1、1,第二章 玻璃的热弯与钢化,2,本章主要研究内容,1、了解玻璃的热弯、平钢化、弯钢化及化学钢化的工艺过程和工艺设备，掌握各自的定义。 2、掌握物理钢化的基本原理及影响加热工艺的因素。 3、掌握化学钢化的基本原理，掌握高温型离子交换法和低温型离子交换法，掌握加速离子交换的两种方法。,玻璃的退火,玻璃的退火，就是把具有永久应力的玻璃制品重新加热到玻璃内部质点可以移动的温度，利用质点的位移使应力分散(称为应力松弛)来消除或减弱永久应力。 玻璃的最高退火温度是指在此温度下15min内能消除全部应力或经过3min能消除95%应力，一般相当于退火点(=1012Pas)的温度，也叫退火上限温度； 最低退火
2、温度是指在此温度下16h内消除全部应力或经3min只能消除5%应力，也叫退火下限温度。（ =1013Pas) 。,大部分器皿玻璃最高退火温度为55020 ； 平板玻璃：550570； 瓶罐玻璃：550600； 高硼硅玻璃退火温度：560； 低碱高硼硅玻璃退火温度：540； 铅玻璃：460490； 硼硅酸盐玻璃：600610。,实际上，一般采用的退火温度都比最高退火温度低2030，最低退火温度低于最高退火温度50150。,5,TgTf,Tg又称脆性温度，它是玻璃出现脆性的最高温度，由于在这个温度下可以消除玻璃制品因不均匀冷却而产生的内应力，所以也称为退火温度上限。 (=10121013Pas)
3、Tf又称软化温度，它是玻璃开始出现液体状态典型性质的温度。无论玻璃组成如何，在Tf时相应的玻璃粘度约为109Pas。Tf也是玻璃可拉成丝的最低温度。,6,2.1 热弯,一、概述 1、定义：把切割好尺寸大小的玻璃，放置在根据弯曲弧度设计的模具上，放入加热炉中，加热到软化温度，使玻璃软化，然后退火，即可制成热弯玻璃。 2、热弯玻璃的生产：半连续生产或者是间歇生产，分别采用隧道式窑炉；间歇式窑炉。,间歇生产和半连续生产的比较：,间歇式窑炉： （1）明焰式热弯炉：按火焰流动方向，分为升焰和倒焰两种，一般烧煤。 （2）隔焰式热弯炉：电热丝作为发热元件，个别也有用硅碳棒的，故常称为电炉。 间歇式热弯炉 缺
4、点：生产能力低、燃料消耗多、占地面积大、劳动条件差、操作不易机械化等。 优点：能灵活调节退火制度，投资小，是一些小规模企业的理想选择。,明焰式间歇热弯炉,制品不运动，根据工艺要求，窑内温度随时间而变。加热方法有明焰式、隔焰式两种。其能源有燃油、燃气和煤等，还可用电加热。制品可直接放在窑底上、小车上，或放在金属篮筐内。对于光学玻璃的粗退火和精密退火，通常采用隔焰式。,隧道式退火窑，窑内各处温度恒定不变，通过制品间歇移动来实现玻璃退火过程。,半连续式热弯炉隧道式热弯炉,半连续式热弯炉隧道式热弯炉的优缺点：,优点：1）可以连续生产；2）窑内温度可自动控制；3）燃料消耗少，并可使用劣质煤；4）生产管理
5、简单，制品在窑内34h就可出窑；5）构造简单，造价便宜，砌筑方便。 缺点：1）温度变化是不连续的、跳跃式的；2）截面上温度分布不均匀；3）热散失大；4）劳动强度大，窖内运行设备易损坏，须经常检修。,2.2玻璃的物理钢化,一、钢化玻璃的发展综述 ：国外、国内 二、钢化玻璃的性能 1、抗弯强度 ：比一般玻璃大45倍,二、钢化玻璃的性能,1、抗弯强度 ：厚度 56 mm的钢化玻璃，抗弯强度达 1.67102MPa。 2、抗冲击强度 ：比普通透明玻璃高了310倍，如6mm厚的钢化玻璃的抗冲击强度为 8.13kgm，而普通平板玻璃的抗冲击强度为 2.35 kgm。 5mm厚钢化玻璃用227g钢球冲击，钢
