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第六章玻璃的熱彎與鋼化

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1、,單擊此處編輯母版標(biāo)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(nèi)容,1,、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,,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(xué)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(yīng)力的玻璃制品重新加熱到玻璃內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)可以移動(dòng)的溫度,利用質(zhì)點(diǎn)的位移使應(yīng)力分散,(,稱為應(yīng)力松弛,),來消除或減弱永久應(yīng)力。,玻璃的最高退火溫度是指在此溫度下,15min

2、,內(nèi)能消除全部應(yīng)力或經(jīng)過,3min,能消除,95%,應(yīng)力,一般相當(dāng)于退火點(diǎn),(=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(nèi)消除全部應(yīng)力或經(jīng),3min,只能消除,5%,應(yīng)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(shí)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(xiàn)脆性的最高溫度,由于在這個(gè)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。,(=10,12,10,13,Pas),T,f,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,T,f,時(shí)相應(yīng)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(jù)彎曲弧度設(shè)計(jì)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(chǎn):,半連續(xù)生產(chǎn)或

4、者是間歇生產(chǎn),分別采用,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:,間歇式窯爐:,(1)明焰式熱彎爐:,按火焰流動(dòng)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(fā)熱元件,個(gè)別也有用硅碳棒的,故常稱為電爐。,間歇式熱彎爐,缺點(diǎn):,生產(chǎn)能力低、燃料消耗多、占地面積大、勞動(dòng)條件差、操作不易機(jī)械化等。,優(yōu)點(diǎn),: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。,明焰式間歇熱彎爐,制品不運(yùn)動(dòng),根據(jù)工藝要求,窯內(nèi)溫度隨時(shí)間而變。加熱方法有明焰式、隔焰式兩種。其能源有燃油、燃?xì)夂兔旱?,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(nèi)各處溫度恒定不變,通過制品間歇移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)玻璃退火過程。,半連續(xù)式熱彎爐,隧道式熱彎爐,半連續(xù)式熱彎爐,隧道式,熱彎爐,的優(yōu)缺點(diǎn):,優(yōu)點(diǎn):,1,),可以連續(xù)生產(chǎn);2,),窯內(nèi)溫度可自動(dòng)控制;3,),燃料消耗少,并可使用劣質(zhì)煤;4,),生產(chǎn)管理簡單,制品在窯內(nèi),3,4,h,就可出窯;,5,)構(gòu)造簡單,造價(jià)便宜,砌筑方便。,缺點(diǎn):,1,)溫度變化是不連續(xù)的、跳躍式的;,2,)截面上溫度分布不均勻;,3,)熱散失大;,4,)勞動(dòng)強(qiáng)度大,窖內(nèi)運(yùn)行設(shè)備易損壞,須經(jīng)常檢修。,2.2,玻璃的物理鋼化,一、鋼化玻璃的發(fā)展綜述,:國外、國內(nèi),二、鋼化玻璃的性能

6、,1、,抗彎強(qiáng)度,:比,一般玻璃大,4,5,倍,二、鋼化玻璃的性能,1、,抗彎強(qiáng)度,:,厚度,5,6,mm,的鋼化玻璃,抗彎強(qiáng)度達(dá),1.67,10,2,MPa,。,2、,抗沖擊強(qiáng)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(qiáng)度為 8.13,kg,m,,而普通平板玻璃的抗沖擊強(qiáng)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(wěn)定性,4、其他性能,二、鋼化玻璃的性能,3、,淬火玻璃的熱穩(wěn)定性:,可經(jīng)受溫度突變的范圍達(dá)250320,而一般同厚度玻璃只能經(jīng)

7、受70100。,鋼化玻璃耐急熱的性能比耐急冷好:,5mm,厚鋼化風(fēng)擋玻璃置于,0,環(huán)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(nèi),保溫,10,分鐘,快速取出放在冷水中,發(fā)現(xiàn),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(wěn)定性(),沖擊強(qiáng)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(shí)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(shí)外層的壓應(yīng)力有保持破碎的內(nèi)層不易剝落的作用,,因此鋼化玻璃在破裂時(shí),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,近年來鋼化玻璃引發(fā)幕墻事故頻發(fā):,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(jì)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(duì)隊(duì)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(dāng)時(shí)東盟博覽會即將開幕,各國首腦云集。為達(dá)到保證絕對安全的要求,不得不以高昂的代價(jià)全部貼上特種防爆膜。其造價(jià)遠(yuǎn)超當(dāng)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(gè)粉碎,幸好事件發(fā)生在下午,6,點(diǎn),閉館時(shí)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。,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(jī)場鋼化玻璃已自爆,29,塊。,2005,年,剛建成的濟(jì)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(shí)捷,(,2008,年,09,月,23,日,華商網(wǎng),-,重慶時(shí)報(bào),),21,9,月,23,日晚,位于北園大街上的某酒店包間內(nèi),市民李女士和親屬一起吃飯時(shí),餐桌的鋼化玻璃轉(zhuǎn)盤突然迸裂。有三人被玻璃劃傷。,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,24,鋼化玻璃自

