1、中國礦業大學材料概論論文學院：力學與建筑工程學院班級：工程10-2班論文題目：玻璃鋼材料姓名：田景茂學號：02100776日期：2010年12月20號鋼化玻璃材料我們的生活充滿了玻璃，建筑、交通工具、家具、生活用品等等，都離不開玻璃的影子。玻璃有很多種類，比如鋼化玻璃，它神奇的化學功能與物理功能給我們的生活增添了不少氣息，鋼化玻璃正發揮著越來越重要的作用。鋼化玻璃具有抗沖擊強度高(比普通平板玻璃高45倍、抗彎強度大(比普通平板玻璃高5倍、熱穩定性好以及光潔、透明、可切割等特點。在遇超強沖擊破壞時，碎片呈分散細小顆粒狀，無尖銳棱角，故又稱安全玻璃。 那它是如何制造的呢？它是用物理的或化學的方法，

2、在玻璃表面會形成一個壓應力層，但是玻璃本身具有較高的抗壓強度，因此不會造成破壞。當玻璃在受到外力作用的時候，這個壓力層可將部分拉應力抵銷，避免玻璃的碎裂。鋼化玻璃是平板 圖1-1 玻璃的二次加工產品，鋼化玻璃的加工可分為物理鋼化法和化學鋼化法。 物理鋼化玻璃又稱為淬火鋼化玻璃。它將普通平板玻璃在加熱爐中加熱到接近玻璃的軟化溫度（600）時，通過自身的形變消除內部應力，然后將玻璃移出加熱爐，再用多頭噴嘴將高壓冷 空氣吹向玻璃的兩面，使其迅速且均勻地冷卻至室溫，即可制得鋼化玻璃。這種玻璃處于內部受拉，外部受壓的應力狀態，一旦局部發生破損，便會發生應力釋放，玻璃被破碎成無數小塊，這些小的碎片沒有尖銳

3、棱角，不易傷人。物理鋼化法之所以能使玻璃具有安全性能，是因為玻璃經過物理鋼化之后，即玻璃在加熱爐內加熱到軟化點附近，然后在冷卻設備中用空氣等冷卻介質迅速冷卻，在其表面形成壓力，內部形成張應力，提高了玻璃表面的抗拉伸性能。玻璃的強度提高了35倍。鋼化玻璃經過熱處理之后內部的內能急劇提高，表面壓應力由內部的張應力平衡，當沖擊能量超過內能時，玻璃在表面開始破裂并延伸至內部，在內能的作用下，玻璃被撕成小碎塊，碎片的大小和數量與內能的高低有關，破裂后的小碎塊對人的傷害很小。玻璃鋼化后在急熱或急冷情況下發生冷熱變形，表面的應力抵消了玻璃變形產生的拉抻應力，使得玻璃的耐熱性能得到提高，耐熱沖可達到28203

4、20所以，鋼化玻璃是一種安全增強玻璃，具有良好的安全性能和可靠性。化學鋼化玻璃是通過改變玻璃的表面的化學組成來提高玻璃的強度，一般是應用離子交換法進行鋼化。其方法是將含有堿金屬離子的硅酸鹽玻璃，浸入到熔融狀態的鋰（Li）鹽中，使玻璃表層的Na或K離子與Li離子發生交換，表面形成Li離子交換層，由于Li的膨脹系數小于Na、K離子，從而在冷卻過程中造成外層收縮較小而內層收縮較大，當冷卻到常溫后，玻璃便同樣處于內層受拉，外層受壓的狀態，其效果類似于物理鋼化玻璃。 鋼化玻璃的主要優點：第一是強度較之普通玻璃提高數倍，抗彎強度是普通玻璃的35倍，抗沖擊強度是普通玻璃510倍，提高強度的同時亦提高了安全性