6、球自由下落高度23m玻璃不破碎，而同样厚度的普通玻璃在0.4m就破碎了。 3、淬火玻璃的热稳定性 4、其他性能,二、钢化玻璃的性能,3、淬火玻璃的热稳定性：可经受温度突变的范围达250320，而一般同厚度玻璃只能经受70100。 钢化玻璃耐急热的性能比耐急冷好：5mm厚钢化风挡玻璃置于0环境中，然后在正反面浇注熔融的铅（327）不破裂；将同样厚度的钢化玻璃放在300高温炉内，保温10分钟，快速取出放在冷水中，发现，耐急冷温差平均为195270，而同厚度的普通玻璃耐急冷的温差仅为7090.,钢化玻璃与一般平板玻璃性能比较表,二、钢化玻璃的性能,4、其他性能：安全性，破坏时首先在内层，由张应力作用
7、引起破坏的裂纹传播速度很大，同时外层的压应力有保持破碎的内层不易剥落的作用，因此钢化玻璃在破裂时，只产生没有尖锐角的小碎片。,钢化玻璃是否绝对安全？玻璃幕墙癌症,近年来钢化玻璃引发幕墙事故频发 ：,2003年8月，天津某商厦5楼一块2m2的钢化玻璃突然自爆，砸伤一位音乐教师的左手，致残而无法再演奏，赔偿6600元。,2006年7月，上海江宁路一座大厦36楼钢化玻璃爆炸，一对情侣被砸伤，还砸坏了一辆正在行驶的丰田汽车。,2007年5月，济南一酒店玻璃自爆，冰雹般的碎粒水平飞出六、七米。而仅仅几分钟前，国家少年乒乓球队队员正好通过，真是不幸中的大幸。,2005年，南宁某会展中心钢化玻璃先后自爆五十
8、余片，有些从会场中央二十多米上空凌空开花。而当时东盟博览会即将开幕，各国首脑云集。为达到保证绝对安全的要求，不得不以高昂的代价全部贴上特种防爆膜。其造价远超当初建议采用的夹层玻璃。,2006年新建成的一座博物馆观光电梯玻璃凌空爆炸，把下面咖啡厅的玻璃桌砸个粉碎，幸好事件发生在下午6点，闭馆时间已过，否则结果难料。现在不得不把玻璃全部改为铝板，观光电梯不再观光。,2007年北京某广场多片玻璃自爆，飞出六、七米后砸伤三人，还砸坏城铁车站的玻璃顶盖。,20062007年，山东某机场钢化玻璃已自爆29块。,2005年，刚建成的济南山东一公司办公楼自爆十余块玻璃，还砸坏了一把手的宝马爱车。,2004至今
9、，深圳有座办公楼钢化玻璃以每年40块的速度自爆，2007年上半年爆了二十多块，还伤了人，至今仍在自爆中。,玻璃自爆从天而降， 划伤4辆百万保时捷 （2008年09月23日 华商网-重庆时报）,21,9月23日晚，位于北园大街上的某酒店包间内，市民李女士和亲属一起吃饭时，餐桌的钢化玻璃转盘突然迸裂。有三人被玻璃划伤。,海珠区洪德路保利丰花园小区业主的投诉，入住不到一年玻璃自爆,24,钢化玻璃自爆原因？,1、内部存在结石或杂质，周围形成较大的预应力集中； 2、表面压力过大，钢化级数过高，内应力平衡处于临界状态； 3、表面有严重划伤或缺陷，造成表面压应力的不均匀，使应力状态失衡； 4、边部加工质量不
