关于钢化玻璃表面应力与碎片状态关系的探讨

钢化玻璃应力斑的成因分析及控制当人们在某种照明条件下，以一定的距离和角度观察钢化玻璃时，在钢化玻璃表面会看一些分布不十分规则的带有颜色的斑纹，这种带颜色的斑纹即我们通常所说的“应力斑”，应力斑的存在虽然不影响玻璃的反射效果(没有反射失真)，也不影响玻璃的透射效果(不会影响分辨率，也不会产生光学变形)。

它是所有钢化玻璃都具有的一个光学特性，不是钢化玻璃的质量问题或质量缺陷，但钢化玻璃作为安全玻璃应用越来越广泛，人们对玻璃的外观效果要求越来越高，特别是作为大面积幕墙应用时钢化玻璃应力斑的存在会给玻璃的外观带来不利影响，甚至影响到建筑物的整体美观效果，所以人们对应力斑的关注越来越强烈。

1应力斑产生的原因所有透明材料都可以划分为各向同性材料和各项异性材料。

当光线通过各向同性材料时，光的速度在所有方向都一样，出射光与入射光没有变化，退火良好的玻璃就属于各向同性材料。

当光线通过各项异性材料时，入射光分成两种以不同的速度且具有不同的路程的射线，出射光与入射光发生变化，退火不良的玻璃包括钢化玻璃就属于各向异性材料。

作为各项异性材料的钢化玻璃，产生应力斑的现象可以用光弹原理进行解释：当一束偏振光通过钢化玻璃时由于玻璃内部存在着永久应力(钢化应力)，这束光会分解为两束传播速度不同的偏振光，即快光和慢光，又称双折射现象。

当某一点形成的两束光与在另外某一点形成的光束相交时，由于光传播速度的不同在光束相交点存在着相位差，这一点上两束光就会产生干涉现象，当两束光振幅方向相同时，光强加强，产生亮视场，即亮斑；当光振幅方向相反时，光强减弱，产生暗视场，即暗斑。

只要在钢化玻璃的平面方向上存在应力分布不均匀就会产生应力斑。

此外玻璃表面的反射作用使反射光和透射均发生一定的偏振效果，进入玻璃内部的光实际上是带有偏振效果的光，这就是为什么会看到明暗相间的条纹或斑纹的道理。

2钢化玻璃产生应力斑的工艺因素2．1加热因素玻璃在进行淬火前平面方向上存在加热不均。

钢化玻璃又称强化玻璃，是一种预应力玻璃。

它是用物理的或化学的方法，在玻璃表面上形成一个压应力层，玻璃本身具有较高的抗压强度，不会造成破坏。

当玻璃受到外力作用时，这个压力层可将部分拉应力抵消，避免玻璃的碎裂，虽然钢化玻璃内部处于较大的拉应力状态，但玻璃的内部无缺{TodayHot}陷存在，不会造成破坏，从而达到提高玻璃强度的目的。

众所周知，材料表面的微裂纹是导致材料破裂的主要原因。

因为微裂纹在张力的作用下会逐渐扩展，最后沿裂纹开裂。

而玻璃经钢化后，由于表面存在较大的压应力，可使玻璃表面的微裂纹在挤压作用下变得更加细微，甚至“愈合”。

钢化玻璃是平板玻璃的二次加工产品，钢化玻璃的加工可分为物理钢化法和化学钢化法。

物理钢化玻璃又称为淬火钢化玻璃。

它是将普通平板玻璃在加热炉中加热到接近玻璃的软化温度（600℃）时，通过自身的形变消除内部应力，然后将玻璃移出加热炉，再用多头喷嘴将高压冷空气吹向玻璃的两面，使其迅速且均匀地冷却至室温，即可制得钢化玻璃。

这种玻璃处于内部受拉而外部受压的应力状态，一旦局部发生破损，便会发生应力释放，玻璃被破碎成无数小块，这些小的碎片没有尖锐棱角，不易伤人。

在钢化玻璃的生产过程中，对产品质量影响最大的当是如何使玻璃形成较大而均匀的内应力。

而对产量影响最大的则是如何{HotTag}防止炸裂和变形。

不论是上述哪个影响因素都与玻璃的加热和冷却条件密切相关。

当玻璃均匀加热到钢化温度后骤然冷却时，由于内外层降温速度的不同，表层急剧冷却收缩，而内层降温收缩迟缓。

结果内层因被压缩受压应力，表层受张应力。

随着玻璃的继续冷却，表层已经硬化停止收缩，而内层仍在降温收缩，直至到达室温。

这样表层因受内层的压缩形成压应力，内层则形成张应力，并被永久的保留在钢化玻璃中。

由于玻璃是抗压强而抗拉弱的脆性材料，当超过抗张强度时玻璃即行破碎，所以内应力的大小及其分布形式是影响玻璃强度及炸裂的主要原因。

另一种情况是玻璃在可塑状态下冷却时，不论是加热不均，还是冷却不均，只要在同一块玻璃上有温差，就会有不同的收缩量。

分析钢化玻璃产生自爆的原因及降低钢化玻璃自爆的方法钢化玻璃与平板玻璃相比有许多优点，如钢化玻璃的强度高，韧性好，抗热冲击性能优越，因此被广泛地应用于玻璃幕墙和门窗工程实践中。

但是钢化玻璃也有缺点，如自爆。

钢化玻璃在无荷载作用下发生的自发性炸裂称为钢化玻璃的自爆。

自爆是钢化玻璃固有的特性之一，产生自爆的原因很多，简单地归纳为以下几种：1．玻璃中有结石、气泡和杂质：玻璃是典型的脆性材料，其力学行为服从断裂力学。

玻璃中的结石、气泡和杂质在玻璃中将会形成裂纹，是钢化玻璃的薄弱点，特别是裂纹尖端是应力集中处。

如果结石、气泡或杂质处在钢化玻璃的张应力区，或在荷载作用下使其处于张应力，都可能导致钢化玻璃炸裂。

2．玻璃中含有硫化镍结晶物：硫化镍夹杂物一般以结晶体存在，室温下存在着相向相转变的倾向，并伴有一定量的体积膨胀。

如果这些杂物在钢化玻璃受张应力的部位，或在荷载作用下使其处于张应力区，则体积膨胀会引起自发炸裂。

由硫化镍粒子造成的钢化玻璃自爆其爆裂点裂纹形状往往与蝴蝶相似，被称为蝴蝶形裂纹，有些在爆裂点中部有一个有色颗粒，被认为是硫化镍粒子，这两个特性往往被用来作为钢化玻璃是否是自爆的判据。

