第六章玻璃的熱彎與鋼化

1、1第二章第二章 玻璃的熱彎與鋼化玻璃的熱彎與鋼化2本章主要研究內(nèi)容本章主要研究內(nèi)容l1、了解玻璃的熱彎、平鋼化、彎鋼化及化學(xué)鋼化的、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，工藝過程和工藝設(shè)備，掌握掌握各自的定義。各自的定義。l2、掌握掌握物理鋼化的基本原理及影響加熱工藝的因素。物理鋼化的基本原理及影響加熱工藝的因素。l3、掌握掌握化學(xué)鋼化的基本原理，化學(xué)鋼化的基本原理，掌握掌握高溫型離子交換高溫型離子交換法和低溫型離子交換法，法和低溫型離子交換法，掌握掌握加速離子交換的兩種方加速離子交換的兩種方法。法。玻璃的退火玻璃的退火l玻璃的退火，就是把具有永久應(yīng)力的玻璃制品重新加熱

2、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)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)力分散力分散(稱為應(yīng)力松弛稱為應(yīng)力松弛)來消除或減弱永久應(yīng)力。來消除或減弱永久應(yīng)力。l玻璃的最高退火溫度是指在此溫度下玻璃的最高退火溫度是指在此溫度下15min內(nèi)能消除全內(nèi)能消除全部應(yīng)力或經(jīng)過部應(yīng)力或經(jīng)過3min能消除能消除95%應(yīng)力，一般相當(dāng)于退火應(yīng)力，一般相當(dāng)于退火點點(=1012Pas)的溫度，也叫退火上限溫度；的溫度，也叫退火上限溫度； l最低退火溫度是指在此溫度下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)內(nèi)消除全部應(yīng)力或經(jīng)3min只能

3、消除只能消除5%應(yīng)力，也叫退火下限溫度。應(yīng)力，也叫退火下限溫度。（ =1013Pas) 。大部分器皿玻璃最高退火溫度為大部分器皿玻璃最高退火溫度為5505502020 ；平板玻璃：平板玻璃：550550570570；瓶罐玻璃：瓶罐玻璃：550550600600；高硼硅玻璃退火溫度高硼硅玻璃退火溫度：560560；低堿高硼硅玻璃退火溫度低堿高硼硅玻璃退火溫度：540540； 鉛玻璃：鉛玻璃：460460490490；硼硅酸鹽玻璃：硼硅酸鹽玻璃：600600610610。實際上，一般采用的退火溫度都比最高退火溫實際上，一般采用的退火溫度都比最高退火溫度低度低20203030，最低退火溫度低于最高退

4、火溫，最低退火溫度低于最高退火溫度度5050150150。5TgTflTg又稱脆性溫度，它是玻璃出現(xiàn)脆性的最高溫度，由又稱脆性溫度，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)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。生的內(nèi)應(yīng)力，所以也稱為退火溫度上限。 (=10121013Pas)lTf又稱軟化溫度，它是玻璃開始出現(xiàn)液體狀態(tài)典型性又稱軟化溫度，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，在質(zhì)的溫度。無論玻璃組成如何，在Tf時相應(yīng)的玻璃粘時相應(yīng)的玻璃粘度約為度約為109Pas。Tf也是玻璃可拉成絲的最低溫度。

5、也是玻璃可拉成絲的最低溫度。62.1 熱彎熱彎 l一、概述一、概述 l1、定義：、定義：把切割好尺寸大小的玻璃，放置在根據(jù)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?；瘻囟龋共Ａк浕?，然后退火，即可制成熱彎玻璃。璃。l2、熱彎玻璃的生產(chǎn)：、熱彎玻璃的生產(chǎn)：半連續(xù)生產(chǎn)或者是間歇生產(chǎn)，半連續(xù)生產(chǎn)或者是間歇生產(chǎn)，分別采用分別采用隧道式窯爐；間歇式窯爐隧道式窯爐；間歇式窯爐。 間歇生產(chǎn)和半連續(xù)生產(chǎn)的比較：間歇生產(chǎn)和半連續(xù)生產(chǎn)的比較：l間歇式窯爐：間歇式窯爐：l（1）明焰式熱彎爐：

6、）明焰式熱彎爐：按火焰流動方向，分為升焰和倒焰兩種，按火焰流動方向，分為升焰和倒焰兩種，一般燒煤。一般燒煤。l（2）隔焰式熱彎爐：）隔焰式熱彎爐：電熱絲作為發(fā)熱元件，個別也有用硅碳棒電熱絲作為發(fā)熱元件，個別也有用硅碳棒的，故常稱為電爐。的，故常稱為電爐。l間歇式熱彎爐間歇式熱彎爐l缺點：缺點：生產(chǎn)能力低、燃料消耗多、占地面積大、勞動條件差、操生產(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。作不易機械化等。l優(yōu)點優(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：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。選擇。明明焰焰式式間間歇歇熱熱彎彎爐爐制品不運動，根據(jù)

7、工藝要求，窯內(nèi)溫度隨時間而變。加熱方法有明制品不運動，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、燃氣和煤等，還可用電加熱。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(nèi)。對于光學(xué)玻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)玻璃的粗退火和精密退火，通常采用隔焰式。璃的粗退火和精密退火，通常采用隔焰式。 隧道式退火窯隧道式退火窯，窯內(nèi)各處溫度恒定不變，通窯內(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。過制品間歇移動來實現(xiàn)玻璃退火過程。半連續(xù)式熱彎爐半連續(xù)式熱彎爐隧道式熱彎爐隧道式熱

8、彎爐半連續(xù)式熱彎爐半連續(xù)式熱彎爐隧道式隧道式熱彎爐熱彎爐的優(yōu)缺點：的優(yōu)缺點：l優(yōu)點：優(yōu)點：1）可以連續(xù)生產(chǎn)；可以連續(xù)生產(chǎn)；2）窯內(nèi)溫度可自動控制；窯內(nèi)溫度可自動控制；3）燃料消耗少，并可使用劣質(zhì)煤；燃料消耗少，并可使用劣質(zhì)煤；4）生產(chǎn)管理簡單，制生產(chǎn)管理簡單，制品在窯內(nèi)品在窯內(nèi)34h就可出窯；就可出窯；5）構(gòu)造簡單，造價便宜，）構(gòu)造簡單，造價便宜，砌筑方便。砌筑方便。l缺點：缺點：1）溫度變化是不連續(xù)的、跳躍式的；）溫度變化是不連續(xù)的、跳躍式的；2）截面）截面上溫度分布不均勻；上溫度分布不均勻；3）熱散失大；）熱散失大；4）勞動強度大，）勞動強度大，窖內(nèi)運行設(shè)備易損壞，須經(jīng)常檢修。窖內(nèi)運行設(shè)備