5、。 第二是使用安全，其承載能力增大改善了易碎性質，即使鋼化玻璃破壞也呈無銳角的小碎片，對人體的傷害極大地降低了. 鋼化玻璃的耐急冷急熱性質較之普通玻璃有23倍的提高，一般可承受150LC以上的溫差變化，對防止熱炸裂有明顯的效果。鋼化玻璃的缺點： 第一，鋼化后的玻璃不能再進行切割，和加工，只能在鋼化前就對玻璃進行加工至需要的形狀，再進行鋼化處理。 第二，鋼化玻璃強度雖然比普通玻璃強，但是鋼化玻璃在溫差變化大時有自爆（自己破裂）的可能性，而普通玻璃不存在自爆的可能性。第三，鋼化玻璃還存在一個缺陷，那就是光學畸變，因為玻璃在鋼化的過程要經過720度左右，急冷的風壓3.2毫米是12800帕，4毫米急冷

6、風壓是7000-8000帕，玻璃已經處于軟化的時候，在短短的3秒鐘突然承受這樣的風壓，玻璃的表面會存在風斑，同時玻璃的表面會存在凹凸不平現象，嚴重的程度要根據設備的好壞來決定，所以鋼化后的玻璃不能做鏡面的原因。鋼化玻璃的特點：第一，鋼化玻璃具有抗沖擊強度高(比普通平板玻璃高45倍、抗彎強度大(比普通平板玻璃高5倍、熱穩定性好以及光潔、透明、等特點。在遇超強沖擊破壞時，碎片呈分散細小顆粒狀，無尖銳棱角，故屬于安全玻璃。第二，鋼化玻璃強度高，其抗壓強度可達125MPa以上，比普通玻璃大45倍；抗沖擊強度也很高，用鋼球法測定時，1kg的鋼球從1m高度落下，玻璃可保持完好。鋼化玻璃的彈性比普通玻璃大得

7、多，一塊l200mm×350mm×6mm的鋼化玻璃，受力后可發生達100mm的彎曲撓度，當外力撤除后，仍能恢復原狀，而普通玻璃彎曲變形只能有幾毫米。熱穩定性好，在受急冷急熱時，不易發生炸裂是鋼化玻璃的又一特點。這是因為鋼化玻璃的壓應力可抵銷一部分因急冷急熱產生的拉應力之故。鋼化玻璃耐熱沖擊，最大安全工作溫度為288，能承受204的溫差變化。由于鋼化玻璃具有較好的機械性能和熱穩定性，所以在建筑工程、交通工具及其他領域內得到廣泛的應用。平鋼化玻璃常用作建筑物的門窗、隔墻、幕墻及櫥窗、家具等，曲面玻璃常用于汽車、火車及飛機等方面。使用時應注意的是鋼化玻璃不能切割、磨削，邊角不能碰

8、擊擠壓，需按現成的尺寸規格選用或提出具體設計圖紙進加工定制。用于大面積的玻璃幕墻的玻璃在鋼化上要給予控制，選擇半鋼化玻璃，即其應力不能過大，以避免受風荷載引起震動而自爆。根據所用的玻璃原片不同，可制成普通鋼化玻璃、吸熱鋼化玻璃、彩色鋼化玻璃、鋼化中空玻璃等。鋼化玻璃的自爆：鋼化玻璃在無直接機械外力作用下發生的自動性炸裂叫做鋼化玻璃的自爆。自爆是鋼化玻璃固有的特性之一。 產生自爆的原因很多，簡單地歸納以下幾種： 玻璃質量缺陷的影響 A玻璃中有結石，雜質：玻璃中有雜質是鋼化玻璃的薄弱點，也是應力集中處。特別是結石若處在鋼化玻璃的張應力區是導致炸裂的重要因素。 結石存在于玻璃中，與玻璃體有著不同的膨

9、脹系數。玻璃鋼化后結石周圍裂紋區域的應力集中成倍地增加。當結石膨脹系數小于玻璃，結石周圍的切向應力處于受拉狀態。伴隨結石而存在的裂紋擴展極易發生。 B玻璃中含有硫化鎳結晶物 硫化鎳夾雜物一般以結晶的小球體存在，直徑在0.12。外表呈金屬狀，這些雜夾物是NI3S2，NI7S6和NIXS，其中X=00.07。只有NI1XS相是造成鋼化玻璃自發炸碎的主要原因。 已知理論上的NIS在379。C時有一相變過程，從高溫狀態的aNIS六方晶系轉變為低溫狀態BNI三方晶系過程中，伴隨出現2.38%的體積膨脹。這一結構在室溫時保存下來。如果以后玻璃受熱就可能迅速出現aB態轉變。如果這些雜物在鋼化玻璃受張應力的內

