钢化玻璃原理

化学钢化玻璃的原理及工艺流程

化学钢化玻璃主要以3mm厚度以下的玻璃为主，化学钢化玻璃是通过改变玻璃的表面的化学组成来提高玻璃的强度，一般是应用离子交换法进行钢化。其方法是将含有碱金属离子的硅酸盐玻璃，浸入到熔融状态的锂（Li＋）盐中，使玻璃表层的Na＋或K＋离子与Li＋离子发生交换，表面形成Li＋离子交换层，由于Li＋的膨胀系数小于Na＋、K＋离子，从而在冷却过程中造成外层收缩较小而内层收缩较大，当冷却到常温后，玻璃便同样处于内层受拉，外层受压的状态，其效果类似于物理钢化玻璃。

化学钢化玻璃的工艺流程为：

白片成品—QC检验—清洗处理—化学钢化---保温冷却—清洗干燥—包装。 由于钾钠离子交换速度较慢，要使玻璃具有大的应力值和符合使用要求的应力层厚度，交换时间需要1小时—8小时不等。

化学钢化玻璃的优点：

化学钢化玻璃未经转变湿度以上的高温过程，所以不会像物理钢化玻璃那样存在翘曲，表面平整度与原片玻璃一样，同时在强度和耐温度变化有一定提高，并可适当作切裁处理。

化学钢化玻璃强度高，其抗压强度可达125MPa以上，比普通玻璃大4～5倍；抗冲击强度也很高，用钢球法测定时，0.8kg的钢球从1.2m高度落下，玻璃可保持完好。化学钢化玻璃的弹性比普通玻璃大得多，一块1200mm×350mm×6mm的钢化玻璃，受力后可发生达100mm的弯曲挠度，当外力撤除后，仍能恢复原状，而普通玻璃弯曲变形只能有几毫米。热稳定性好，在受急冷急热时，不易发生炸裂是化学钢化玻璃的又一特点。这是因为化学钢化玻璃的压应力可抵销一部分因急冷急热产生的拉应力之故。化学钢化玻璃耐热冲击，最大安全工作温度为288℃，能承受204℃的温差变化。

化学钢化玻璃适宜于在以下建筑场合使用：有减轻自重要求，同时对冲击强度，弯曲强度和耐冷热冲击有一定要求的场合，如农用温室的窗及顶棚，活动房屋的门窗玻璃等。

钢化玻璃

1) 什么是钢化玻璃？

退火玻璃通过高温和淬冷，表层形成强大的压应力，使玻璃的机械强度数倍增加，即为钢化玻璃。钢化玻璃表面应力为：69～168 Mpa。

2) 什么是半钢化玻璃？

退火玻璃通过高温和淬冷，表层形成低于69 MPa的压应力，使玻璃的机械强度数倍增加，即为半钢化玻璃。半钢化玻璃表面应力为：24～69 Mpa。

3) 什么是热增强玻璃？

热增强玻璃就是半钢化玻璃，它是半钢化玻璃的专业术语。

4) 钢化玻璃具有哪些特点？

安全性：破裂后呈碎小钝角颗粒，对人体不会造成重大伤害。高强度：一般是普通玻璃强度的4倍及以上。挠度：比普通玻璃大3～4倍。热稳定性：钢化玻璃具有良好的热稳定性，能经受的温差约110°C。

5) 半钢化玻璃具有哪些特点？

强度：半钢化玻璃的强度是退火玻璃的2倍以上。安全性：破裂时碎片呈放射状，每一碎片都延伸到边缘，不易脱落，较安全，但不属于安全玻璃。挠度：半钢化玻璃的扰度比钢化玻璃小比退火玻璃大。热稳定性：热稳定性也明显地比退火玻璃好，能经受的温差约75°C。