9、易損壞，須經(jīng)常檢修。 2.2玻璃的物理鋼化玻璃的物理鋼化 l一、鋼化玻璃的發(fā)展綜述一、鋼化玻璃的發(fā)展綜述 ：國外、國內(nèi)：國外、國內(nèi)l二、鋼化玻璃的性能二、鋼化玻璃的性能 l1、抗彎強度抗彎強度 ：比：比一般玻璃大一般玻璃大45倍倍 二、鋼化玻璃的性能二、鋼化玻璃的性能l1、抗彎強度抗彎強度 ：厚度厚度 56 mm的鋼化玻璃，抗彎強度的鋼化玻璃，抗彎強度達達 1.67102MPa。l2 2、抗沖擊強度抗沖擊強度 ：比普通透明玻璃高了比普通透明玻璃高了3 31010倍，如倍，如6 6mmmm厚的鋼化玻璃的抗沖擊強度為厚的鋼化玻璃的抗沖擊強度為 8.13 8.13kgkgm m，而普通平板而普通平板

10、玻璃的抗沖擊強度為玻璃的抗沖擊強度為 2.35 2.35 kgkgm m。l5mm5mm厚鋼化玻璃用厚鋼化玻璃用227g227g鋼球沖擊，鋼球自由下落高度鋼球沖擊，鋼球自由下落高度2 23m3m玻璃不破碎，而同樣厚度的普通玻璃在玻璃不破碎，而同樣厚度的普通玻璃在0.4m0.4m就破碎了。就破碎了。l3 3、淬火玻璃的熱穩(wěn)定性淬火玻璃的熱穩(wěn)定性l4 4、其他性能、其他性能二、鋼化玻璃的性能二、鋼化玻璃的性能l3 3、淬火玻璃的熱穩(wěn)定性：淬火玻璃的熱穩(wěn)定性：可經(jīng)受溫度突變的范圍達可經(jīng)受溫度突變的范圍達250250320320，而一般同厚度玻璃只能經(jīng)受，而一般同厚度玻璃只能經(jīng)受7070100100。

11、l鋼化玻璃耐急熱的性能比耐急冷好：鋼化玻璃耐急熱的性能比耐急冷好：5mm5mm厚鋼化風(fēng)擋玻厚鋼化風(fēng)擋玻璃置于璃置于0 0環(huán)境中，然后在正反面澆注熔融的鉛環(huán)境中，然后在正反面澆注熔融的鉛（327327）不破裂；將同樣厚度的鋼化玻璃放在）不破裂；將同樣厚度的鋼化玻璃放在300300高溫爐內(nèi)，保溫高溫爐內(nèi)，保溫1010分鐘，快速取出放在冷水中，發(fā)現(xiàn)，分鐘，快速取出放在冷水中，發(fā)現(xiàn)，耐急冷溫差平均為耐急冷溫差平均為195195270270，而同厚度的普通玻璃，而同厚度的普通玻璃耐急冷的溫差僅為耐急冷的溫差僅為70709090. .鋼化玻璃與一般平板玻璃性能比較表鋼化玻璃與一般平板玻璃性能比較表種類種類

12、厚度厚度(mm)熱穩(wěn)定性（熱穩(wěn)定性（ ）沖擊強度沖擊強度（kgm)(0%破壞）破壞）（100%破壞）破壞）一般玻璃一般玻璃21001400.073801201.375601000.17鋼化玻璃鋼化玻璃51702200.8381702201.2101502001.5二、鋼化玻璃的性能二、鋼化玻璃的性能l4 4、其他性能：、其他性能：安全性，安全性，破壞時首先在內(nèi)層，由張應(yīng)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，應(yīng)力有保持破碎的內(nèi)層不易剝落的作用，因此鋼化玻因此鋼化玻璃在破裂時，只產(chǎn)生沒

13、有尖銳角的小碎片。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)近年來鋼化玻璃引發(fā)幕墻事故頻發(fā) ：20032003年年8 8月，天津某商廈月，天津某商廈5 5樓一塊樓一塊2m2m2 2的鋼化玻璃突然自爆，砸傷一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，賠償位音樂教師的左手，致殘而無法再演奏，賠償66006600元。元。20062006年年7 7月，上海江寧路一座大廈月，上海江寧路一座大廈3636樓鋼化玻璃爆炸，一對情侶樓鋼化玻璃爆炸，一對情侶被砸傷，還砸壞了一輛正在行駛的豐田汽車。被

14、砸傷，還砸壞了一輛正在行駛的豐田汽車。20072007年年5 5月，濟南一酒店玻璃自爆，冰雹般的碎粒水平飛出六、月，濟南一酒店玻璃自爆，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。是不幸中的大幸。20052005年，南寧某會展中心鋼化玻璃先后自爆五十余片，有些從會年，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。為達到保證絕對安全的要求，不得不以高昂的代價國首腦云集。

15、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(dāng)初建議采用的夾層玻璃。全部貼上特種防爆膜。其造價遠超當(dāng)初建議采用的夾層玻璃。20062006年新建成的一座博物館觀光電梯玻璃凌空爆炸，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)生在下把下面咖啡廳的玻璃桌砸個粉碎，幸好事件發(fā)生在下午午6 6點，閉館時間已過，否則結(jié)果難料?，F(xiàn)在不得不點，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。把玻璃全部改為鋁板，觀光電梯不再觀光。20072007年北京某廣場多片玻璃自爆，飛出六、七米后年北京某廣場多片玻璃自爆，飛出