11、爆原因?,1,、內(nèi)部存在結(jié)石或雜質(zhì),周圍形成較大的預(yù)應(yīng)力集中;,2,、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);,3,、表面有嚴(yán)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;,4,、邊部加工質(zhì)量不佳,切裁時(shí)有較嚴(yán)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。,25,玻璃內(nèi)部可能包含,硫化鎳,雜質(zhì),,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(nèi)加熱時(shí),因加熱溫度遠(yuǎn)高于相變溫度,,NiS,全部轉(zhuǎn)變?yōu)?相。然而在隨后的淬冷過程中,,-NiS,來不及轉(zhuǎn)變?yōu)?-NiS,,從而被凍結(jié)在鋼化玻璃中。在室溫環(huán)境下

12、,,-NiS,是不穩(wěn)定的,有逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)?-NiS,的趨勢。這種轉(zhuǎn)變伴隨著約,2-4%,的體積膨脹,使玻璃承受巨大的相變張應(yīng)力,從而導(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,從自爆后玻璃碎片中提取的,NiS,結(jié)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(diǎn)(鋼化玻璃裂紋呈放射狀,均有起始點(diǎn))是否在玻璃中間,如在玻璃邊緣,一般是因?yàn)椴A唇?jīng)過倒角磨邊處理或玻璃邊緣有損傷,造成應(yīng)力集中,裂紋逐漸發(fā)展造成的;,如起爆點(diǎn)在玻璃中部,看起爆點(diǎn)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(xì)觀察兩小塊多邊形公用邊(蝴蝶的軀干部分)應(yīng)

13、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。,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(jié)石位于二塊,“,蝴蝶斑,”,的界面上。,29,思考題,:,鋼化玻璃能否進(jìn)行切割?,采取必要的安全措施:,1.,鋼化玻璃要進(jìn)行二次熱處理,通常稱為引爆處理、均質(zhì)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(dá)到,290,10,,且至少保持,2,個(gè)小時(shí)的過程;降溫階段是從玻璃完成保溫階段后,溫度降至,75,時(shí)

14、的過程。整個(gè)二次熱處理過程應(yīng)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(yīng)力會由于過熱而松弛,從而影響其安全性。,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)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);,3.,貼防爆膜;,4.,降低鋼化玻璃的表面應(yīng)力,。,玻璃中的熱應(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,暫時(shí)應(yīng)力,(,temporary stress,),:,玻璃在應(yīng)變點(diǎn)溫度以下加熱或冷卻時(shí),由于其,導(dǎo)熱性較差,,各部位將形成溫度梯度,從而產(chǎn)生一定的熱應(yīng)力。這種熱應(yīng)力,隨著溫差的存

15、在而存在,溫差越大,暫時(shí)應(yīng)力也越大,并隨著溫差的消失而消失。,永久應(yīng)力,(,permanent stress),:,玻璃從應(yīng)變點(diǎn)溫度以上開始冷卻時(shí),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)力的大小取決于制品在應(yīng)變點(diǎn)溫度以上時(shí)的冷卻速度、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,物理鋼化的原理:,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(jìn)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(shí)內(nèi)部仍處于高溫狀態(tài),待到玻璃內(nèi)部也開始硬化時(shí),

16、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。由于玻璃表面層存在壓應(yīng)力,當(dāng)外力作用于該表面時(shí),首先必須抵消這部分壓應(yīng)力,這就大大提高玻璃的機(jī)械強(qiáng)度,經(jīng)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(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(shí)踐中,物理鋼化一般多用空氣噴吹的,風(fēng)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(dǎo)熱系數(shù);,密度,f,t0,時(shí)玻璃板的均勻溫度;,C,比熱(,kJ/,kgK,);,熱膨脹系數(shù);,E,彈性模量;,泊松比,2,、冷強(qiáng)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(shí)間拖長造成玻璃板軟化變形,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,,這是強(qiáng)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(dāng)以及板重與夾具數(shù)量不相稱等原因造成的。,41,冷強(qiáng)化中的加熱、冷卻,(2),冷卻,:,一般用設(shè)在,與

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