10、佳，切裁时有较严重横向嵌挤裂纹，磨边导棱不良，或磨轮砂粒过粗伤害了玻璃。,25,玻璃内部可能包含硫化镍杂质， NiS是一种晶体，存在两种晶相: 高温相-NiS和低温相-NiS，相变温度为379 。 玻璃在钢化炉内加热时，因加热温度远高于相变温度，NiS全部转变为相。然而在随后的淬冷过程中， -NiS来不及转变为-NiS，从而被冻结在钢化玻璃中。在室温环境下，-NiS是不稳定的，有逐渐转变为-NiS的趋势。这种转变伴随着约2-4%的体积膨胀，使玻璃承受巨大的相变张应力，从而导致自爆。,钢化玻璃内部硫化镍杂质相变引起体积膨胀,从自爆后玻璃碎片中提取的NiS 结石的扫描电镜照片，其表面起伏不平、非常
11、粗糙。,27,如何鉴别钢化玻璃的自爆？,首先看起爆点（钢化玻璃裂纹呈放射状，均有起始点）是否在玻璃中间，如在玻璃边缘，一般是因为玻璃未经过倒角磨边处理或玻璃边缘有损伤，造成应力集中，裂纹逐渐发展造成的； 如起爆点在玻璃中部，看起爆点是否有两小块多边形组成的类似两片蝴蝶翅膀似的图案（蝴蝶斑） 如果仔细观察两小块多边形公用边（蝴蝶的躯干部分）应有肉眼可见的黑色小颗粒（硫化镍结石），则可判断是自爆的；否则就应是外力破坏的。,玻璃碎片呈放射状分布，放射中心有二块形似蝴蝶翅膀的玻璃块，俗称 “蝴蝶斑”。NiS结石位于二块“蝴蝶斑”的界面上。,29,思考题:钢化玻璃能否进行切割？,采取必要的安全措施：,1
12、.钢化玻璃要进行二次热处理，通常称为引爆处理、均质处理或热浸处理(Heat Soak Test)： 升温、保温和降温过程。升温阶段为最后一块玻璃的表面温度从室温升至280的过程；保温阶段为所有玻璃的表面温度均达到29010，且至少保持2个小时的过程；降温阶段是从玻璃完成保温阶段后,温度降至75时的过程。整个二次热处理过程应避免炉膛温度超过320、玻璃表面温度超过300，否则玻璃的钢化应力会由于过热而松弛，从而影响其安全性。 2.幕墙下面设隔离带，不安排吸引行人和观众停留的设施。室内靠墙不设展位、餐饮、售货位置。室外停车位要离开墙根，墙根布置绿化或水池；出入口设雨棚；人流上空布置金属安全网； 3
13、.贴防爆膜； 4.降低钢化玻璃的表面应力 。,玻璃中的热应力,玻璃中由于温差而产生的内应力称为热应力 暂时应力（ temporary stress ）：玻璃在应变点温度以下加热或冷却时，由于其导热性较差，各部位将形成温度梯度，从而产生一定的热应力。这种热应力，随着温差的存在而存在，温差越大，暂时应力也越大，并随着温差的消失而消失。永久应力（permanent stress) ： 玻璃从应变点温度以上开始冷却时，由温差产生的热应力，到玻璃冷却至室温、内外层温度均衡后，并不能完全消失，玻璃中仍然残存着一定的应力，这种应力称为永久应力。永久应力的大小取决于制品在应变点温度以上时的冷却速度、玻璃的黏度
14、、热膨胀系数及制品的厚度等。,三、钢化玻璃的钢化原理,物理钢化的原理： 玻璃在加热炉内按一定升温速度加热到低于软化温度，然后将此玻璃迅速送入冷却装置，用低温高速气流进行淬冷，玻璃外层首先收缩硬化，由于玻璃导热系数小，这时内部仍处于高温状态，待到玻璃内部也开始硬化时，已硬化的外层将阻止内层的收缩，从而使先硬化的外层产生压应力，后硬化的内层产生张应力。由于玻璃表面层存在压应力，当外力作用于该表面时，首先必须抵消这部分压应力，这就大大提高玻璃的机械强度，经过这样物理处理的玻璃制品就是钢化玻璃。,36,钢化玻璃的钢化原理,三、钢化玻璃的钢化原理,1、物理钢化（或热钢化）是将高温的玻璃急速冷却到常温状态