16、六、七米后砸傷三人，還砸壞城鐵車站的玻璃頂蓋。砸傷三人，還砸壞城鐵車站的玻璃頂蓋。2006200620072007年，山東某機場鋼化玻璃已自爆年，山東某機場鋼化玻璃已自爆2929塊。塊。20052005年，剛建成的濟南山東一公司辦公樓自爆十余塊年，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。玻璃，還砸壞了一把手的寶馬愛車。20042004至今，深圳有座辦公樓鋼化玻璃以每年至今，深圳有座辦公樓鋼化玻璃以每年4040塊的速度塊的速度自爆，自爆，20072007年上半年爆了二十多塊，還傷了人，至今仍年上半年爆了二十多塊，還傷了人，至今仍在自爆中。在自爆中。玻璃自爆從天而降，

17、玻璃自爆從天而降， 劃傷劃傷4輛百萬保時捷輛百萬保時捷（2008年年09月月23日日 華商網(wǎng)華商網(wǎng)-重慶時報重慶時報）219月月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。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鋼化玻璃自爆原因？鋼化玻璃自爆原因？l1、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、內(nèi)部存在結(jié)石或雜質(zhì)，周圍形成較大的預(yù)應(yīng)力

18、集中；中；l2、表面壓力過大，鋼化級數(shù)過高，內(nèi)應(yīng)力平衡處于、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)；臨界狀態(tài)；l3、表面有嚴重劃傷或缺陷，造成表面壓應(yīng)力的不均、表面有嚴重劃傷或缺陷，造成表面壓應(yīng)力的不均勻，使應(yīng)力狀態(tài)失衡；勻，使應(yīng)力狀態(tài)失衡；l4、邊部加工質(zhì)量不佳，切裁時有較嚴重橫向嵌擠裂、邊部加工質(zhì)量不佳，切裁時有較嚴重橫向嵌擠裂紋，磨邊導(dǎo)棱不良，或磨輪砂粒過粗傷害了玻璃。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)部可能包含玻璃內(nèi)部可能包含硫化鎳硫化鎳雜質(zhì)，雜質(zhì)， NiSNiS是一種晶體，存在兩種是一種晶體，存在兩種晶相晶相: : 高溫相高溫相-NiS-NiS和低溫相

19、和低溫相-NiS-NiS，相變溫度為，相變溫度為379 379 。 玻璃在鋼化爐內(nèi)加熱時，因加熱溫度遠高于相變溫度，玻璃在鋼化爐內(nèi)加熱時，因加熱溫度遠高于相變溫度，NiSNiS全全部轉(zhuǎn)變?yōu)椴哭D(zhuǎn)變?yōu)橄?。然而在隨后的淬冷過程中，相。然而在隨后的淬冷過程中， -NiS-NiS來不及轉(zhuǎn)來不及轉(zhuǎn)變?yōu)樽優(yōu)?NiS-NiS，從而被凍結(jié)在鋼化玻璃中。在室溫環(huán)境下，從而被凍結(jié)在鋼化玻璃中。在室溫環(huán)境下，-NiSNiS是不穩(wěn)定的，有逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槭遣环€(wěn)定的，有逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)?NiS-NiS的趨勢。這種轉(zhuǎn)變伴隨的趨勢。這種轉(zhuǎn)變伴隨著約著約2-4%2-4%的體積膨脹，使玻璃承受巨大的相變張應(yīng)力，從而的體積膨脹，使玻璃承受巨大

20、的相變張應(yīng)力，從而導(dǎo)致自爆。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從自爆后玻璃碎片中提取的NiS 結(jié)石的掃描電鏡照片，其結(jié)石的掃描電鏡照片，其表面起伏不平、非常粗糙。表面起伏不平、非常粗糙。 27如何鑒別鋼化玻璃的自爆？如何鑒別鋼化玻璃的自爆？l首先看起爆點（鋼化玻璃裂紋呈放射狀，均有起始首先看起爆點（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

21、漸發(fā)展造成的；應(yīng)力集中，裂紋逐漸發(fā)展造成的；l如起爆點在玻璃中部，看起爆點是否有兩小塊多邊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形組成的類似兩片蝴蝶翅膀似的圖案（蝴蝶斑）（蝴蝶斑）l如果仔細觀察兩小塊多邊形公用邊（蝴蝶的軀干部如果仔細觀察兩小塊多邊形公用邊（蝴蝶的軀干部分）應(yīng)有肉眼可見的黑色小顆粒（硫化鎳結(jié)石），分）應(yīng)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。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，俗稱璃塊，俗

22、稱 “蝴蝶斑蝴蝶斑”。NiSNiS結(jié)石位于二塊結(jié)石位于二塊“蝴蝶斑蝴蝶斑”的界面的界面上。上。 29思考題思考題:鋼化玻璃能否進行切割？鋼化玻璃能否進行切割？采取必要的安全措施：采取必要的安全措施：l1.1.鋼化玻璃要進行二次熱處理，通常稱為引爆處理、均質(zhì)處理或鋼化玻璃要進行二次熱處理，通常稱為引爆處理、均質(zhì)處理或熱浸處理熱浸處理(Heat Soak Test)(Heat Soak Test)：l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室溫升至280280的過程；保溫階段為所有玻璃的表面溫度均達到的過程；保溫階段為

23、所有玻璃的表面溫度均達到2902901010，且至少保持，且至少保持2 2個小時的過程；降溫階段是從玻璃完成個小時的過程；降溫階段是從玻璃完成保溫階段后保溫階段后, ,溫度降至溫度降至7575時的過程。整個二次熱處理過程應(yīng)避時的過程。整個二次熱處理過程應(yīng)避免爐膛溫度超過免爐膛溫度超過320320、玻璃表面溫度超過、玻璃表面溫度超過300300，否則玻璃的鋼，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?；瘧?yīng)力會由于過熱而松弛，從而影響其安全性。 l2.2.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)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

24、位置。室外停車位要離開墻根，墻根靠墻不設(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)；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)；l3.3.貼防爆膜；貼防爆膜；l4.4.降低鋼化玻璃的表面應(yīng)力降低鋼化玻璃的表面應(yīng)力 。 玻璃中的熱應(yīng)力玻璃中的熱應(yīng)力 l玻璃中由于溫差而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力稱為熱應(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 l暫時應(yīng)力暫時應(yīng)力（ temporary stress ）：玻璃在應(yīng)變點溫玻璃在應(yīng)變點溫度以下加熱或冷卻時，由于其度以下加熱或冷卻時，由于其導(dǎo)熱性較差導(dǎo)熱性較差，各部位將形，各部位將形成溫度梯度，從而產(chǎn)生

