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钢化工艺

文章出处:本站    人气:5    发表时间:2018-08-10 09:33:07

1 化学钢化法

通过化学方法改变玻璃表面组分,增加表面层压应力,以增加玻璃的机械强度和热稳定性的钢化方法称为化学钢化法。由于它是通过离子交换使玻璃增强,所以又称为离子交换增强法。根据交换离子的类型和离子交换的温度又可分为低于转变点度的离子交换法(简称低温法)和高于转变点温度的离子交换法(简称高温法)。化学增强法的原理是:根据离子扩散的机理来改变玻璃的表面组成,在一定的温度下把玻璃浸入到高温熔盐中,玻璃中的碱金属离子与熔盐中的碱金属离子因扩散而发生相互交换,产生“挤塞”现象,使玻璃表面产生压缩应力,从而提高玻璃的强度“ 。

根据玻璃的网络结构学说,玻璃态的物质由无序的三维空间网络所构成,此网络是由含氧的离子多面体构成的,其中心被s Al 或P 离子所占据。这些离子同氧离子一起构成网络,网络中填充碱金属离子(;nNa ,K )和碱土金属离子。其中碱金属离子较活泼,很易从玻璃内部析出,化学钢化法就是基于离子自然扩散和相互扩散,以改变玻璃表面层的成分,从而形成表面压应力层的。但离子交换法所产生的表面压应力层比较薄,对表面微缺陷十分敏感,很小的表面划伤,就足以使玻璃强度降低。

优缺点:化学增强玻璃强度与物理增强玻璃接近,热稳定性好,处理温度低,产品不易变形,且其产品不受厚度和几何形状的限制,使用设备简单,产

品容易实现。但与物理钢化玻璃相比,化学钢化玻璃生产周期长(交换时间长达数十小时),效率低而生产成本高(熔盐不能循环利用,且纯度要求高),碎片与普通玻璃相仿,安全性差,且其性能不稳定(化学稳定性不好),机械强度和抗冲击强度等物理性能易于消退(也称松驰),强度随时问衰减很快。

适用范围:化学钢化玻璃广泛应用于不同厚度的平板玻璃,薄壁玻璃和瓶罐异形玻璃产品,还可用于防火玻璃。

2 物理钢化法

物理钢化的原理就是把玻璃加热到适宜温度后迅速冷却,使玻璃表面急剧收缩,产生压应力,而玻璃中层冷却较慢,还来不及收缩,故形成张应力,使玻璃获得较高的强度。一般来说冷却强度越高,则玻璃强度越大。物理钢化方法很多,按冷却介质来分,可分为:气体介质钢化法、液体介质钢化法、微粒钢化法、雾钢化法等 。

2.1 气体介质钢化法

气体介质钢化法,即风冷钢化法。包括水平气垫钢化、水平辊道钢化、垂直钢化等方法。所谓风冷钢化法就是将玻璃加热至接近玻璃的软化温度(650~700。C),然后对其两侧同时吹以空气使其迅速冷却,以增加玻璃的机械强度和热稳定性的生产方法。加热玻璃的淬冷是用物理钢化法生产钢化玻璃的一个重要环节,对玻璃淬冷的基本要求是快速且均匀地冷却,从而获得均匀分布的应力,为得到均匀的冷却玻璃,就必须要求冷却装置有效疏散热风、便于清除偶然产生的碎玻璃并应尽量降低其噪音 。

优缺点:

风冷钢化的优点是成本较低,产量较大,具有较高的机械强度、耐热冲击性(超大安全工作温度可达287.78。c)和较高的耐热梯度(能经受

204.44。C),而且风冷钢化玻璃除能增强机械强度外,在破碎时能形成小碎片,可减轻对人体的伤害。但是对玻璃的厚度和形状有一定的要求(国产设备所钢化的玻璃超小厚度一般在3 mm左右),而且冷却速度较慢,能耗高,对于薄玻璃,钢化过程中还存在玻璃变形的问题,无法在光学质量要求较高的领域内应用。

适用范围:目前空气钢化技术应用广泛,空气钢化的玻璃多用在汽车、舰船、建筑物上。

2.2 液体介质钢化法液体介质钢化法,即液冷法。所谓液冷法就是将玻璃加热到接近软化点后,放人盛满液体的急冷槽内进行钢化。此时作为冷却介质可以采用盐水,如硝酸钾、亚硝酸钾、硝酸钠、亚硝酸钠等的混合盐水。此外,还可以采用矿物油作为冷却介质,当然也可以向矿物油中加入甲苯或四氯化碳等添加剂。一些特制的淬冷油及硅酮油等也可以使用。在进行液体钢化时,由于玻璃板的边部先进入急冷槽,因此会出现应力不均引起的炸裂。为了解决这一问题,可先用风冷或喷液等进行预冷,然后再放入有机液中急冷。也可以在急冷槽中放入水和有机溶液,有机溶液浮于水上面,当把加热后的玻璃放入槽中时,有机溶液起到预冷作用,吸收一部分热量,然后进入水中快速冷却除了采用浸入冷却液体,也可以采用液体喷雾法,但一般多用浸入法。英国的Triplex公司,超早

