强度得以提高。扩展也可以使得玻璃强度得以提高。由此给我们一个提示：只要保护玻璃表面不受侵蚀可以恢复”玻璃原有的强度，玻璃原有的强度，消除表面微裂纹也是很简单的方法；或者抑制微裂纹的 钢化玻璃工艺讲座钢化玻璃工艺讲座我们就有了以下措施：我们就有了以下措施：1、表面保护、表面保护在新鲜的玻璃出来以后喷涂上保护膜使得玻璃表面与空气隔绝，比如热段喷涂锡或钛化合物或有机硅、冷段喷涂油酸类，这在国外的啤酒瓶生产中用的比较多。但对平板玻璃业没什么实用价值，因为切割作业和加工过程的划伤无法避免；作业和加工过程的划伤无法避免；在新鲜的玻璃出来以后喷涂上保护膜使得玻璃表面与空气隔绝，比如热段喷涂锡或钛化合物或有机硅、冷段喷涂油酸类，这在国外的啤酒瓶生产中用的比较多。但对平板玻璃业没什么实用价值，因为切割2、表面缺陷消除（酸蚀）、表面缺陷消除（酸蚀）利用浓利用浓HF的十倍稀释后大约可以产生的十倍稀释后大约可以产生1um/min的腐蚀速率，通过搅动溶液可以是表面得到均匀去除。蚀速率，通过搅动溶液可以是表面得到均匀去除。的腐 钢化玻璃工艺讲座钢化玻璃工艺讲座 钢化玻璃工艺讲座钢化玻璃工艺讲座需要指出的是酸蚀法除去的表面裂纹需要随后的保护，不然表面会很快又由于空气中湿气作用表面再次产生微裂纹，强度再次下降。产生微裂纹，强度再次下降。需要指出的是酸蚀法除去的表面裂纹需要随后的保护，不然表面会很快又由于空气中湿气作用表面再次酸处理后的玻璃强度有时可以达到酸处理后的玻璃强度有时可以达到1500~10000MPa。实际上任何能与玻璃起反应的试剂都可以使玻璃增强。增强。。实际上任何能与玻璃起反应的试剂都可以使玻璃3、表面裂纹抑制、表面裂纹抑制A 紧固技术紧固技术要产生表面压应力，最简单有效的方法是在一个圆形玻璃周遍施加一个力，比如紧套上一个金属圈、镶在眼镜框里眼镜片等，都可以提高玻璃强度；但对矩形玻璃此方法不可行。度；但对矩形玻璃此方法不可行。要产生表面压应力，最简单有效的方法是在一个圆形玻璃周遍施加一个力，比如紧套上一个金属圈、镶在眼镜框里眼镜片等，都可以提高玻璃强 钢化玻璃工艺讲座钢化玻璃工艺讲座B 包层技术包层技术利用不同膨胀系数的玻璃材料的组合可以产生表面压应力系统，比如膨胀系数大的玻璃被膨胀系数小的玻璃包裹，则冷却后可以使表面处于压缩应力状态，而内部形成与之平衡的张应力，就类似与钢化玻璃应力体系，这在釉面玻璃、器皿玻璃中有应用，比如美国康宁的一种器皿玻璃有这样的应用。如美国康宁的一种器皿玻璃有这样的应用。利用不同膨胀系数的玻璃材料的组合可以产生表面压应力系统，比如膨胀系数大的玻璃被膨胀系数小的玻璃包裹，则冷却后可以使表面处于压缩应力状态，而内部形成与之平衡的张应力，就类似与钢化玻璃应力体系，这在釉面玻璃、器皿玻璃中有应用，比C 物理钢化技术物理钢化技术通过热处理使玻璃产生表面压应力、中间张应力平衡系统，最常用、简单、实用、可行。系统，最常用、简单、实用、可行。通过热处理使玻璃产生表面压应力、中间张应力平衡物理钢化又分为：风冷钢化、液冷钢化、水雾钢化、粉末微粒钢化、固体接触钢化技术等等。粉末微粒钢化、固体接触钢化技术等等。物理钢化又分为：风冷钢化、液冷钢化、水雾钢化、 钢化玻璃工艺讲座钢化玻璃工艺讲座D 化学钢化化学钢化(又称为离子交换法又称为离子交换法)通过用离子半径较大的金属离子去交换玻璃表面离子半径较小的金属离子可以造成表面挤压，产生表面压应力，提高强度。面压应力，提高强度。通过用离子半径较大的金属离子去交换玻璃表面离子半径较小的金属离子可以造成表面挤压，产生表通过化学钢化可以使玻璃表面的压应力高达通过化学钢化可以使玻璃表面的压应力高达400MPa以上，但应力层深度只有几十个微米，如果划伤则容易失去应有的强度。容易失去应有的强度。以上，但应力层深度只有几十个微米，如果划伤则 钢化玻璃工艺讲座钢化玻璃工艺讲座CHEMICAL REINFORCEMENTIon NA+Ion K+ : ? 