硫化镍粒子在钢化玻璃自爆前后的体积是不同的，爆裂前体积小，不易被看见；自爆后其体积增大，地点确定，很容易被看见，这也是钢化玻璃自爆不易预见的原因之一。

3．玻璃表面和边部在加工、运输、贮存和施工过程，可能造成有划痕、炸口和爆边等缺陷，易造成应力集中而导致钢化玻璃自爆。

玻璃表面本来就存在大量的微裂纹，这也是玻璃力学行为服从断裂力学的根本原因。

这些微裂纹在一定的条件下会扩展，如水蒸气的作用、荷载的作用等，都可能加速微裂纹的扩展。

通常情况下微裂纹的扩展速度是极其缓慢的，表现为玻璃的强度是一恒定值。

但是玻璃表面的微裂纹有一临界值，当微裂纹尺寸接近或达到临界值时，裂纹快速扩张，导致玻璃破裂。

如果玻璃表面存在接近临界尺寸的微裂纹，如玻璃表面和边部在加工、运输、贮存和施工过程造成的划痕、炸口、爆边等缺陷尺寸就较大，玻璃可能在极小的荷载作用下就导致玻璃表面微裂纹快速扩张，最终导致玻璃破裂。

引言玻璃作为建筑幕墙的主要材料之一，因其优良的采光、节能特点而不可替代。

为了增加玻璃的强度和安全性能，通常采用物理风冷钢化处理。

物理风冷钢化处理的玻璃按照碎片状态分为钢化玻璃和半钢化玻璃。

在国家政策和地方法规的引导下，国内建筑幕墙普遍采用钢化玻璃或半钢化夹层玻璃及其复合产品。

随着人们对人身和财产安全、产品和服务质量的注重，部分业主把钢化玻璃表面应力检测作为楼盘验收标准之一，偶有发生因出厂检测结果与安装后检测结果不同而引发纠纷。

因此，有必要厘清钢化玻璃安装后检测结果与钢化生产时检测结果存在差异的原因，为厂商和业主解决争议提供参考数据。

检测仪器介绍目前使用最广泛的钢化玻璃表面应力无损检测方法有两种，一是差量表面折射仪法，简称DSR法，常用的仪器是我国生产的SSM-II型表面应力仪；另一种是临界角表面偏光仪法，简称GASP法，常用的仪器是美国公司生产GASP应力仪。

由于两者采用的工作原理存在差异，致使仪器的构造、视场图像和读数方式存在差异。

SSM-II应力仪工作原理是利用浮法玻璃表面锡扩散层的光波导效应来测定因应力引起的玻璃折射率的变化。

图1为SSM-II应力仪光路系统图。

图1 SSM-II应力仪光路系统图GASP应力仪的工作原理是利用应力双折射效应产生的干涉条纹，通过测定干涉条纹倾角来计算应力值。

如图3所示，GASP应力仪光源散发出的激光束以临界角i c和45°偏振角入射到棱镜边缘导入玻璃表面的锡扩散层，在锡扩散层中以平行玻璃表面的方向运行一小段距离，应力双折射效应导致激光束发生干涉效应，再经过一个石英补偿片Wc和分析器A，在视镜中产生图4所示的可见且稳定的等距条纹，即干涉条纹。

通过测微目镜，手动旋转表盘，使内置的双对位线平行于等距条纹，读取表盘旋转角度θ，通过换算得到表面应力值。

GASP应力仪的对位线是平行的双线，以便于目视观察，微调幅度一般为±1°范围，即仪器测量误差在±（3～8）MPa以内，精度相对较高。

建筑用钢化玻璃爆裂原因分析研究0引言随着社会不断发展、人们生活水平的提高，对居住及公共建筑的要求越来越高，建筑用钢化玻璃作为一种安全玻璃被广泛应用。

通常所说的钢化玻璃是一种预应力玻璃，经过热处理工艺后，在玻璃表面形成压应力，机械强度和耐热冲击强度得到提高，破坏时具有特殊碎片状态。

我国钢化玻璃质量安全事故频发且呈逐年增长的趋势，事故暴露出钢化玻璃生产标准、产品质量、流通销售、安装应用、安全管理等方面存在突出问题。

通常钢化玻璃爆裂都认为是钢化玻璃自爆。

其实并不是所有的爆裂都为自爆，爆裂分为自爆、外力破坏两种。

如何识别爆裂种类和预防爆裂，对建筑用钢化玻璃爆裂问题进行系统全面的分析研究是非常重要和必要的。

1建筑用钢化玻璃爆裂原因分析（1）建筑用钢化玻璃爆裂内因分析①硫化镍（NiS）等杂质引起自爆。

普通平板玻璃生产过程中，玻璃原材料、辅料及燃料带入镍和硫等杂质（图1）。

图1钢化玻璃硫化镍杂质经过1400～1600 ℃高温熔化，反应生成硫化镍存在于玻璃液中，经过退火窑冷却，在冷却过程中，硫化镍经过α相（六方晶体）到β相（三方晶系）的相变，高温时（约800 ℃）是α相、低温时是β相。

而钢化玻璃钢化的过程是将普通平板玻璃加热到650 ℃，这时硫化镍处于α相，玻璃开始软化，然后玻璃进入风栅快速冷却，由于钢化冷却时间很短，硫化镍α相来不及转变成β相，以α相存在钢化玻璃中。

在使用过程中，随着温度的变化，硫化镍α相缓慢地向β相转变，体积不断膨胀，硫化镍周围的玻璃出现微裂纹，导致硫化镍周围的张应力变大，大于钢化玻璃表面的压应力，平衡被破坏，钢化玻璃自爆。