25、一定的熱應(yīng)力。這種熱應(yīng)力，隨成溫度梯度，從而產(chǎn)生一定的熱應(yīng)力。這種熱應(yīng)力，隨著溫差的存在而存在，溫差越大，暫時應(yīng)力也越大，并著溫差的存在而存在，溫差越大，暫時應(yīng)力也越大，并隨著溫差的消失而消失。隨著溫差的消失而消失。l 永久應(yīng)力永久應(yīng)力（permanent stress) ： 玻璃從應(yīng)變點溫玻璃從應(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

26、大小取決于制品在應(yīng)變點溫度以上時的冷卻速度、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。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三、鋼化玻璃的鋼化原理l物理鋼化的原理：物理鋼化的原理：l玻璃在加熱爐內(nèi)按一定升溫速度加熱到低于軟化溫度，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(dǎo)熱系數(shù)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)部也開始小，這時內(nèi)部仍處于高溫狀

27、態(tài)，待到玻璃內(nèi)部也開始硬化時，已硬化的外層將阻止內(nèi)層的收縮，從而使先硬化時，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。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，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械強度，經(jīng)過這樣物理處理的玻璃制品就是鋼化玻璃鋼化玻璃。36鋼化玻璃的鋼化原理鋼化玻璃的鋼化原理三、鋼化玻璃的鋼化原理三、鋼化玻璃的鋼化原理 l1 1、物理鋼化（或熱鋼

28、化）是將高溫的玻璃急速冷卻、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多用空氣噴吹的風(fēng)鋼化風(fēng)鋼化。 )81 (8224tDRekDQ玻璃表面與中心部分的溫差；玻璃表面與中心部分的溫差；D D玻璃板厚度（玻璃板厚度（m m）Q Q放熱量（放熱量（kJ/mkJ/m2 2h h）；）；k k 導(dǎo)熱系數(shù)；導(dǎo)熱系數(shù)；密度密度 kDQ8)(maxkDC224max22)(24fffkQDDCQmax)(321E

29、Fft0時玻璃板的均勻溫度；時玻璃板的均勻溫度；C比熱（比熱（kJ/kgK）；）；熱熱膨脹系數(shù)；膨脹系數(shù)；E E彈性模量；彈性模量；泊松比泊松比 )81 (8224tDRekDQ2 2、冷強化中的加熱、冷卻、冷強化中的加熱、冷卻 l（1）加熱：）加熱：快速而均勻加熱快速而均勻加熱 l快速加熱：快速加熱：防止因加熱時間拖長造成玻璃板軟化變形防止因加熱時間拖長造成玻璃板軟化變形l不均勻加熱會在板面產(chǎn)生應(yīng)力分布，存在不理想的張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，應(yīng)力，這是強度降低的原因這是強度降低的原因 l板的彎曲和變形：板的彎曲和變形：往往是由于不均勻加熱、過熱、夾往往是由于不均勻

30、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。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、冷卻冷強化中的加熱、冷卻l（2）冷卻冷卻 ：一般用設(shè)在一般用設(shè)在與板的兩面垂直方向的許多與板的兩面垂直方向的許多噴嘴噴吹空氣噴嘴噴吹空氣22vgPNSvH 空氣密度（空氣密度（kg/mkg/m3 3）；）；噴嘴出口的壓頭損失系數(shù)；噴嘴出口的壓頭損失系數(shù)； v流速（流速（m/s）；）； g重力加速度；重力加速度； H風(fēng)量風(fēng)量 N噴嘴總數(shù)；噴嘴總數(shù)； S噴嘴斷面面積（噴嘴斷面面積（m m2 2） 四、爐溫的確定四、爐溫的確定 l1 1、玻璃板的溫度與加熱時間和加熱溫度

31、的關(guān)系、玻璃板的溫度與加熱時間和加熱溫度的關(guān)系l鋼化工藝成功與否，在很大程度上取決于恰當(dāng)?shù)募訜徇^鋼化工藝成功與否，在很大程度上取決于恰當(dāng)?shù)募訜徇^程。程。大面積的平板玻璃可以驟然放入白熱的爐內(nèi)而不會大面積的平板玻璃可以驟然放入白熱的爐內(nèi)而不會破碎，這是由于各表面立即受到壓應(yīng)力作用之故，破碎，這是由于各表面立即受到壓應(yīng)力作用之故，另一另一個原因是厚度相當(dāng)一致，所有表面的受熱速度基本相同個原因是厚度相當(dāng)一致，所有表面的受熱速度基本相同。l通常采用電爐加熱：通常采用電爐加熱：因為電爐能提供均勻的輻射熱，而因為電爐能提供均勻的輻射熱，而且控制方便，加熱元件可以分成幾個單獨的區(qū)域，以便且控制方便，加熱元件

32、可以分成幾個單獨的區(qū)域，以便于自動調(diào)節(jié)而適應(yīng)大小不同的玻璃板，并有助于補償來于自動調(diào)節(jié)而適應(yīng)大小不同的玻璃板，并有助于補償來自爐底的冷空氣引起的降溫。自爐底的冷空氣引起的降溫。 43玻璃板溫度與加熱時間和加熱溫度的關(guān)系玻璃板溫度與加熱時間和加熱溫度的關(guān)系)(4241TTAR)(44LFLTTBdTdT)(GFGTTCdtdTB是恒定熱容是恒定熱容 ；TG玻璃溫度；玻璃溫度；TF爐溫；爐溫；C常數(shù)常數(shù) DCtTTGF)log(玻璃的加熱速度與時間的關(guān)系曲線玻璃的加熱速度與時間的關(guān)系曲線（鋼化平板玻璃）（鋼化平板玻璃）)(GFGTTCdtdTDCtTTGF)log(2 2、玻璃板厚度對加熱速度的影