15、，使在玻璃厚度方向产生残余应力，在表面形成压应力的方法。在生产实践中，物理钢化一般多用空气喷吹的风钢化。,玻璃表面与中心部分的温差；D玻璃板厚度（m）Q放热量（kJ/m2h）；k 导热系数；密度,ft0时玻璃板的均匀温度；C比热（kJ/kgK）；热膨胀系数；E弹性模量； 泊松比,2、冷强化中的加热、冷却,（1）加热：快速而均匀加热 快速加热：防止因加热时间拖长造成玻璃板软化变形 不均匀加热会在板面产生应力分布，存在不理想的张应力，这是强度降低的原因 板的弯曲和变形：往往是由于不均匀加热、过热、夹具用得不当以及板重与夹具数量不相称等原因造成的。,41,冷强化中的加热、冷却,（2）冷却 ：一般用设
16、在与板的两面垂直方向的许多喷嘴喷吹空气,空气密度（kg/m3）； 喷嘴出口的压头损失系数； v流速（m/s）；g重力加速度；H风量N喷嘴总数；S喷嘴断面面积（m2）,四、炉温的确定,1、玻璃板的温度与加热时间和加热温度的关系 钢化工艺成功与否，在很大程度上取决于恰当的加热过程。大面积的平板玻璃可以骤然放入白热的炉内而不会破碎，这是由于各表面立即受到压应力作用之故，另一个原因是厚度相当一致，所有表面的受热速度基本相同。 通常采用电炉加热：因为电炉能提供均匀的辐射热，而且控制方便，加热元件可以分成几个单独的区域，以便于自动调节而适应大小不同的玻璃板，并有助于补偿来自炉底的冷空气引起的降温。,43,
17、玻璃板温度与加热时间和加热温度的关系,B是恒定热容 ； TG玻璃温度； TF炉温； C常数,玻璃的加热速度与时间的关系曲线 （钢化平板玻璃）,2、玻璃板厚度对加热速度的影响,引起厚玻璃在炉内炸裂的原因：加热过早，玻璃表面的加热比内部要快，产生玻璃表面和中部的温差，玻璃越厚温差越大，同时产生的应力也越大。（采取措施降低炉温,延长加热时间） 薄玻璃需要更高的炉温，原因：玻璃更透明，炉内大部分辐射热透过玻璃而并没有加热玻璃；进入急冷区时，玻璃越薄，需要的玻璃温度就越高。,4mm 705715；410mm 705710 12mm 690695；15mm 680685 19mm 670675,3、钢化的
18、冷却阶段,空气是最理想的冷却介质，主要是因为： （1）冷却期间可保持玻璃表面清洁； （2）改变吹风压力，易于获得正确的玻璃冷却速度； （3）冷却均等地作用于玻璃板的各个部分； （4）从技术上看，风机是一种简单可靠的构造。 面积一定，钢化3mm玻璃板所需的冷却作用，是6mm玻璃板所需的两倍多；钢化12mm玻璃板所需的冷却作用不到6mm玻璃的一半。 为此，3mm玻璃的冷却速度是6mm玻璃的四倍多，而12mm玻璃的冷却速度不到6mm玻璃的四分之一。,钢化过程中不同厚度玻璃的加热和冷却,48,五、影响钢化的工艺因素,1、淬火温度及冷却速度 （1）玻璃开始急冷（淬火）时的温度称为淬火温度 （2）淬火产生
19、的永久应力值（淬火程度）和淬火温度之间的关系称为淬火曲线。 （3）冷却速度是由风压、风温、喷嘴与玻璃间距以及热气垫的形成等因素来决定的。 2、玻璃的化学组成 （ （ ） （ ） 3、玻璃厚度 （玻璃愈厚，淬火程度愈高 ）,淬火程度同淬火温度及冷却速率的关系,对流传递速度，表示淬火的冷却速率,影响冷却速度的因素,玻璃的化学组成,1铅玻璃； 2压延玻璃； 3硼硅酸盐玻璃； 4低碱玻璃； 5锆玻璃,52,六、各种钢化技术,1、弯曲钢化：用模型，靠自重或冲压，进行热弯，当弯到所需要的曲面后，再急速冷却处理。 2、区域钢化：当钢化玻璃破碎时，为了确保视野，控制局部的钢化强度，避免该部分碎成小片。 3、水