②表面应力过大引起自爆。

表面应力与硫化镍杂质尺寸对钢化玻璃自爆有很大的影响。

表面应力越大，引起自爆的硫化镍杂质的临界直径越小，很小的硫化镍杂质就可能引起钢化玻璃自爆。

③玻璃边部加工质量低下引起的自爆。

玻璃边部加工时，可能造成有爆边、划伤、裂纹和缺角等缺陷，易造成应力集中而导致钢化玻璃自爆。

钢化玻璃破碎裂纹特征实验研究梁帅【摘要】实验器材:300mm×300mm×5mm钢化玻璃若干,透明贴膜若干,喷雾器一只,钢化玻璃固定架一个,自制弹弓,Φ7㎜、Φ9㎜钢珠,铁块,尼康D5200单反相机一台;相机固定架一台.实验样本:取同一批次的300mm×300mm×5mm钢化玻璃若干,将透明贴膜贴在钢化玻璃板上,钢化玻璃实验样本基本完成.粘胶带的一面作为入射面,分别用Φ7㎜、Φ9㎜钢珠以不同速度垂直抛击、用铁块敲击,钢丝钳敲击,锤子方面敲击和敲边制作钢化玻璃实验样本.通过对钢珠抛击、铁块抛击分别进行定量化研究,为不同速度、不同抛击物对钢化玻璃破碎裂纹影响的研究提供出参考,为区分抛击物体种类、判断抛击破坏钢化玻璃案件性质提供依据.【期刊名称】《四川警察学院学报》【年(卷),期】2017(029)002【总页数】5页(P76-79,84)【关键词】钢化玻璃;破碎裂纹;裂纹分析【作者】梁帅【作者单位】铁道警察学院河南郑州 450000【正文语种】中文【中图分类】D919.281普通平板玻璃破碎裂纹痕迹特征方面的研究已经趋于成熟。

然而钢化玻璃破碎痕迹与抛射物飞行速度相关性分析研究还未形成理论体系。

钢化玻璃属于安全玻璃，是一种预应力玻璃，为提高玻璃强度、硬度，使用化学或物理的方法，在玻璃表面形成压应力，玻璃承受外力时首先抵消表层应力，从而提高承载能力，增强玻璃自身抗风压性，寒暑性，冲击性等[1]。

在刑事侦查、保卫、治安工作中，经常遇见钢化玻璃破裂的问题，因此我们可以通过研究钢化玻璃裂纹的种类和裂纹形态判断抛击物飞行的速度，以此推断抛击物的客体种类。

制作抛击实验样本，总结抛射后形成的破碎裂纹形态的分析，为区分被抛击客体提供实验数据和理论支持，发现不同抛击破碎裂纹痕迹特征，掌握快速确定抛击物的侦查破案方法。

钢化玻璃破碎情况是从玻璃内部开始，在玻璃张应力层最大处开始出现微裂纹，该微裂纹尖端的曲率半径非常小，根据Griffith裂纹扩展理论，在尖端存在应力集中，一旦尖端应力达到玻璃强度极限，裂纹开始扩展，随着裂纹扩展，裂纹尺寸增大，应力与裂纹尺寸的平方成正比，而玻璃等脆性材料没有吸收大量能量的塑性变形，故应力恶性循环增大，材料快速断裂。

钢化玻璃碎片状态不合格的原因说到钢化玻璃，咱们脑袋里首先会想起什么呢？没错，坚硬耐用，还能在打破的时候不成片飞溅。

这东西，看似牢不可破，但其实一旦状态不合格，后果可就不堪设想了。

你别说，钢化玻璃碎片的状态如果不达标，问题可大了！我们今天就来聊聊，为什么钢化玻璃会出现这种“倒霉”的情况。

你要问我，是不是天灾人祸？不完全是，但人祸多了去了。

首先啊，钢化玻璃的生产过程复杂得很，绝不是你想象中那种简单的玻璃切割加热就完事儿。

玻璃要经过加热到几百度，再迅速冷却的过程，这叫“钢化”。

你想啊，热胀冷缩，玻璃瞬间受到大温差的作用，一不小心就可能内部结构受损。

就像是你吃个冰淇淋，刚放进嘴里没两秒钟就碰到了冷风，冰箱门一开，咯吱一声，那凉意是不是直接让你瞬间牙疼？同理，钢化玻璃就是在这种瞬间的剧烈变化中，要保持完美的均匀性，不然就会出问题。

如果温度控制不好，或者冷却不均匀，玻璃的内部可能就会形成隐形的裂纹，最开始你看不出来，时间长了，玻璃就可能出现碎片状态不合格的情况，简直是暗藏杀机。

再说了，生产钢化玻璃的原材料也是重中之重。

质量差的玻璃原材料，根本就不配成为钢化玻璃。

你想想，想做个精致的工艺品，选个劣质的泥巴，最后不就全是废品吗？钢化玻璃的原材料如果里面有杂质，或者成分比例不准确，最终出来的成品也肯定不行。

有人可能会觉得，“这玻璃不就是透明的吗？”嘿，你真以为透明就行了？透明可不等于好！那些微小的杂质，可能就藏在玻璃的细小缝隙里，久而久之，它们会影响玻璃的强度，使得玻璃更容易破碎，碎片更难处理。

有时候吧，生产线上的设备也可能是罪魁祸首。

设备老旧、操作不当，或者技术不达标，这都可能导致钢化玻璃的质量不合格。

尤其是对于一些规模较小的厂家，他们往往为了节省成本，设备就选得马马虎虎，技术不精致，工人经验不足，一旦操作不当，钢化玻璃的质量就会大打折扣。

比如设备的温控系统出了问题，导致温度波动，玻璃的质量就没法得到保障，结果就是不合格的碎片满地跑。

物理钢化玻璃应力斑形成及控制方法浅析摘要：为响应国家节能降耗的号召，玻璃幕墙因其良好的光学性能及节能效果得到广泛应用，随着玻璃幕墙的大面积使用，玻璃性能及外观质量受到广泛关注，特别钢化玻璃应力斑问题，直接影响了玻璃视觉效果，本文通过对物理钢化玻璃应力斑形成原理、影响因素及生产过程中的控制方法进行简要分析，希望可以对玻璃深加工企业改善钢化玻璃应力斑问题有一定参考价值。