6) 钢化产品采用哪种方式加工？

建筑业所用的平钢化玻璃是使用水平辊道钢化炉进行淬火热处理加工，属于物理钢化。玻璃还有化学钢化的加工方式，但建筑玻璃上不采用。

7) 什么是钢化玻璃的自爆？

钢化玻璃在无外力的作用下发生的破裂叫做自爆，这是钢化玻璃固有的特性。

8) 什么是钢化玻璃和半钢化玻璃的应力斑？

在某些特殊的自然光（或偏振光）条件下，观察钢化（或半钢化）玻璃的反射光，能够看见玻璃表面存在明暗相间的条纹，这种亮度不一致的条纹称为应力斑。

9) 钢化玻璃和半钢化玻璃的应力斑能完全消除吗？

目前国际上最先进的技术也不能完全消除应力斑，但可以减轻。应力斑是一种现象，除了钢化工艺的影响外，玻璃组件搭配合理性、玻璃幕墙的朝向、天气等多种因素都会影响应力斑现象感觉程度。合理选择这些因素，可以基本消除应力斑现象。

玻璃的化学强化以及应用

翻译和整理：苏州精创光学仪器有限公司

尚修鑫 刘文钰

著作人：小林启二 岸井贯 横田良助 川西宣男

（1） 前言

我们通常使用的玻璃比较脆弱，也很容易坏掉。它的抗折度数为几kg/mm2左右，直至破坏要延伸到10-3以下。例如铁的抗折强度大约为70kg/mm2,它能延伸几个百分点，所以比起数十个百分点来，它没有优势。玻璃之所以会破碎，也就是因为玻璃表面的裂缝周围张应力比较集中。假设一块玻璃没有裂缝等缺陷，也不存在外力的作用，这时候就要考虑构成分子结合力的理论强度了。比如石英玻璃的理论强度是1200kg/mm2左右。

对表面存在压应力的玻璃进行处理，要让外力引起的张力抵消掉原来的内应力的话，需要很高强度的玻璃。像这样的处理方法叫做“风冷强化法（即物理强化）和化学强化法”风冷强化法使用于平板玻璃行业，产量很高。

化学强化玻璃是将玻璃浸泡在溶解盐中，出现了比玻璃表面离子半径更小的离子，化学强化玻璃比物理强化玻璃的强度大三倍以上，适用于复杂形状或者很薄的玻璃，强化之后形状不会发生变化。并且强化之后的玻璃也可进行切割以及加工。缺点就是强化处理的时间比较长，但如果处理一批数量比较多的产品的话，这个缺点也就不明显了。这种化学强化玻璃特别适用于眼镜镜片，手表的表面玻璃等等。

（2） 离子交换的强化基础

2.1 由离子交换产生的压应力

Kistler(金属陶瓷材料研究所的理学博士)发现通过离子交换使大的离子和玻璃内更小的离子交换时会产生压应力。但是为了提高强度，表面的压应力层深度必须要达到30-50μm。其扩散程度的大小依赖于玻璃的内部构成。这时候，就开始着手对最适合于玻璃构成的强度进行研究。

2.2 离子交换及扩散

应力的大小是和离子半径的差到预想的弹性论很接近。如果看成是两种离子相交换，相互扩散系数看成D´

D´=（DADB/NADA+NBDB）*（зlnaA/зlnNa）

钢化玻璃的特点

钢化玻璃又称强化玻璃，是一种特种玻璃，家庭装修中主要用于家具台面、隔断、屏风及工艺玻璃门。钢化玻璃有

以下优点：1．安全性好，破碎时先出现网状裂纹，破碎后成为细小的钝角颗粒，棱角圆滑，对人体不会造成重大伤害，较普通玻璃安全。．耐冲击强度高，与同等厚度的

普通平板玻璃相比高4倍以上．抗弯曲度大，比普通玻璃大3～4倍。．热稳定性好，能经受的温差约为110℃，

钢化玻璃的缺点是：平整度略 逊于其他玻璃。钢化玻璃耐热可达到280℃-320℃，

因此钢化玻璃视镜被广泛应用于化工领域，应用于反应搅拌釜视镜，真空炉观察窗视镜，锅炉设备视镜，制糖冷凝

器视窗视镜，蒸汽燃气锅炉视镜，蒸汽发生器视镜，水处理罐视镜， 电站锅炉视镜， 工业锅炉视镜， 家用锅炉

视镜， 余热锅炉视镜，热风炉视镜，垃圾焚烧炉视镜，燃油(气)锅炉视镜，燃煤锅炉视镜，水煤浆锅炉视镜，热水锅炉视镜等等观察窗上。