在上世纪80年代就用液体介质法钢化出了厚度为

0.75~1.5 mm的玻璃,结束了物理钢化不能钢化薄玻璃的历史。液体钢化法的难点是建立起合理的液冷法工艺制度,在液冷钢化时应注意的两个问题:一是

产生的过高的压应力层,二是避免玻璃炸裂。

优缺点:

采用液体介质钢化法,由于水的比热较大,气化热高,因此用量大为减少,从而能耗降低,成本减少,而且冷却速度快,安全性能高,变

形较小。由于在冷却时是玻璃受热后插入液体介质中,因此对于面积较大的玻璃板来说容易受热不均而影响质量和成品率。

适用范围:主要适用于钢化各种面积不大的薄玻璃,如眼镜玻璃。液晶显示屏玻璃,光学仪器仪表用玻璃等。

2.3 微粒钢化法

此法是把玻璃加热到接近软化温度后,于流化床中经固体微粒一般为粒度小于200 m的氧化铝微粒淬冷而使玻璃获得增强的一种工艺方法。从理论上看用固体作为冷却介质可以制造出更薄、更轻、强度更高的钢化玻璃,故上个世纪70年代中期至80年代初期,英国、日本、比利时、德国等陆续将此技术应用于生产 。

优缺点:

微粒钢化法可钢化超薄玻璃。强度高、质量好。是目前制造高性能钢化玻璃的一项先进技术。微粒钢化新工艺与传统的风钢化工艺相比。冷却介质的冷却能大,适于钢化超薄玻璃,节能效果显著(节能约40%)。但微粒钢化工艺的冷却介质成本较高。

适用范围:高强度,高精度的薄玻璃和超薄玻璃。

2.4 雾钢化法

以雾化水做为冷却介质,利用喷雾排气装备,可使玻璃在钢化过程中冷却更均匀,能耗更小,钢化后的性能更好。喷雾排气装备由若干相互并列连接且排布在底板上的栅格形桶状结构构成,每个桶状结构由底板、隔板、喷嘴和若干排气孑L构成。类似于气体法,但使用的冷却介质不是空气,而是雾化水.特征在于以雾化水为冷却介质,对玻璃进行钢化处理。水的比热较大,所有的液体中水

的气化热也是超高的。在玻璃的钢化过程中,水雾连续不断地喷到加热后的玻璃表面,呈微粒状的雾化水迅速吸热成为100℃的水,再气化,利用水的比热大及气化热高这一特点。将玻璃表面的大量热瞬间带走(吸收),使玻璃淬火钢化,在玻璃表面造成长久性的压缩应力,从而提高玻璃的抗张能力,使玻璃钢化。水雾(雾化水)可由压缩空气喷吹法、蒸汽喷吹法或液压喷雾法等喷向被加热的玻璃表

面,由于雾化水接触到赤热的玻璃后会迅速吸热并气化膨胀,若令其自由扩散.则会影响玻璃的均匀冷却,易使玻璃炸裂。为此。需设计有独特的喷雾排气设备,使得已气化和膨胀的水气可就地抽走。而不会沿着玻璃表面扩散” ” 。

雾钢化优缺点:冷却介质易得,成本低、不污染环境,还可钢化一般气体、液体及微粒钢化所不能钢化的薄玻璃。但冷却均匀性较难控制。适用范围:因其冷却制度较难控制,目前应用较少。

3 结束语

综上所述,化学钢化适用于对薄玻璃、要求精度高或形状复杂的玻璃进行钢化,其产品大都用于眼镜、航空玻璃、电子用基板玻璃等特殊用途。但是,化学钢化产品寿命较短,一般为3年以下,而物理钢化产品寿命超过30年;微粒钢化玻璃工艺可生产强度高、无应力斑纹的优质薄钢化玻璃,但会影响玻璃的表面质量;液体钢化玻璃工艺适用于小规格薄玻璃及超薄玻璃的钢化。

此外还有酸腐蚀对玻璃强度也会产生影响,酸腐蚀的原理是通过酸侵蚀除去玻璃表面裂纹层或使裂纹钝化,减小应力集中,以恢复玻璃固有的高强特性。也可将上述几种玻璃增强技术有机的结合起来,发挥各自的长处,充分提高玻璃的强度,就形成了所谓的综合增强技术。

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