关键词：物理钢化；应力斑；形成因素；控制方法引言：在日常光照下，我们以一定角度及距离观察物理钢化玻璃，会发现钢化玻璃部分位置出现不规则彩色斑纹，这种彩色斑纹是钢化玻璃所具有的光学现象，通常称为“应力斑”，因物理钢化玻璃是一种预应力玻璃，玻璃中会分布不均匀的应力，入射光通过这种各向异性的材料时，会分成两种不同速度不同路程的射线，在某一点形成的两束光与另外某一点形成的光束相交时，因相位差而产生干涉现象，两束光偏振方向相同时，产生亮斑，振幅方向相反时出现暗斑。

一、物理钢化玻璃应力斑形成原因物理钢化过程，实际是玻璃热胀冷缩的过程，通常是利用加热炉丝将玻璃加热到一定的温度（低于玻璃软化温度），然后通过风栅将玻璃快速冷却，玻璃外表面因迅速冷却而收缩，而内部收缩较慢，因内外收缩程度不一致致使玻璃表面产生压应力，而内部形成张应力，最终导致外层粒子密实而中间层较为疏松。

当一束偏振光通过钢化玻璃这种各向异性材料时，会分解为两束传播速度不同的偏振光，如图1所示，当某一点形成的两束光与在另一点形成的光束相交时，由于光传播速度不同，光束相交点存在着光程差，在这一点上两束光就会产生干涉现象。

λ表示光的波长，根据光学相关定律，当光程差δ= kλ（k= 0，1，2，等）时，该点为振动加强的地方，产生亮视场，即亮斑，当光程差δ =（2k+1）λ/2（k=0，1，2，3，等）时，光强减弱，产生暗视场，即暗斑。

钢化玻璃表面存在不均匀的应力即会出现应力斑。

图1.玻璃产生应力斑原理图二、物理钢化玻璃应力斑影响因素及控制方法因物理钢化玻璃的加工原理，玻璃面板上会产生分布不均的应力，偏振光照射时会出现光程差，因光的干涉作用而出现应力斑，故应力斑是所有物理钢化玻璃所具有的光学特性，影响应力斑不仅有玻璃自身因素，钢化加工工艺及设备状况对应力斑的影响也很大，现从以下几点浅析钢化玻璃应力斑的影响因素：1.玻璃厚度及观察角度在实际生产过程中，往往会发现越厚的玻璃应力斑越重，这是因为越厚的玻璃应力越不均匀，且玻璃厚度大光程差越大，出现偏振的机会更多，另不同角度观察，应力斑的程度也不一样。

钢化玻璃碎裂规律
一、钢化玻璃的制作过程
钢化玻璃是一种强化玻璃，其主要原料为普通玻璃，经过高温加热和急速冷却处理而成。

在加热过程中，普通玻璃会受到较高的温度和压力，其分子结构得到改变，使得钢化玻璃具有了更高的强度和抗冲击性能。

二、钢化玻璃碎裂的过程
尽管钢化玻璃具有较高的强度，但受到外力撞击时，仍然会发生碎裂。

钢化玻璃的碎裂过程可以分为如下阶段：
1. 外力作用阶段
当外力作用在钢化玻璃上时，其表面开始出现微裂纹，但并不会影响整个玻璃的强度。

2. 锤击开始阶段
当外力不断增加时，微裂纹逐渐扩大，最终出现初步的断裂点。

此时，碎裂的位置可能只是在钢化玻璃的表层，玻璃的整体强度尚未降低。

3. 碎裂扩散阶段
当外力继续作用时，断裂点开始向四周扩散，形成较大的碎片。

同时，钢化玻璃的强度也随着碎裂的扩散而逐渐降低。

4. 彻底破裂阶段
当外力达到一定程度后，钢化玻璃将会彻底破裂，分裂成许多碎片。

此时，碎片已经不再具有强度和安全性能。

钢化玻璃(强化玻璃)强化原理及性能介绍钢化玻璃又称强化玻璃，是一种预应力玻璃。

它是用物理的或化学的方法，在玻璃表面上形成一个压应力层，玻璃本身具有较高的抗压强度，不会造成破坏。

当玻璃受到外力作用时，这个压力层可将部分拉应力抵消，避免玻璃的碎裂，虽然钢化玻璃内部处于较大的拉应力状态，但玻璃的内部无缺陷存在，不会造成破坏，从而达到提高玻璃强度的目的。

众所周知，材料表面的微裂纹是导致材料破裂的主要原因。

因为微裂纹在张力的作用下会逐渐扩展，最后沿裂纹开裂。

而玻璃经钢化后，由于表面存在较大的压应力，可使玻璃表面的微裂纹在挤压作用下变得更加细微，甚至“愈合”。

钢化玻璃是平板玻璃的二次加工产品，钢化玻璃的加工可分为物理钢化法和化学钢化法。

物理钢化玻璃又称为淬火钢化玻璃。

它是将普通平板玻璃在加热炉中加热到接近玻璃的软化温度（600℃）时，通过自身的形变消除内部应力，然后将玻璃移出加热炉，再用多头喷嘴将高压冷空气吹向玻璃的两面，使其迅速且均匀地冷却至室温，即可制得钢化玻璃。