1,96 : ?2,66 GLASSNa + K+K+SALTK+K+K+K+K+K+K+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+K+K+Na+Na+Na+Na+Na+K+K+K+K+K+beforeafterK+K+离子交换示意图离子交换示意图 钢化玻璃工艺讲座钢化玻璃工艺讲座CHEMICAL REINFORCEMENT RENFORCEMENT CHIMIQUE0compressiontensiontsurface compression(defines strength)center tension(defines break pattern)CASE DEPTHTypical internal stress profile离子交换应力示意图离子交换应力示意图 钢化玻璃工艺讲座钢化玻璃工艺讲座2、钢化工艺原理、钢化工艺原理什么是钢化玻璃？什么是钢化玻璃？通过将玻璃加热至某一钢化初试温度（临界温度）后快速均匀冷却两表面，使得玻璃表面形成预应力系统，从而提高了玻璃的机械强度。统，从而提高了玻璃的机械强度。通过将玻璃加热至某一钢化初试温度（临界温度）后快速均匀冷却两表面，使得玻璃表面形成预应力系与钢的与钢的“淬火历了相变，由于碳化物的析出提高了硬度和韧性，而玻璃没有相变过程，通过快速而玻璃没有相变过程，通过快速“冻结力体系，提高了抵御外力的能力，而硬度实际上是不变的。不变的。淬火”过程类似，但原理不同。钢的淬火经过程类似，但原理不同。钢的淬火经历了相变，由于碳化物的析出提高了硬度和韧性，冻结”过程形成应过程形成应力体系，提高了抵御外力的能力，而硬度实际上是 钢化玻璃工艺讲座钢化玻璃工艺讲座钢化玻璃典型的应力沿厚度方向的分布为：钢化玻璃典型的应力沿厚度方向的分布为：张应力区张应力区零应力点零应力点THERMAL STRENGTHENING Parabolic curve of stresses0.21 ttcenter tension(defines break pattern)surface compression(defines strength)Cd= T d压应力区压应力区 钢化玻璃工艺讲座钢化玻璃工艺讲座为什么钢化玻璃具有较高的机械强度？为什么钢化玻璃具有较高的机械强度？一般全钢化玻璃表面可以形成一般全钢化玻璃表面可以形成110MPa以上的压缩应力，而玻璃的基础强度平均在力，而玻璃的基础强度平均在60MPa左右，其有效强度大概可以简单得看成两者之和，为强度大概可以简单得看成两者之和，为170MPa，为原来强度的原来强度的3倍左右；从另外的一个角度来看，外力要达到破坏玻璃首先要先抵消表面的压应力，然后再超过玻璃的基础强度后才可能使钢化玻璃破坏。再超过玻璃的基础强度后才可能使钢化玻璃破坏。以上的压缩应左右，其有效，为倍左右；从另外的一个角度来看，外力要达到破坏玻璃首先要先抵消表面的压应力，然后通过钢化玻璃的 机械强度和抗温差引起的热应力的能力都得到了大大提高。能力都得到了大大提高。通过钢化玻璃的 机械强度和抗温差引起的热应力的此外，由于钢化，破坏后碎片状态也与普通大不一样。样。此外，由于钢化，破坏后碎片状态也与普通大不一 钢化玻璃工艺讲座钢化玻璃工艺讲座钢化玻璃破碎时由于内部钢化玻璃破碎时由于内部“冻结碎成无数小颗粒状，减少了对人身可能的伤害，因此相对普通玻璃安全性大大提高。此相对普通玻璃安全性大大提高。冻结”能量的释放，使得玻璃能量的释放，使得玻璃碎成无数小颗粒状，减少了对人身可能的伤害，因 钢化玻璃工艺讲座钢化玻璃工艺讲座需要指出的是碎片形态取决于外力引入形式：需要指出的是碎片形态取决于外力引入形式：尖头引入裂纹到张应力破坏尖头引入裂纹到张应力破坏 钢化...