钢化玻璃按形状分为平面钢化玻璃和曲面钢化玻璃;按照钢化程度可分为钢化玻璃、半钢化玻璃和超强钢化玻璃。
钢化玻璃
表面具有均匀压应力,中心部分具有张应力的平板玻璃及制品。又称强化玻璃、安全玻璃。
- 英文名称
- toughened glass
- 又称
- 强化玻璃、安全玻璃
- 所属学科
- 材料科学与工程
钢化玻璃的生产工艺分为物理钢化法和化学钢化法。
物理钢化即淬火,将玻璃加热至接近软化点温度并保温后在冷却介质中均匀快速冷却,在玻璃表面产生一层均匀的压应力层。依冷却介质不同,物理钢化又可分为:①风钢化,冷却介质为高速流动的空气,一般用来钢化3毫米以上厚度的玻璃。②液体钢化,冷却介质为硅油类液体,适宜于钢化2.3~12毫米厚度的玻璃。③微粒钢化,冷却介质为流化态固体微粒,用来钢化2.5毫米以上厚度的玻璃。在急冷过程中,钢化的物理因素和结构因素叠加,在玻璃中形成表面受压应力、中心受张应力的内应力结构,从而起到增强的效果。
又称离子交换增强。化学钢化常采用的工艺有两种:①低温离子交换。在不超过转变温度的范围内,使玻璃与溶液接触,半径较大的钾离子置换玻璃中半径较小的钠离子。由于嵌挤作用使玻璃表面层的致密度大于中心,即表面形成压应力,中心形成张应力。②高温离子交换。将玻璃浸入转变温度以上、软化点以下的锂熔盐中,使锂离子置换玻璃中的钠离子,在表面形成膨胀系数很小的锂玻璃,冷却后在玻璃表面层形成压应力,从而具有钢化玻璃的特征。化学钢化法用于增强3毫米厚度以下或者异形玻璃效果最佳,这取决于表面压应力层的厚薄。对于钠钙硅酸盐玻璃,表面压应力层仅有30~40微米。
钢化玻璃具有较高机械强度和热稳定性,其存在的内应力使其具有与普通玻璃不同的特点。如物理钢化玻璃弯曲强度是普通玻璃的3~4倍,达150~240兆帕;抗冲击强度是普通玻璃的4~5倍,耐急冷温差可达195~210℃。破碎后碎片无尖角,对人的伤害较小,故又称安全玻璃。化学钢化法制取钢化玻璃的弯曲强度最高可达300兆帕,耐急冷温差可达300℃以上。
钢化后的玻璃(尤其是物理钢化玻璃)不能再进行切割和加工,而且钢化玻璃还容易产生自爆(在无直接机械外力作用下发生的自动性炸裂)。根据行业经验,普通钢化玻璃的自爆率在1‰~3‰左右。自爆产生的主要原因包括玻璃的质量缺陷(如玻璃中的结石、杂质、气泡;硫化镍结晶物;玻璃表面因加工过程或操作不当造成划痕、炸口、深爆边等缺陷)使应力集中、应力分布不均匀、钢化程度过高等。针对上述问题,主要的解决方法为降低钢化玻璃的应力值并尽可能使应力均匀分布,如采用热浸处理(heatsoak test,简称HST)工艺等。
钢化玻璃作为结构构件用作各类交通工具的门窗玻璃,各种高温高压容器的窥视窗玻璃,建筑门窗玻璃及玻璃幕墙,仪器仪表的面板,各种日用器皿等。新发展的彩色釉面钢化玻璃、热反射膜钢化玻璃也获得了应用。