33、響、玻璃板厚度對加熱速度的影響 l引起厚玻璃在爐內(nèi)炸裂的原因：引起厚玻璃在爐內(nèi)炸裂的原因：加熱過早，玻璃表面的加熱過早，玻璃表面的加熱比內(nèi)部要快，產(chǎn)生加熱比內(nèi)部要快，產(chǎn)生玻璃表面和中部的溫差，玻璃越玻璃表面和中部的溫差，玻璃越厚溫差越大，同時產(chǎn)生的應(yīng)力也越大。厚溫差越大，同時產(chǎn)生的應(yīng)力也越大。（采取措施（采取措施降低爐溫降低爐溫, ,延長加熱時間）延長加熱時間） l薄玻璃需要更高的爐溫，原因：薄玻璃需要更高的爐溫，原因：玻璃更透明，爐內(nèi)大部玻璃更透明，爐內(nèi)大部分輻射熱透過玻璃而并沒有加熱玻璃；分輻射熱透過玻璃而并沒有加熱玻璃；進入急冷區(qū)時，進入急冷區(qū)時，玻璃越薄，需要的玻璃溫度就越高。玻璃越薄

34、，需要的玻璃溫度就越高。 4mm 705715；410mm 70571012mm 690695；15mm 68068519mm 670675 3 3、鋼化的冷卻階段、鋼化的冷卻階段 l空氣是最理想的冷卻介質(zhì)，主要是因為：空氣是最理想的冷卻介質(zhì)，主要是因為：l（1 1）冷卻期間可保持玻璃表面清潔；）冷卻期間可保持玻璃表面清潔；l（2 2）改變吹風(fēng)壓力，易于獲得正確的玻璃冷卻速度；）改變吹風(fēng)壓力，易于獲得正確的玻璃冷卻速度；l（3 3）冷卻均等地作用于玻璃板的各個部分；）冷卻均等地作用于玻璃板的各個部分；l（4 4）從技術(shù)上看，風(fēng)機是一種簡單可靠的構(gòu)造。）從技術(shù)上看，風(fēng)機是一種簡單可靠的構(gòu)造。l面

35、積一定，鋼化面積一定，鋼化3 3mmmm玻璃板所需的冷卻作用，是玻璃板所需的冷卻作用，是6 6mmmm玻玻璃板所需的兩倍多；鋼化璃板所需的兩倍多；鋼化1212mmmm玻璃板所需的冷卻作用玻璃板所需的冷卻作用不到不到6 6mmmm玻璃的一半。玻璃的一半。l為此，為此，3mm玻璃的冷卻速度是玻璃的冷卻速度是6mm玻璃的四倍多，玻璃的四倍多，而而12mm玻璃的冷卻速度不到玻璃的冷卻速度不到6mm玻璃的四分之一。玻璃的四分之一。 鋼化過程中不同厚度玻璃的加熱和冷卻鋼化過程中不同厚度玻璃的加熱和冷卻48五、影響鋼化的工藝因素五、影響鋼化的工藝因素 l1、淬火溫度及冷卻速度淬火溫度及冷卻速度 l（1）玻璃

36、開始急冷（淬火）時的溫度稱為玻璃開始急冷（淬火）時的溫度稱為淬火溫度淬火溫度l（2 2）淬火產(chǎn)生的永久應(yīng)力值（）淬火產(chǎn)生的永久應(yīng)力值（淬火程度淬火程度）和淬火溫）和淬火溫度之間的關(guān)系稱為度之間的關(guān)系稱為淬火曲線淬火曲線。 l（3）冷卻速度是由風(fēng)壓、風(fēng)溫、噴嘴與玻璃間距以冷卻速度是由風(fēng)壓、風(fēng)溫、噴嘴與玻璃間距以及熱氣墊的形成等因素來決定的。及熱氣墊的形成等因素來決定的。 l2、玻璃的化學(xué)組成、玻璃的化學(xué)組成 （ （ ） （ ）l3 3、玻璃厚度、玻璃厚度 （玻璃愈厚，淬火程度愈高玻璃愈厚，淬火程度愈高 ）ETmax)(321EFkDQ8)(max淬火程度同淬火溫度及冷卻速率的關(guān)系淬火程度同淬火溫

37、度及冷卻速率的關(guān)系對流傳遞速度，表示對流傳遞速度，表示淬火的冷卻速率淬火的冷卻速率)/(2CmWh影響冷卻速度的因素影響冷卻速度的因素玻璃的化學(xué)組成玻璃的化學(xué)組成1 1鉛玻璃；鉛玻璃；2 2壓延玻璃；壓延玻璃；3 3硼硅酸鹽玻璃；硼硅酸鹽玻璃；4 4低堿玻璃；低堿玻璃；5 5鋯玻璃鋯玻璃max)(321EF52六、各種鋼化技術(shù)六、各種鋼化技術(shù) l1、彎曲鋼化：、彎曲鋼化：用模型，靠自重或沖壓，進行熱用模型，靠自重或沖壓，進行熱彎，當(dāng)彎到所需要的曲面后，再急速冷卻處理。彎，當(dāng)彎到所需要的曲面后，再急速冷卻處理。 l2、區(qū)域鋼化：、區(qū)域鋼化：當(dāng)鋼化玻璃破碎時，為了確保視當(dāng)鋼化玻璃破碎時，為了確保視

38、野，控制局部的鋼化強度，避免該部分碎成小片。野，控制局部的鋼化強度，避免該部分碎成小片。 l3、水平鋼化、水平鋼化：用輥道或氣流將玻璃保持在水平用輥道或氣流將玻璃保持在水平狀態(tài)，使之通過加熱爐。狀態(tài)，使之通過加熱爐。l4.4.半鋼化玻璃：半鋼化玻璃：彎鋼化玻璃彎鋼化玻璃水平鋼化玻璃水平鋼化玻璃4、半鋼化玻璃：半鋼化玻璃：l通過和鋼化玻璃一樣的熱處理，使玻璃強度增加到普通通過和鋼化玻璃一樣的熱處理，使玻璃強度增加到普通退火玻璃的兩倍，同時也增強了其熱膨脹系數(shù)。半鋼化退火玻璃的兩倍，同時也增強了其熱膨脹系數(shù)。半鋼化玻璃熱處理類似于鋼化玻璃，但鋼化程度低，控制其表玻璃熱處理類似于鋼化玻璃，但鋼化程度