这种玻璃处于内部受拉而外部受压的应力状态，一旦局部发生破损，便会发生应力释放，玻璃被破碎成无数小块，这些小的碎片没有尖锐棱角，不易伤人。

在钢化玻璃的生产过程中，对产品质量影响最大的当是如何使玻璃形成较大而均匀的内应力。

而对产量影响最大的则是如何防止炸裂和变形。

不论是上述哪个影响因素都与玻璃的加热和冷却条件密切相关。

当玻璃均匀加热到钢化温度后骤然冷却时，由于内外层降温速度的不同，表层急剧冷却收缩，而内层降温收缩迟缓。

结果内层因被压缩受压应力，表层受张应力。

随着玻璃的继续冷却，表层已经硬化停止收缩，而内层仍在降温收缩，直至到达室温。

这样表层因受内层的压缩形成压应力，内层则形成张应力，并被永久的保留在钢化玻璃中。

由于玻璃是抗压强而抗拉弱的脆性材料，当超过抗张强度时玻璃即行破碎，所以内应力的大小及其分布形式是影响玻璃强度及炸裂的主要原因。

另一种情况是玻璃在可塑状态下冷却时，不论是加热不均，还是冷却不均，只要在同一块玻璃上有温差，就会有不同的收缩量。

浅谈物理钢化玻璃张应力形成控制及应用刘腾飞，张荣光，刘全顺，梁晓波（天津南玻节能玻璃有限公司，天津　301700）摘要：通过分析物理钢化玻璃应力的形成原理，对钢化玻璃的应力进行管控，目的是在确保钢化玻璃表面压应力和碎片颗粒的前提下，尽量降低钢化玻璃内层的张应力，在一定程度上降低钢化玻璃的自爆。

同时更进一步提升钢化玻璃的机械强度。

0　引　言常温下玻璃是一种典型的脆性材料，从机械性能来看，它的抗压强度高，硬度也高，但它的抗张强度不高，玻璃的理论抗折强度为117.6×108帕，但是窗玻璃的实际理论抗折强度只有68.6×105帕，与理论值相差3个数量级。

玻璃实际机械强度比理论值低的原因是多方面的，一般是认为由玻璃表面微裂纹、结构不均匀、微观缺陷、残余应力等造成，玻璃表面的微裂纹是造成机械强度降低的主要原因。

为了改善玻璃的机械性质，可以采取多种物理、化学方法来消除微裂纹，以达到提升机械强度的目的。

物理钢化法是目前国内外广泛采用的一种生产钢化玻璃的方法。

物理钢化玻璃通过玻璃的热历史原理，使得钢化玻璃的应力分布在厚度方向上呈抛物线，表层为压应力，内层为张应力，当玻璃受到机械外力时，机械外力转化为应力，该应力与原有的钢化应力相叠加，引起应力偏移，张应力向钢化玻璃的压应力层移动，钢化行成的压应力会抵消一部分机械外力引起的张应力。

虽然玻璃一个表层的压应力增大了，但由于玻璃的抗压强度远远大于抗张强度，因而玻璃不会破裂。

同时钢化玻璃也由于内部存在张应力（钢化玻璃的自身张应力约为32～46MPa，玻璃的抗张强度是59～62MPa），张应力层出现硫化镍膨胀时，只要NiS 膨胀产生的张应力在30MPa，加上玻璃自身原有的张应力，超过玻璃自身所能承受的极限，便引发自爆。

本文通过分析应力产生机理，通过实验手段分析和检测应力的影响因素，通过控制应力，提升机械强度，在一定程度上控制钢化玻璃的自爆。

1　物理钢化玻璃应力的产生原理1.1　物理钢化玻璃应力产生原理玻璃的物理钢化过程就是把玻璃加热到低于软化点温度（其黏度值高于108dPa·s）后进行均匀的快速冷却。

Architectural & Functional Glass №12 2019- 32 -0　引　言钢化玻璃的颗粒是衡量钢化玻璃强度的重要指标之一，玻璃钢化后颗粒越多越小，则说明钢化玻璃强度越高。

通常情况下，钢化玻璃的颗粒随着钢化应力的增加而增多。

钢化玻璃是指普通优质浮法玻璃经过切割、磨边进入钢化炉膛内后均匀加热到软化点温度（630℃左右），随后进入冷却装置进行迅速、均匀的冷却，使玻璃表层形成压应力、内部形成张应力，这样的玻璃叫钢化玻璃。

由于玻璃表层存在压应力，当外力作用于玻璃表面时，需抵消玻璃表层的压应力才能将玻璃破坏，这就大大提高了钢化玻璃的机械强度。

钢化玻璃沿厚度方向的应力分布呈抛物状，如图1所示。

图1　钢化玻璃沿厚度方向的应力分布图1中，玻璃表层的压应力层（浅色区域，约为玻璃厚度的1/6）与玻璃中间的张应力层（深色区域）面积相等，沿玻璃厚度方向，有一层压应力与张应力大小相等、方向相反的面，该层的应力值为“0”，我们把它叫做中性层。

正常情况下，玻璃厚度中芯是张应力最大的位置。

钢化玻璃的颗粒与表层压应力大小没有直接关系，玻璃的颗粒多少取决于沿厚度方向中芯层张应力的大小，中芯层张应力越大，钢化后颗粒越多。

玻璃属脆性材料，抗压不抗张。

但内部张应力我们无法直接测量，通常情况下是测量表层压应力（最大压应力）来控制玻璃的颗粒度。

如果内部最大张应力不在玻璃厚度的中芯位置，钢化后颗粒是否有变化？本文将通过实验的方式来得到一些结论。

1　实验方法本文采用了5mm ×610mm ×610mm 的玻璃进行钢化实验。

实验共分为4组，每组2片玻璃。

观察在表层压应力基本相同、弯曲度不同的情况下，钢化后碎片颗粒的多少（玻璃碎片检测方法参照GB15763.2-2005建筑用安全玻璃）。

实验数据如表1所示。

表1　钢化实验数据玻璃序号钢化风压（Pa ）表面应力（MPa ）玻璃弯曲度碎片颗粒（粒）附图①350099.17（67度）089A ②350099.17（67度）0102B ③350099.17（67度）-5.7%14（不合格）C ④350099.17（67度）-5.7%22（不合格）D ⑤3500101.68（67.5度）+1.6%73E ⑥3500101.68（67.5度）+1.6%89F ⑦350099.17（67度）+4.9%59G ⑧3500104.19（68度）+4.9%68H注：玻璃弯曲度为正数时是指玻璃向上弯曲，玻璃弯曲度为负数时是指玻璃向下弯曲。

