玻璃是脆性材料,具有抗拉性能差、抗壓性能好的特點。玻璃的理論強度很高,但在實際生產中,玻璃成型過程中是靠與金屬輥道接觸摩擦帶動前進的,玻璃在似軟非軟的情況下與金屬輥上的小雜質摩擦使表面產生大量微裂紋和裂紋,這些微裂紋和裂紋在玻璃受到拉伸時,導致裂紋端產生應力集中,性能下降,玻璃的強度在40—60MPa以下,而無損傷的玻璃表面理論應力可達到10000MPa以上,兩者相差100—200倍之多。
所以,當玻璃使用在建筑物上,一旦遇到震風,沖擊玻璃受力變形,被拉伸的部分應力超過玻璃自身的抗拉應力值時,馬上破碎,破碎的形式為長形刀狀,沖擊點附近呈尖角狀態容易傷及人身。因此,長期以來,科學家致力于研究減少裂紋的方法和探索玻璃增強的技術,目的是恢復玻璃的原有強度。
迄今為止,人們主要通過兩種途徑來提高玻璃的強度。靠前種是清理和改善表面裂紋等缺點,或保護玻璃表面使之不遭受進一步的破壞,方法有表面化學腐蝕法、表面火焰拋光法、表面涂層法等;第二種是在玻璃表面造成壓應力層,使它增加一個預應力來提高玻璃總的抗拉伸應力,方法有快速風冷鋼化法、化學增強法及表面結晶法等。其中,只有物理鋼化方法使玻璃具有安全性能。
物理鋼化法之所以能使玻璃具有安全性能,是因為玻璃經過物理鋼化之后,即玻璃在加熱爐內加熱到軟化點附近,然后在冷卻設備中用空氣等冷卻介質迅速冷卻,在其表面形成壓應力,內部形成張應力,提高了玻璃表面的抗拉伸性能。玻璃的強度提高了3—5倍。
鋼化玻璃經過熱處理之后內部的內能急劇提高,表面壓應力由內部的張應力平衡,當沖擊能量超過內能時,玻璃在表面開始破裂并延伸至內部,在內能的作用下,玻璃被撕裂成小碎塊,碎片的大小和數量與內能的高低有關,破裂后的小碎塊對人的傷害很小。玻璃鋼化后在急熱或急冷情況下發生冷熱變形,表面的壓應力抵消了玻璃變形產生的拉伸應力,使得玻璃的耐熱性能得到提高,耐熱沖可達到280—320~C。所以,鋼化玻璃是一種安全增強玻璃,具有良好的安全性和可靠性。
鋼化玻璃從設備的分類來說,目前分水平鋼化、垂直鋼化、氣墊鋼化;從冷卻介質來分有風鋼化、微粒鋼化、水霧鋼化等;從鋼化程度分為全鋼化、半鋼化和區域鋼化;從產品形狀來分有平鋼化和彎鋼化。較常使用的是風鋼化技術。鋼化技術的分類見圖2—l。鋼化玻璃產品已普遍使用在建筑、航空、汽車、輪船、機車、電子顯示器件等領域。
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