20、平钢化：用辊道或气流将玻璃保持在水平状态，使之通过加热炉。 4.半钢化玻璃：,弯钢化玻璃,弧形玻璃,水平钢化玻璃,4、半钢化玻璃：,通过和钢化玻璃一样的热处理，使玻璃强度增加到普通退火玻璃的两倍，同时也增强了其热膨胀系数。半钢化玻璃热处理类似于钢化玻璃，但钢化程度低，控制其表面应力不大于69N/mm2。半钢化玻璃不属于目前定义的“安全玻璃”。 半钢化玻璃表面应力低，所以不存在自爆的危险，不受外界影响时，它决不会自行爆炸，所以从这个意义来说，它比钢化玻璃要安全。即使在外力作用下破碎，由于周边有胶缝和槽口，放射形的裂缝所形成的碎块也不会轻易坠落。可以有时间进行拆除、更换。 半钢化玻璃表面较为平整，
21、映像畸变小，较为美观，所以被各种玻璃幕墙大量使用。,半钢化玻璃与其它品种的玻璃性能比较,59,2.3玻璃物理钢化的生产工艺及设备,1、生产工艺流程 2、生产线的生产能力计算,玻璃原片,检验,切裁,磨边,洗涤干燥,半成品检验,印商标,加热（成型）,急冷,检验,包装,入库,3、玻璃的加热工艺,（1）玻璃加热工艺的基本要求：迅速加热；温差小；垂直法、水平法、气垫法 接近Tf，水平支持法加热至Tf；不产生变形和擦痕；尽快引出加热炉，迅速进行淬冷。 （2）影响加热工艺的因素：a加热方式：热源有电和气体燃料；辐射方式 b加热时间：40s/1mm c加热温度：TgTf，Tf 520, (550750) d加
22、热功率：单位面积加热功率及加热炉装机功率 e装片形式及其对玻璃温度的影响,61,（2）影响加热工艺的因素,d加热功率：单位面积加热功率及加热炉装机功率。 垂直法、水平支持法的单位面积加热功率以加热炉炉膛单位面积的功率表示； 垂直法取平行于加热玻璃的炉膛面积； 水平法是以最大装载面积时单位面积的电功率表示。 一般为5075kW/m2，垂直法取下限，水平支持法取上限。,e装片形式及其对玻璃温度的影响,必须采用每一炉装同一厚度的玻璃，尺寸大小不同的玻璃顺序变换位置装片，充分利用最大装载面积。 顺序变换位置装片，对一般水平法加热尤为重要,4、弯钢化玻璃的成型工艺,成型工艺,压弯：用压模将热玻璃压成一定
23、形状,热弯：加热至软化温度的玻璃靠自重贴到弯模， 或向气垫加热炉靠拢而成型,一步法,二步法,压弯：一步法和二步法,a.一步法：垂直法，将压弯成型与淬冷两道工序合在一台设备（压模风栅）上来完成成型及淬冷的。缺点：适应能力差，制作要求高，调节不灵活，周期长优点：不需将热玻璃移开即进行淬冷，淬冷时玻璃温度高，钢化效果较好，生产操作简单，工人易掌握。 b.二步法：将压弯与淬冷分别在两个工位、用两台专用设备优点：由于是单独淬冷，使得玻璃可以获得较好的淬冷效果；同时，压模制作简单，调节简单。 共同缺点：产品有夹钳印痕，温度掌握不好时易产生“耳朵”状变形，造成明显的光畸变，此外，能耗高，不能生产薄于3mm的
24、玻璃，生产效率低，规格小等。,5、玻璃的冷却工艺,淬冷是钢化工艺过程中的一个重要环节，快速均匀 （1）垂直法 ：时间短，风压分布均匀（ 37009800Pa ），足够的冷却强度及能迅速调节的冷却风。 影响输送时间长短的因素：炉门打开快慢、运输速度及加热炉到风栅的距离。 齿轮传动（打开炉门4.6s，从挂片到风栅12s）及电磁离合器（1.0s，35s），加热炉出口到风栅边缘的距离为500mm。 喷嘴口到玻璃中心线的距离为4560mm，喷嘴间距L1、喷嘴到玻璃的距离L2与冷却速度的关系如下：L25L1，小；L25L1，大,（2）水平法的冷却工艺特点,玻璃在往复状态进行淬冷及冷却； 淬冷及冷却在设备不