39、低，控制其表面應(yīng)力不大于面應(yīng)力不大于69N/mm2。半鋼化玻璃不屬于目前定義。半鋼化玻璃不屬于目前定義的的“安全玻璃安全玻璃”。l半鋼化玻璃表面應(yīng)力低，所以不存在自爆的危險，不受半鋼化玻璃表面應(yīng)力低，所以不存在自爆的危險，不受外界影響時，它決不會自行爆炸，所以從這個意義來說，外界影響時，它決不會自行爆炸，所以從這個意義來說，它比鋼化玻璃要安全。即使在外力作用下破碎，由于周它比鋼化玻璃要安全。即使在外力作用下破碎，由于周邊有膠縫和槽口，放射形的裂縫所形成的碎塊也不會輕邊有膠縫和槽口，放射形的裂縫所形成的碎塊也不會輕易墜落?？梢杂袝r間進行拆除、更換。易墜落?？梢杂袝r間進行拆除、更換。l半鋼化玻璃表

40、面較為平整，映像畸變小，較為美觀，所半鋼化玻璃表面較為平整，映像畸變小，較為美觀，所以被各種玻璃幕墻大量使用。以被各種玻璃幕墻大量使用。半鋼化玻璃與其它品種的玻璃性能比較半鋼化玻璃與其它品種的玻璃性能比較玻璃品種玻璃品種相對強度相對強度碎片碎片破壞狀態(tài)破壞狀態(tài)普通玻璃普通玻璃1 1大，有尖角大，有尖角局部崩潰局部崩潰半鋼化玻璃半鋼化玻璃 1.51.52.02.0中，少尖角中，少尖角整體可保持整體可保持鋼化玻璃鋼化玻璃3 35 5小，無尖角小，無尖角崩潰崩潰592.3玻璃物理鋼化的生產(chǎn)工藝及設(shè)玻璃物理鋼化的生產(chǎn)工藝及設(shè)備備 l1、生產(chǎn)工藝流程、生產(chǎn)工藝流程 l2、生產(chǎn)、生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力計算線的生

41、產(chǎn)能力計算 玻璃原片玻璃原片檢驗檢驗切裁切裁磨邊磨邊洗滌干燥洗滌干燥半成品檢驗半成品檢驗印商標(biāo)印商標(biāo)加熱（成型）加熱（成型）急冷急冷檢驗檢驗包裝包裝入庫入庫212121217204036008nnSAnnSAQ3、玻璃的加熱工藝、玻璃的加熱工藝 l（1 1）玻璃加熱工藝的基本要求：）玻璃加熱工藝的基本要求：迅速加熱；溫差??；迅速加熱；溫差??；垂直法、水平法、氣墊法垂直法、水平法、氣墊法 接近接近Tf，水平支持法水平支持法加加熱至熱至Tf；不產(chǎn)生變形和擦痕；盡快引出加熱爐，迅速不產(chǎn)生變形和擦痕；盡快引出加熱爐，迅速進行淬冷。進行淬冷。l（2 2）影響加熱工藝的因素：）影響加熱工藝的因素： a a

42、加熱方式：加熱方式：熱源有熱源有電電和氣體燃料；輻射方式和氣體燃料；輻射方式 b b加熱時間：加熱時間：4040s/1mm s/1mm c c加熱溫度：加熱溫度：T Tg gT Tf f，T5L1，??；??；L25L1，大大（2 2）水平法的冷卻工藝特點）水平法的冷卻工藝特點l玻璃在往復(fù)狀態(tài)進行淬冷及冷卻；玻璃在往復(fù)狀態(tài)進行淬冷及冷卻；l淬冷及冷卻在設(shè)備不同區(qū)段進行調(diào)整；淬冷及冷卻在設(shè)備不同區(qū)段進行調(diào)整；l冷卻裝置與加熱爐連接，熱損失?。焕鋮s裝置與加熱爐連接，熱損失??；l風(fēng)柵噴嘴到玻璃的距離可根據(jù)冷卻工藝進行調(diào)整；風(fēng)柵噴嘴到玻璃的距離可根據(jù)冷卻工藝進行調(diào)整；l風(fēng)柵輥道采取斜向纏耐磨玻璃纖維繩的方

43、法，使玻璃風(fēng)柵輥道采取斜向纏耐磨玻璃纖維繩的方法，使玻璃與輥面形成點接觸，減少玻璃與輥子的接觸面，纖維與輥面形成點接觸，減少玻璃與輥子的接觸面，纖維繩螺旋間的空隙為玻璃的下部冷卻提供更加均勻的空繩螺旋間的空隙為玻璃的下部冷卻提供更加均勻的空氣流動區(qū)域，增強玻璃的鋼化效果。氣流動區(qū)域，增強玻璃的鋼化效果。 682.42.4化學(xué)鋼化化學(xué)鋼化 l基本原理基本原理 ：改變玻璃表面的組成來提高玻璃的強度改變玻璃表面的組成來提高玻璃的強度分類分類表面脫堿表面脫堿涂復(fù)熱膨脹系數(shù)小的玻璃涂復(fù)熱膨脹系數(shù)小的玻璃堿金屬離子交換堿金屬離子交換高溫型高溫型低溫型低溫型玻璃表面脫堿：玻璃表面脫堿：在退火溫度范圍，通過氣

44、體（包括能在退火溫度范圍，通過氣體（包括能釋放氣體的固態(tài)物質(zhì)）或溶液噴涂，使玻璃與氣體或釋放氣體的固態(tài)物質(zhì)）或溶液噴涂，使玻璃與氣體或溶液中的鹽類反應(yīng)，玻璃表面的堿金屬離子生成易溶溶液中的鹽類反應(yīng)，玻璃表面的堿金屬離子生成易溶于水的鹽類，清洗后的玻璃表面就貧堿，從而改善玻于水的鹽類，清洗后的玻璃表面就貧堿，從而改善玻璃性質(zhì)。璃性質(zhì)。離子交換化學(xué)鋼化法離子交換化學(xué)鋼化法l把玻璃浸在高溫熔融鹽中，玻璃中把玻璃浸在高溫熔融鹽中，玻璃中的堿離子與熔鹽中的堿離子因相互的堿離子與熔鹽中的堿離子因相互擴散而發(fā)生離子交換，因而在交換擴散而發(fā)生離子交換，因而在交換層中產(chǎn)生壓應(yīng)力，使強度增大。層中產(chǎn)生壓應(yīng)力，使強

