鋼化玻璃(tempered glass)又稱淬火玻璃,是一種預應力玻璃,是通過採用化學或物理方法在玻璃表面形成壓應力來提高玻璃強度。圖4.1所示物理鋼化玻璃承載外力時, 首先抵消表層應力,因此強度較普通玻璃大大提高,並且一旦玻璃破碎,碎片為鈍角小顆粒,是一種安全玻璃。
鋼化玻璃的特性
安全性:鋼化玻璃破碎後呈小鈍角顆粒,對人體不會造成重大傷害。
高強度:鋼化玻璃一般是普通玻璃強度的4-5倍。鋼化玻璃表面應力大於等於90MPa,撓度比普通玻璃大3-4倍。
熱穩定性:鋼化玻璃具有良好的熱穩定性。鋼化玻璃能經受的溫差是退火玻璃的2.5-3倍,可經受的溫度突變範圍達250-320℃。
不可再加工:玻璃鋼化以後不可以再加工。玻璃鋼化後再加工將破壞玻璃內部應力平衡,玻璃將破碎;即使玻璃加工過後沒有破碎,其強度大大降低。
自爆:由於有NiS的汙染,玻璃在鋼化後到安裝後的很長段時間裡都可能自爆。
應力斑:鋼化玻璃在特定角度可以看到「應力斑」,是由於玻璃悴火的不均勻產生的。
物理鋼化原理
當玻璃被輸送到加熱爐,隨著溫度的升高玻璃結構發生變化,黏度下降,網絡內部連接鍵伸長,由圖4.2的D狀態轉變成C狀態。當加熱溫度接近軟化點附近,玻璃由固化態轉變成液化態時,玻璃的黏度急劇下降,很多鍵斷開,如圖4.2的B狀態或A狀態。此時若玻璃不變形被緩慢冷卻下來,斷了的鍵可以重新接起來,網絡重新有序排列。玻璃接近室溫時,伸長的鍵恢復到原來的長度。上述過程可以消除玻璃的內應力,無法提高強度。
鋼化玻璃應力形成過程
將玻璃加熱到620-675℃(約在相變溫度100℃以上),然後用冷卻介質(主要是冷空氣)進行均勻的快速冷卻,快速將玻璃表面熱量帶走, 玻璃表面因快速冷卻而硬化。而內部冷卻較慢,當內部繼續收縮時使玻璃表面產生了壓應力,而內部為張應力(圖4.3)。玻璃內部的殘餘應力沿厚度方向的分布為對稱的拋物線,在玻璃的兩側表面壓應力最大。
鋼化玻璃的品種
根據玻璃表面層應力分布的狀況或悴冷後玻璃增強的程度可分為:鋼化玻璃、半鋼化(熱增強)玻璃和區域鋼化玻璃。按製造鋼化玻璃所用的材料分類有:透明鋼化玻璃、壓花鋼化玻璃、本體著色鋼化玻璃、 釉面鋼化玻璃和鍍膜鋼化玻璃等。