钢化玻璃应力分布钢化玻璃是一种通过在玻璃表面形成压力层来增强玻璃强度的工艺。

在钢化过程中，玻璃在高温下迅速冷却，使得表面形成压应力，而内部则形成拉应力。

这种应力分布使得钢化玻璃具有较高的抗弯强度和抗冲击能力，从而增强了玻璃的安全性和可靠性。

钢化玻璃的应力分布是保证其强度和稳定性的关键因素。

在钢化过程中，玻璃首先被加热至高温，然后迅速冷却。

加热过程中，玻璃因热胀冷缩而形成表面的压应力。

在冷却过程中，表面冷却速度较快，导致表面形成压应力。

而内部由于受到玻璃的阻挡而形成拉应力。

这种应力分布使得钢化玻璃具有较高的抗弯强度和抗冲击能力。

钢化玻璃的应力分布是非均匀的，主要集中在玻璃的表面和边缘部分。

表面应力最大，可以达到玻璃的屈服强度。

这是因为玻璃表面在加热和冷却过程中经历了最大的温度变化和冷却速度差异。

而玻璃的中心部分由于受到表面和边缘的约束，应力较小。

因此，钢化玻璃的中心部分相对较脆弱，易于发生破裂。

钢化玻璃的应力分布还与钢化过程中的参数设置有关。

比如加热温度和时间、冷却速度等都会影响应力的分布情况。

在实际生产中，要根据具体的应用场景和需求来确定合适的钢化参数，以达到最佳的应力分布效果。

钢化玻璃的应力分布对其力学性能有重要影响。

表面的压应力能够抵抗外力的作用，提高了钢化玻璃的抗弯强度和抗冲击能力。

而内部的拉应力可以增加玻璃的断裂韧性，使得玻璃在断裂时不会产生大片的碎片，降低了安全风险。

然而，钢化玻璃的应力分布也存在一些问题。

首先，由于应力集中在边缘和表面，导致了玻璃中心部分的脆弱性。

这就要求在使用钢化玻璃时要注意避免对中心部分产生过大的力。

其次，钢化玻璃在加热和冷却过程中会出现一定的形变，可能导致玻璃表面出现畸变。

这对于一些对视觉要求较高的应用场合可能会造成影响。

综上所述，钢化玻璃的应力分布是保证其强度和可靠性的关键因素。

合理的应力分布可以增强钢化玻璃的抗弯强度和抗冲击能力，提高其安全性。

然而，应力分布不均匀也会导致钢化玻璃在一些情况下的脆弱性和视觉问题。

采用物理模拟的方法。

依据光弹性实验对飞机风挡玻璃所受到的应力进行了分析，同时给出了玻璃产生破碎的临界应力值，并在此基础上提出了风挡玻璃在安装和使用过程中可能会产生的隐形安全问题以及对应的解决方法，为避免和消除使用期飞机风挡玻璃安全性隐患、优化安装结构提供了新的思路和技术性建议。

实验方法及实验装置：本实验采用光弹性实验分析法，并利用高强金属制框架与飞机风挡玻璃材料相同批次材质的平板玻璃进行实验测量受力过程。

图1为玻璃框架设计图，三面均可以用螺丝对玻璃施力，可以很好地模拟飞机在运行过程中飞机风挡玻璃受到的挤压、撞击等情况。

图2为本项工作的物理模拟实验装置实物图，实验室利用与飞机一致的玻璃材料，按照光路图，自行设计组装而成。

图1 玻璃框架设计图图2 光弹性试验装置实物图实验原理：光弹性实验是一种采用偏振光测量样品受力各点应力状态的分析方法。

利用各向同性的透明材料在受力状态下会产生双折射的现象，可以制作与实际构件形状相似的模型，当模型受载时，模型中任一点沿两个主应力方向的折射率不同，产生双折射现象，当此种受力模型处于偏振光场中，会观察到由双折射引起的干涉条纹。

通过压力传感器可以知道对玻璃施加的外力大小，根据检偏器转过的角度可以确定光程差的大小。

根据光的波动理论，由光源发出的光经过起偏镜P后成为平面偏振光，它通过玻璃样品后，产生双折射，使光沿着两个主应力方向分解为两束折射率不同的平面偏振光，其传播速度不同，产生光程差△，当检偏镜A的振动轴与起偏镜P振动轴正交时，光通过A镜后，就变成了与A镜振动轴平行的平面振动波，并产生光干涉现象。

然后根据应力光学定律：这就是平面光弹性实验的平面应力—光学定律。

由式（1）可见，当模型厚度一定时，任一点的光程差与该点的主应力差成正比。

实验步骤：在飞机起降过程中，特别是落地过程中，会有更大的反冲力作用与机体。

因此，在本实验中为了与真实情况保持一致，将施力方向指定为玻璃的底侧端面进行。

钢化玻璃应力分布
钢化玻璃是一种通过在玻璃表面施加热处理过程而产生的强化玻璃。

在这个过程中，玻璃会经历急剧的加热和冷却，以增加其强度和耐热性。

这个过程会导致玻璃表面和内部形成不同的应力分布。

应力分布的主要特点：
表面压缩层：
热处理会在玻璃表面形成一个高压的压缩层，这是由于急剧冷却导致玻璃表面收缩而形成的。

这个表面压缩层使得玻璃在受到外部冲击时更加耐冲击，提高了其强度。

内部张力层：
在表面压缩层下面，玻璃内部形成一个张力层。

这是由于表面急剧冷却后，内部的玻璃仍然在慢慢冷却，导致表面以下的部分受到拉伸应力。

这种内部的张力层有助于提高玻璃的整体强度和耐热性。

表面和内部应力的平衡：
钢化玻璃的强度主要得益于表面压缩层的存在，而内部张力层则在一定程度上平衡了整体的应力。

这种平衡使得玻璃在受到冲击时更加均匀地吸收能量，减小了破碎的可能性。

温差引起的应力：
钢化玻璃在急剧加热和冷却过程中会产生温差，这也会导致一些热应力。

为了减轻这种应力，通常会在玻璃边缘预先切割或加工，以降低温差引起的可能损伤。

总体，钢化玻璃通过表面压缩层和内部张力层的结合，实现了在强度和耐热性方面的优异性能。

这使得它成为许多建筑、汽车和家居产品中常用的材料。

然而，需要注意的是，虽然钢化玻璃更加耐冲击，但一旦破裂，会以小颗粒的形式破碎，因此有时也需要结合其他安全措施，如夹层玻璃，以减缓碎片的飞散。

关于钢化玻璃表面应力与碎片状态关系的探讨摘要：钢化玻璃就是经热处理工艺之后的玻璃，其特点是在玻璃表面形压应力层，机械强度和耐热冲击强度得到提高，并具有特殊的碎片状态。