45、度增大。l分為分為高溫型離子交換法高溫型離子交換法 和和低溫低溫型型離子交換法離子交換法 1、高溫型離子交換法、高溫型離子交換法 l原理：原理：在玻璃的軟化點與轉(zhuǎn)變點之間的溫度區(qū)域內(nèi)，在玻璃的軟化點與轉(zhuǎn)變點之間的溫度區(qū)域內(nèi)，把含把含Na2O或或K2O的玻璃浸入鋰的熔鹽中，使玻璃中的的玻璃浸入鋰的熔鹽中，使玻璃中的Na+或或K+與比他們半徑小的熔鹽中的與比他們半徑小的熔鹽中的Li+相交換，然后相交換，然后冷卻至室溫，由于含冷卻至室溫，由于含Li+的表層與含的表層與含Na+或或K+內(nèi)層膨脹內(nèi)層膨脹系數(shù)不同，表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力而強化。系數(shù)不同，表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力而強化。lT Tg gT Tf f ，

46、用小離子置換大離子，膨脹系數(shù)不同，用小離子置換大離子，膨脹系數(shù)不同l舉例：舉例：Al2O3、TiO2離子交換，產(chǎn)生離子交換，產(chǎn)生鋰霞石鋰霞石（Li2OAl2O32SiO2）結(jié)晶，強度高達結(jié)晶，強度高達700700MPaMPa。l特點：特點：時間短、強度高；成本高，玻璃易失透時間短、強度高；成本高，玻璃易失透2、低溫型離子交換法、低溫型離子交換法 l原理：原理：在不高于玻璃轉(zhuǎn)變點的溫度區(qū)域內(nèi)，將玻璃浸在不高于玻璃轉(zhuǎn)變點的溫度區(qū)域內(nèi)，將玻璃浸在含有比玻璃中堿離子半徑大的堿離子熔鹽中。例如，在含有比玻璃中堿離子半徑大的堿離子熔鹽中。例如，用用Na+置換置換Li+，或用或用 K+置換置換Na+，然后冷

47、卻。由于堿然后冷卻。由于堿離子的體積差造成表面壓應(yīng)力層，提高了玻璃的強度。離子的體積差造成表面壓應(yīng)力層，提高了玻璃的強度。 l T Tg g，用大離子置換小離子，體積差用大離子置換小離子，體積差l特點：特點：速度慢，強度相對低；成本低，不變形。速度慢，強度相對低；成本低，不變形。3、低溫型離子交換法的工藝、低溫型離子交換法的工藝 l（1）工藝流程）工藝流程：l（2 2）工藝參數(shù)：）工藝參數(shù)：l熔鹽材料：熔鹽材料：KNO3（一般用化學(xué)純）；一般用化學(xué)純）；l輔助填加劑：輔助填加劑：Al2O3粉、硅酸鉀、硅藻土、其他；粉、硅酸鉀、硅藻土、其他；l鹽浴池熔鹽溫度：鹽浴池熔鹽溫度：4104105005

48、00；l交換時間：交換時間：根據(jù)產(chǎn)品增強需要而定；根據(jù)產(chǎn)品增強需要而定；l設(shè)計爐溫：設(shè)計爐溫：低溫預(yù)熱低溫預(yù)熱200200300300；高溫預(yù)熱高溫預(yù)熱350350450450；離子交換爐離子交換爐410410500500；高溫冷卻爐高溫冷卻爐 350 350450450；中溫冷卻爐中溫冷卻爐 200 200300300；低溫冷卻爐低溫冷卻爐 150 150200 200 3、低溫型離子交換法的工藝、低溫型離子交換法的工藝l（3）容器的選擇：）容器的選擇：l大多數(shù)鹽可以完全安全地盛在不銹鋼或高硅氧類玻璃大多數(shù)鹽可以完全安全地盛在不銹鋼或高硅氧類玻璃燒杯內(nèi)。燒杯內(nèi)。 l含氯離子的熔鹽對不銹鋼有一

49、定的侵蝕作用，最好盛含氯離子的熔鹽對不銹鋼有一定的侵蝕作用，最好盛在高硅氧類玻璃燒杯內(nèi)。在高硅氧類玻璃燒杯內(nèi)。l上述容器必須放在一個更大的、周圍圍著細砂的容器上述容器必須放在一個更大的、周圍圍著細砂的容器內(nèi)（溫度波動可以控制在內(nèi)（溫度波動可以控制在1 1）。）。 754、影響離子交換的工藝因素、影響離子交換的工藝因素 l（1）玻璃成分對離子交換的影響）玻璃成分對離子交換的影響 l（2）熔鹽成分對玻璃強度的影響）熔鹽成分對玻璃強度的影響 l（3）處理溫度）處理溫度 l（4）處理時間）處理時間 76（1）玻璃成分對離子交換的影響）玻璃成分對離子交換的影響l鈉鈣硅酸鹽玻璃鈉鈣硅酸鹽玻璃: :7000

50、10000N/cm2，3040m，鋁硅酸鹽玻璃鋁硅酸鹽玻璃: :15000 N/cm2，150m。l為什么含為什么含Al2O3多的鋁硅酸鹽玻璃比普通鈉鈣硅酸鹽多的鋁硅酸鹽玻璃比普通鈉鈣硅酸鹽玻璃有較強、較厚的壓應(yīng)力？玻璃有較強、較厚的壓應(yīng)力？思考題思考題77交換速度快、應(yīng)力松弛小的玻璃組成交換速度快、應(yīng)力松弛小的玻璃組成l（a）SiO2-RO-R2Ol（b）SiO2- Al2O3- R2Ol（c）SiO2-Al2O3-RO(MgO、CaO、SrO、ZnO、BaO、PbO)- R2Ol（d）SiO2- Al2O3- B2O3-RO- R2O l（e）SiO2- Al2O3-RO- RO2(ZrO