10、部，則體積膨脹會引起自發炸裂。如果室溫時存在aNIS，經過數年、數月也會慢慢轉變到B態，在這一相變過程中體積緩慢增大未必造成內部破裂。 C玻璃表面因加工過程或操作不當造成有劃痕、炸口、深爆邊等缺陷，易造成應力集中或導致鋼化玻璃自爆。 鋼化玻璃中應力分布不均勻、偏移 玻璃在加熱或冷卻時沿玻璃厚度方向產生的溫度梯度不均勻、不對稱。使鋼化制品有自爆的趨向，有的在激冷時就產生“風爆”。如果張應力區偏移到制品的某一邊或者偏移到表面則鋼化玻璃形成自爆。 鋼化程度的影響，實驗證明，當鋼化程度提高到1級/時自爆數達2025%。由此可見應力越大鋼化程度越高，自爆量也越大。 不論是上述哪個影響因素都與玻璃的加熱和

11、冷卻條件密切相關。當玻璃均勻加熱到鋼化溫度后驟然冷卻時，由于內外層降溫速度的不同，表層急劇冷卻收縮，而內層降溫收縮遲緩。結果內層因被壓縮受壓應力，表層受張應力。隨著玻璃的繼續冷卻，表層已經硬化停止收縮，而內層仍在降溫收縮，直至到達室溫。這樣表層因受內層的壓縮形成壓應力，內層則形成張應力，并被永久的保留在鋼化玻璃中。由于玻璃是抗壓強而抗拉弱的脆性材料，當超過抗張強度時玻璃即行破碎，所以內應力的大小及其分布形式是影響玻璃強度及炸裂的主要原因。另一種情況是玻璃在可塑狀態下冷卻時，不論是加熱不均，還是冷卻不均，只要在同一塊玻璃上有溫差，就會有不同的收縮量。在降至室溫時，溫度越高的地方降溫越多，收縮量越

12、大，玻璃也就越短。相反溫度越低的地方降溫少，收縮量也小，玻璃也就長。一塊玻璃如各處長短不一則勢必發生板面翹曲。這樣我們就不難理解玻璃為什么會變形以及怎樣防止變形。鋼化玻璃的種類：1.鋼化玻璃按形狀分為平面鋼化玻璃和曲面鋼化玻璃。 平面鋼化玻璃厚度有3.4、5、6、8、10、12、15、19mm八種；曲面鋼化玻璃厚度也有3.4、5、6、8、10、12、15、19mm八種。但曲面(即彎鋼化鋼化玻璃對每種厚度都有個最大的弧度限制。2.鋼化玻璃按其外觀分為：平鋼化 ，彎鋼化 。3.鋼化玻璃從設備的分類來說，目前分水平鋼化、垂直鋼化、氣墊鋼化；從冷卻介質來分有風鋼化、微粒鋼化、水霧鋼化等；從鋼化程度分為

13、全鋼化、半鋼化和區域鋼化；從產品形狀來分有平鋼化和彎鋼化。鋼化玻璃與普通玻璃的區別:由于鋼化玻璃破碎后，碎片會破成均勻的小顆粒并且沒有普遍玻璃刀狀的尖角，從而被稱為安全玻璃而廣泛用于汽車、室內裝飾之中，以及高樓層對外開窗戶上。 圖1-3一般普通玻璃破碎后鋒利的刀狀尖角很容易割傷小孩或者撞擊者，造成對人身的傷害。玻璃破碎后是變成小顆粒還是刀狀這是鋼化玻璃與普通玻璃最主要區別方式。但在工程檢驗中，動不動采用這種破壞性的檢驗無疑是不現實的。 那么怎么能知道自己買的究竟是不是鋼化玻璃呢？這還得從鋼化玻璃制造原理來分析，鋼化玻璃是將普通退火玻璃先切割成要求尺寸，然后加熱到接近的軟化點，再進行快速均勻的冷卻而得到。鋼化處理后玻璃表面形成均勻壓應力，而內部則形成張應力，使玻璃的性能得以大幅度提高，抗拉度是后者的3倍以上，抗沖擊力是后者的5倍