钢化玻璃以其优良性能正越来越多地应用在建筑工程、交通工具、生活起居、生产科研等不同的领域，改变了城市建筑的风格，也为我们的生活和工作带来了许多的便利。

通过对钢化玻璃表面应力值与50mm×50mm内碎片数检验，得出表面应力值与50mm×50mm内碎片数存之间的关系。

关键词：玻璃、表面应力、碎片数钢化玻璃以其优良性能正越来越多地应用在建筑工程、交通工具、生活起居、生产科研等不同的领域，改变了城市建筑的风格，也为我们的生活和工作带来了许多的便利。

表面应力仪的测试原理是利用浮法玻璃表面锡扩散层的光波导效应来进行测量。

从光源（白炽灯）发出的发散光经过狭缝，由高折射率柱面棱镜汇聚后变成平行光，通过调节光源位置，使一束平行光以临界角人射至玻璃与棱镜的交界面，由于玻璃表面存在应力，光线分解成为两个振动面相互垂直的矢量光，这两束光在浮法玻璃的锡扩散层中传播速度是不同的，因此以不同的全反射角折射到棱镜。

从棱镜射出的光经反光镜反射进入干涉滤光片，由望远物镜系统聚焦，再经过分析镜后在分划板呈像而形成一个明暗台阶图像。

通过测微目镜可以精确测量台阶的高度。

表面应力测试用试剂：采用折射率为1.540 0的折射率油表面应力测试装置：表面应力仪主要由光源、高折射率棱镜、望远物镜系统、测微目镜构成，仪器的构造如图1所示：图1：表面应力仪的光学系统表面应力测试程序：1、将被测试样的锡扩散层朝上水平放置；2、在被测点滴上1-2滴折射率油；3、将仪器棱镜部位放置在被测点处；4、调整光源的位置、狭缝位置能及反光镜角度，使视场内出现明暗台阶图像；5、用测微目镜读出台阶的高度d，精确到0.01mm；6、压应力和拉应力由图2确定。

图2：表面应力仪的视场中不同应力状态示意图碎片状态试验设备：可保留碎片图案的任何装置。

钢化应力对钢化玻璃自爆的影响摘要：钢化玻璃作为安全玻璃在建筑门窗、幕墙上的应用越来越普及。

钢化玻璃之所以具有普通退火玻璃4～5倍的强度，在于钢化玻璃经过特殊热处理后具有内张外压应力。

但钢化玻璃的钢化应力大小又与玻璃的自爆有着密切的关系，本文就此进行探讨。

关键词：钢化玻璃；钢化应力；自爆；钢化程度前言钢化玻璃作为安全玻璃在建筑门窗、幕墙上的应用越来越普及，但钢化玻璃在使用过程中的自爆现象时有发生。

钢化玻璃的自爆轻则引起使用不便，重则危及人身安全。

建筑用钢化玻璃主要是采用物理法生产工艺加工。

物理法加工的特点是先硬化的玻璃外层产生压应力，后硬化的玻璃内层产生张应力。

由于玻璃表面的这种压应力的存在，在外力作用于玻璃表面时，首先要抵消已存在的压应力，从而大大提高了玻璃的机械强度。

由于钢化玻璃这种内张外压应力的存在，使得钢化玻璃的强度可以达到普通平板玻璃强度的4～5倍，同时钢化玻璃破碎后立即分裂成没有尖角产生的小碎片，大大减小了对人身伤害的程度。

因此，钢化玻璃作为安全玻璃广泛应用于建筑门窗和幕墙上。

1 钢化玻璃的自爆普通平板玻璃经物理法钢化热处理后，玻璃表面层的压应力和板芯层的张应力共同构成一个应力平衡体。

玻璃是一种脆性材料，耐压但不耐拉，因此玻璃的破碎主要是因板芯层张应力所引发。

钢化玻璃的自爆指玻璃在无直接外力作用下发生自动炸裂的现象。

钢化玻璃的自爆主要有两种情况，一是玻璃钢化加工过程中的自动爆裂，二是玻璃在运输、贮存及使用过程中的自动爆裂。

前一种情况主要因玻璃生产过程中存在的砂粒、气泡等夹杂物及人为造成的刮伤、爆边及缺口等工艺缺陷引起的；第二种情况主要因玻璃中残留的硫化镍（NiS）相变产生的体积膨胀所引起。