51、2、TiO2、CeO2)- R2O 各種成分在離子交換中的作用各種成分在離子交換中的作用 l1、SiO2 ： 65，原料難以，原料難以熔化。熔化。SiO2以以 6065為宜。為宜。 l2、Al2O3 ：加速作用加速作用，（，（體積增大，體積增大，AlO441cm3/mol，SiO427.24cm3/mol）l用用 Al2O3取代取代SiO2后，后，一是分子體積增大，結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)一是分子體積增大，結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)空隙擴大，有利于堿離子擴散；空隙擴大，有利于堿離子擴散；另一方面，體積增大，另一方面，體積增大，也有利于吸收大體積的也有利于吸收大體積的K+離子，促進離子交換。離子，促進離子交換。 l117。各種成

52、分在離子交換中的作用各種成分在離子交換中的作用l3、RO：若增加若增加 RO減少減少SiO2，對離子交換有不良影響。，對離子交換有不良影響。 R2+與非橋氧相互作用較與橋氧離子作用更為強烈；與非橋氧相互作用較與橋氧離子作用更為強烈；使使R+OR2+中中R+O鍵變?nèi)?。鍵變?nèi)酢A離子在含小直徑堿離子在含小直徑R2+的的玻璃中，其擴散系數(shù)比在含大直徑玻璃中，其擴散系數(shù)比在含大直徑R2+的玻璃中有所增的玻璃中有所增加。用加。用R2+取代取代SiO2還會堵塞堿離子通道。還會堵塞堿離子通道。l4、B2O3：與與Al2O3并用，強化層厚度增加，強度提高。并用，強化層厚度增加，強度提高。強化層厚強化層厚202

53、04040m m ，抗彎強度達抗彎強度達500500600600MPaMPa，比處比處理前高理前高10102020倍。倍。l5、ZrO2 ：與與Al2O3并用，強化效果較好。含量并用，強化效果較好。含量102%)并用，效并用，效果較好。果較好。熔融鹽液和玻璃之間離子交換量熔融鹽液和玻璃之間離子交換量 tCMDAP024M離子的擴散量；離子的擴散量；C0玻璃基體中玻璃基體中Na2O的含量；的含量； t離子交換時間。離子交換時間。 堿離子的擴散，是經(jīng)過離子之間的躍遷而完成的堿離子的擴散，是經(jīng)過離子之間的躍遷而完成的。 （a）從鉀離子位置到臨近鈉離子的空穴；從鉀離子位置到臨近鈉離子的空穴；（b）從鉀

54、離子位置到臨近鉀離子的空穴；從鉀離子位置到臨近鉀離子的空穴；（c）從鈉離子位置到臨近鈉離子的空穴；從鈉離子位置到臨近鈉離子的空穴；（d）從鈉離子位置到臨近鉀離子的空穴。從鈉離子位置到臨近鉀離子的空穴。 （a） “擠塞擠塞” ，鉀離子半徑比鈉離子半徑大。（，鉀離子半徑比鈉離子半徑大。（b）和（和（c），離子之間的跳躍不產(chǎn)生應(yīng)力。（離子之間的跳躍不產(chǎn)生應(yīng)力。（d）從從“擠塞擠塞”狀態(tài)的應(yīng)力釋放狀態(tài)的應(yīng)力釋放過程，與（過程，與（a）正好相反。正好相反。 （2）熔鹽成分對玻璃強度的影響）熔鹽成分對玻璃強度的影響l KNO3 ：起起置換作用置換作用，其他為輔助添加劑。長期處于其他為輔助添加劑。長期處于高

55、溫狀態(tài)下的高溫狀態(tài)下的KNO3會發(fā)生少量分解，其濃度降低會會發(fā)生少量分解，其濃度降低會造成成品的抗沖擊強度降低。造成成品的抗沖擊強度降低。l KNO3熔鹽的純度：熔鹽的純度：高，二價離子的含量少；低，雜高，二價離子的含量少；低，雜質(zhì)中就會帶入質(zhì)中就會帶入Ca2+、Sr2+、Mg2+等離子，等離子，這些離子的這些離子的半徑為：半徑為：Ca2+0.099nm、Sr2+0.113nm、 Mg2+0.065nm。而而Na+0.095nm、K+ 0.133nm。l 經(jīng)常補充熔鹽或及時對熔鹽進行凈化處理，保持熔經(jīng)常補充熔鹽或及時對熔鹽進行凈化處理，保持熔鹽的新鮮狀態(tài)鹽的新鮮狀態(tài)（3）處理溫度）處理溫度處理

56、溫度（處理溫度（）抗沖擊強度（抗沖擊強度（kgm）抗彎強度（抗彎強度（MPa） 0.4（玻璃原片）（玻璃原片）60.30（玻璃原片）（玻璃原片）3702.54181.64102.90266.564302.60210.354502.40268.564602.32233.254702.08208.004802.02170.464901.80138.29（3）處理溫度）處理溫度l低于應(yīng)變點溫度，低于應(yīng)變點溫度，熱擴散的速度很慢，強度的提高又熱擴散的速度很慢，強度的提高又取決于取決于K+的擴散系數(shù)。所以強度隨著處理溫度逐漸增的擴散系數(shù)。所以強度隨著處理溫度逐漸增高而增強。高而增強。l動力學(xué)：動力學(xué)：擴散控制著交換過程，交換速度與溫度成指擴散控制著交換過程，交換速度與溫度成指數(shù)關(guān)系。數(shù)關(guān)系。lNa2OCaOSiO2玻璃：玻璃：105126kJmol。l處理溫度較低時，處理溫度較低時，達不到上述條件，交換過程不可能達不到上述條件，交換過程不可能進行完全，也就不可能獲得足夠大的表面壓縮應(yīng)力。進行完全，也就不可能獲得足夠大的表面壓縮應(yīng)力。反之反之，當(dāng)溫度過高時當(dāng)溫度過高時，因玻璃結(jié)構(gòu)的松弛，可使，因玻璃結(jié)構(gòu)的松弛，可使Na+和和K+的重排或遷