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1、,單擊此處編輯母版標題樣式,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,本章主要研究內容,1,、了解玻璃的熱彎、平鋼化、彎鋼化及化學鋼化的工藝過程和工藝設備，,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，就是把具有永久應力的玻璃制品重新加熱到玻璃內部質點可以移動的溫度，利用質點的位移使應力分散,(,稱為應力松弛,),來消除或減弱永久應力。,玻璃的最高退火溫度是指在此溫度下,15min
2、,內能消除全部應力或經過,3min,能消除,95%,應力，一般相當于退火點,(=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,內消除全部應力或經,3min,只能消除,5%,應力，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生的內應力，所以也稱為退火溫度上限。,(=10,12,10,13,Pas),T,f,又稱軟化溫度，它是玻璃開始出現液體狀態典型性質的溫度。無論玻璃組成如何，在,T,f,時相應的玻璃粘度約為,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，放置在根據彎曲弧度設計的模具上，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：,半連續生產或
4、者是間歇生產，分別采用,隧道式窯爐；間歇式窯爐,。,間歇生產和半連續生產的比較：,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。,優點,：能靈活調節退火制度，投資小，是一些小規模企業的理想選擇。,明焰式間歇熱彎爐,制品不運動，根據工藝要求，窯內溫度隨時間而變。加熱方法有明焰式、隔焰式兩種。其能源有燃油、燃氣和煤等，還可用電加熱。制品可直接放在窯底上、小車上，或放在金屬籃筐內。對于光學玻璃的粗退
5、火和精密退火，通常采用隔焰式。,隧道式退火窯,，,窯內各處溫度恒定不變，通過制品間歇移動來實現玻璃退火過程。,半連續式熱彎爐,隧道式熱彎爐,半連續式熱彎爐,隧道式,熱彎爐,的優缺點：,優點：,1,）,可以連續生產；2,）,窯內溫度可自動控制；3,）,燃料消耗少，并可使用劣質煤；4,）,生產管理簡單，制品在窯內,3,4,h,就可出窯；,5,）構造簡單，造價便宜，砌筑方便。,缺點：,1,）溫度變化是不連續的、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，窖內運行設備易損壞，須經常檢修。,2.2,玻璃的物理鋼化,一、鋼化玻璃的發展綜述,：國外、國內,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,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、,淬火玻璃的熱穩定性,4、其他性能,二、鋼化玻璃的性能,3、,淬火玻璃的熱穩定性：,可經受溫度突變的范圍達250320，而一般同厚度玻璃只能經
7、受70100。,鋼化玻璃耐急熱的性能比耐急冷好：,5mm,厚鋼化風擋玻璃置于,0,環境中，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，保溫,10,分鐘，快速取出放在冷水中，發現，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，,破壞時首先在內層，由張應力作用引起破壞的裂紋傳播速度很大，同時外層的壓應力有保持破碎的內層不易剝落的作用，,因此鋼化玻璃在破裂時，只產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幕墻事故頻發：,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。而當時東盟博覽會即將開幕，各國首腦云集。為達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。其造價遠超當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，幸好事件發生在下午,6,點，閉館時間已過，否則結果難料?，F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,-,重慶時報,）,21,9,月,23,日晚，位于北園大街上的某酒店包間內，市民李女士和親屬一起吃飯時，餐桌的鋼化玻璃轉盤突然迸裂。有三人被玻璃劃傷。,海珠區洪德路保利豐花園小區業主的投訴，入住不到一年玻璃自爆,24,鋼化玻璃自
11、爆原因？,1,、內部存在結石或雜質，周圍形成較大的預應力集中；,2,、表面壓力過大，鋼化級數過高，內應力平衡處于臨界狀態；,3,、表面有嚴重劃傷或缺陷，造成表面壓應力的不均勻，使應力狀態失衡；,4,、邊部加工質量不佳，切裁時有較嚴重橫向嵌擠裂紋，磨邊導棱不良，或磨輪砂粒過粗傷害了玻璃。,25,玻璃內部可能包含,硫化鎳,雜質，,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,。玻璃在鋼化爐內加熱時，因加熱溫度遠高于相變溫度，,NiS,全部轉變為,相。然而在隨后的淬冷過程中，,-NiS,來不及轉變為,-NiS,，從而被凍結在鋼化玻璃中。在室溫環境下
12、，,-NiS,是不穩定的，有逐漸轉變為,-NiS,的趨勢。這種轉變伴隨著約,2-4%,的體積膨脹，使玻璃承受巨大的相變張應力，從而導致自爆。,鋼化玻璃內部硫化鎳雜質相變引起體積膨脹,從自爆后玻璃碎片中提取的,NiS,結石的掃描電鏡照片，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過倒角磨邊處理或玻璃邊緣有損傷，造成應力集中，裂紋逐漸發展造成的；,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）,如果仔細觀察兩小塊多邊形公用邊（蝴蝶的軀干部分）應
13、有肉眼可見的黑色小顆粒（硫化鎳結石），則可判斷是自爆的；否則就應是外力破壞的。,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,結石位于二塊,“,蝴蝶斑,”,的界面上。,29,思考題,:,鋼化玻璃能否進行切割？,采取必要的安全措施：,1.,鋼化玻璃要進行二次熱處理，通常稱為引爆處理、均質處理或熱浸處理,(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,，否則玻璃的鋼化應力會由于過熱而松弛，從而影響其安全性。,2.,幕墻下面設隔離帶，不安排吸引行人和觀眾停留的設施。室內靠墻不設展位、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；出入口設雨棚；人流上空布置金屬安全網；,3.,貼防爆膜；,4.,降低鋼化玻璃的表面應力,。,玻璃中的熱應力,玻璃中由于溫差而產生的內應力稱為熱應力,暫時應力,（,temporary stress,）,：,玻璃在應變點溫度以下加熱或冷卻時，由于其,導熱性較差,，各部位將形成溫度梯度，從而產生一定的熱應力。這種熱應力，隨著溫差的存
15、在而存在，溫差越大，暫時應力也越大，并隨著溫差的消失而消失。,永久應力,（,permanent stress),：,玻璃從應變點溫度以上開始冷卻時，由溫差產生的熱應力，到玻璃冷卻至室溫、內外層溫度均衡后，并不能完全消失，玻璃中仍然殘存著一定的應力，這種應力稱為永久應力。永久應力的大小取決于制品在應變點溫度以上時的冷卻速度、玻璃的黏度、熱膨脹系數及制品的厚度等。,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，用低溫高速氣流進行淬冷，玻璃外層首先收縮硬化，由于玻璃導熱系數小，這時內部仍處于高溫狀態，待到玻璃內部也開始硬化時，
16、已硬化的外層將阻止內層的收縮，從而使先硬化的外層產生壓應力，后硬化的內層產生張應力。由于玻璃表面層存在壓應力，當外力作用于該表面時，首先必須抵消這部分壓應力，這就大大提高玻璃的機械強度，經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，使在玻璃厚度方向產生殘余應力，在表面形成壓應力的方法。在生產實踐中，物理鋼化一般多用空氣噴吹的,風鋼化,。,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,導熱系數；,密度,f,t0,時玻璃板的均勻溫度；,C,比熱（,kJ/,kgK,）；,熱膨脹系數；,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生應力分布，存在不理想的張應力，,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、夾具用得不當以及板重與夾具數量不相稱等原因造成的。,41,冷強化中的加熱、冷卻,（2）,冷卻,：,一般用設在,與
第六章玻璃的熱彎與鋼化