一般我们常提到的钢化玻璃自爆主要指第二种情况，也是本文探讨的问题。

NiS的存在主要是由于平板玻璃的生产过程所致。

NiS是一种晶体，存在高温相（α-NiS）和低温相（β-NiS）二种晶相，相变温度为379℃。

科普：为什么钢化玻璃⾮常坚固、但当它破碎时会形成数以千计的细⼩碎⽚如果你想通过⼀个科学实验看看被抑制的压⼒是多么危险，那么“路柏王⼦的眼泪”是个很好的选择。

将熔融状的玻璃滴⼊冷⽔，就能形成这种以17世纪业余科学家的名字命名的玻璃珠，在它的内部存在着极⾼的压⼒。

这种玻璃珠能够抵御极⾼的外部冲击，但是如果你发现了它们的软肋—折断它的尾巴，玻璃珠就会爆炸。

当熔融状的玻璃遇到⽔后，其外表⾯在凝固的过程中会迅速缩⼩，⽽其内部依然处于熔融状态的玻璃会继续流动以适应外壳的尺⼨。

内部的玻璃在冷却凝固的过程中也会收缩，不过由于外壳已经变成了固体，所以外壳不能再改变形状适应缩⼩的内核。

最终的结果就是形成了巨⼤的应⼒—玻璃的核从各个⽅向向内拉着外壳。

像被紧紧拉伸的弹簧⼀样，玻璃珠的内部存在着巨⼤的能量，如果你弄碎了玻璃珠细细的尾部，连锁反应就像冲击波⼀样在整个玻璃珠上蔓延。

每个区域破裂后，释放的能量便会导致临近的区域继续碎裂，最终的结果就是整个玻璃珠在不到1 毫秒的时间内炸开。

有趣的是，同样的应⼒还让“路柏王⼦的眼泪”⼗分坚固。

细微损伤的破裂和扩散是普通玻璃破碎的主要原因，但如果玻璃表⾯被内部的应⼒“拉住”，损伤就⽆法扩散，玻璃也就难以破碎。

我⽤锤⼦在这些玻璃珠的⼤头上敲了⼏下，它们依然完好⽆损，甚⾄尾部也⽐看上去坚固。

通常⽤在汽车或玻璃门上的钢化玻璃的原理是⼀样的：通过使⽤冷空⽓吹风让热玻璃板的外表⾯迅速冷却(但不像我们的玻璃珠这样迅速)，形成⼤⼩适当的应⼒，在同⼀时间“拉住”玻璃外表⾯。

这就是为什么钢化玻璃⾮常坚固、但当它破碎时会形成数以千计的细⼩碎⽚的原因。

实际上钢化玻璃这种破碎⽅式⾮常安全，因为不会形成能够伤⼈的⼤块玻璃碎⽚。

双层钢化玻璃的应力层双层钢化玻璃是一种特殊的玻璃制品，它具有较高的强度和安全性能。

在这篇文章中，我们将重点探讨双层钢化玻璃的应力层及其相关内容。

让我们了解一下什么是钢化玻璃。

钢化玻璃是一种通过热处理工艺增强强度的玻璃制品。

在制造过程中，将玻璃加热至软化温度，然后迅速冷却，使表面形成压应力，内部形成张应力。

这种特殊的应力分布使得钢化玻璃具有比普通玻璃更高的抗弯强度和抗冲击性能。

而双层钢化玻璃则是在两片钢化玻璃之间加入一层特殊的胶层，形成一种复合结构。

这种结构不仅增加了玻璃的强度，还提高了其安全性能。

应力层是指胶层与玻璃之间的应力分布情况。

双层钢化玻璃的应力层主要有以下几个特点。

首先，胶层的存在使得钢化玻璃的整体强度得到了增强。

胶层能够吸收外部冲击力量，分散到整个玻璃表面，减少了玻璃的破碎风险。

其次，应力层还能够增加双层钢化玻璃的抗风压性能。

在强风的作用下，胶层能够起到减缓玻璃变形的作用，保证了玻璃的安全性。

此外，应力层还能够增加双层钢化玻璃的抗爆炸性能。

当双层钢化玻璃受到爆炸冲击时，胶层能够有效吸收和分散能量，减少玻璃的破碎程度，减少人员伤害。

除了以上几个特点，应力层还有一些其他值得关注的方面。

首先，应力层的厚度和材质对双层钢化玻璃的性能有着重要影响。

较厚的胶层可以提供更好的抗冲击和抗风压性能，但会降低透光性能。

而不同的胶层材料也会对双层钢化玻璃的性能产生影响。

其次，应力层的应力分布情况也是双层钢化玻璃性能的关键因素之一。

合理的应力分布可以使玻璃在受力时更加均匀，提高整体强度。

最后，应力层的质量控制也是双层钢化玻璃制造中的重要环节。

胶层的质量不仅影响到双层钢化玻璃的性能，还可能导致玻璃的开裂或脱落。

双层钢化玻璃的应力层是其强度和安全性能的重要组成部分。

通过合理设计和控制应力层的厚度、材质和应力分布，可以提高双层钢化玻璃的整体性能。

双层钢化玻璃的广泛应用，不仅在建筑领域中用于窗户、幕墙等的制造，还在汽车、家电等领域得到了广泛应用。

一、引言钢化玻璃是一种高强度、高透明度、高安全性的玻璃制品，广泛应用于建筑、汽车、家具等领域。

钢化玻璃的制作过程中，通过快速加热和急速冷却的方式，使玻璃表面形成压应力，内部形成张应力，从而提高了玻璃的强度和耐冲击性。

本文将介绍钢化玻璃的应力曲线及其相关知识。

二、钢化玻璃的应力曲线钢化玻璃的应力曲线是指在玻璃制作过程中，加热和冷却过程中玻璃的应力变化曲线。

一般来说，钢化玻璃的应力曲线可以分为四个阶段。

1. 加热阶段在加热阶段，玻璃表面温度迅速升高，而内部温度升高较慢。

由于表面温度升高迅速，表面层的玻璃开始膨胀，而内部玻璃还没有膨胀，于是形成了表面层的压应力和内部的张应力。

2. 等温阶段在等温阶段，玻璃表面和内部温度开始趋于一致，玻璃的应力开始稳定。

此时，表面层的压应力和内部的张应力达到了最大值。

3. 冷却阶段在冷却阶段，玻璃表面开始迅速冷却，而内部温度升高较慢。

由于表面层的玻璃开始迅速收缩，而内部玻璃还没有收缩，于是形成了表面层的张应力和内部的压应力。

4. 降温阶段在降温阶段，玻璃表面和内部温度逐渐趋于一致，玻璃的应力开始趋于平稳。

此时，表面层的张应力和内部的压应力达到了最大值。

三、钢化玻璃的应力变化对玻璃性能的影响钢化玻璃的应力变化对玻璃的性能有很大的影响。

一般来说，钢化玻璃的应力越大，其强度和耐冲击性就越高。

但是，如果应力过大，就会导致玻璃出现爆裂和自爆等问题。

此外，钢化玻璃的应力变化还会影响其光学性能。

由于钢化玻璃的表面层存在压应力，所以其表面比内部更加平整，从而提高了光学透明度和折射率。

四、结论钢化玻璃的应力曲线是钢化玻璃制作过程中的重要参数。

通过了解钢化玻璃的应力曲线，可以更好地了解钢化玻璃的性能和应用。

同时，在钢化玻璃的使用过程中，也需要注意其应力变化对玻璃性能的影响，从而更好地保障使用安全。