25、同区段进行调整； 冷却装置与加热炉连接，热损失小； 风栅喷嘴到玻璃的距离可根据冷却工艺进行调整； 风栅辊道采取斜向缠耐磨玻璃纤维绳的方法，使玻璃与辊面形成点接触，减少玻璃与辊子的接触面，纤维绳螺旋间的空隙为玻璃的下部冷却提供更加均匀的空气流动区域，增强玻璃的钢化效果。,68,2.4化学钢化,基本原理 ：改变玻璃表面的组成来提高玻璃的强度,分类,表面脱碱,涂复热膨胀系数小的玻璃,碱金属离子交换,高温型,低温型,玻璃表面脱碱：在退火温度范围，通过气体（包括能释放气体的固态物质）或溶液喷涂，使玻璃与气体或溶液中的盐类反应，玻璃表面的碱金属离子生成易溶于水的盐类，清洗后的玻璃表面就贫碱，从而改善玻璃性
26、质。,离子交换化学钢化法,把玻璃浸在高温熔融盐中，玻璃中的碱离子与熔盐中的碱离子因相互扩散而发生离子交换，因而在交换层中产生压应力，使强度增大。 分为高温型离子交换法 和低温型离子交换法,1、高温型离子交换法,原理：在玻璃的软化点与转变点之间的温度区域内，把含Na2O或K2O的玻璃浸入锂的熔盐中，使玻璃中的Na+或K+与比他们半径小的熔盐中的Li+相交换，然后冷却至室温，由于含Li+的表层与含Na+或K+内层膨胀系数不同，表面产生残余压应力而强化。 TgTf ，用小离子置换大离子，膨胀系数不同 举例：Al2O3、TiO2离子交换，产生锂霞石（Li2OAl2O32SiO2）结晶，强度高达700M
27、Pa。 特点：时间短、强度高；成本高，玻璃易失透,2、低温型离子交换法,原理：在不高于玻璃转变点的温度区域内，将玻璃浸在含有比玻璃中碱离子半径大的碱离子熔盐中。例如，用Na+置换Li+，或用 K+置换Na+，然后冷却。由于碱离子的体积差造成表面压应力层，提高了玻璃的强度。 Tg，用大离子置换小离子，体积差 特点：速度慢，强度相对低；成本低，不变形。,3、低温型离子交换法的工艺,（1）工艺流程： （2）工艺参数： 熔盐材料：KNO3（一般用化学纯）； 辅助填加剂：Al2O3粉、硅酸钾、硅藻土、其他； 盐浴池熔盐温度：410500； 交换时间：根据产品增强需要而定； 设计炉温：低温预热200300
28、；高温预热350450；离子交换炉410500；高温冷却炉 350450；中温冷却炉 200300；低温冷却炉 150200,3、低温型离子交换法的工艺,（3）容器的选择： 大多数盐可以完全安全地盛在不锈钢或高硅氧类玻璃烧杯内。 含氯离子的熔盐对不锈钢有一定的侵蚀作用，最好盛在高硅氧类玻璃烧杯内。 上述容器必须放在一个更大的、周围围着细砂的容器内（温度波动可以控制在1）。,75,4、影响离子交换的工艺因素,（1）玻璃成分对离子交换的影响 （2）熔盐成分对玻璃强度的影响 （3）处理温度 （4）处理时间,76,（1）玻璃成分对离子交换的影响,钠钙硅酸盐玻璃:700010000N/cm2，3040m
29、，铝硅酸盐玻璃:15000 N/cm2，150m。为什么含Al2O3多的铝硅酸盐玻璃比普通钠钙硅酸盐玻璃有较强、较厚的压应力？,思考题,77,交换速度快、应力松弛小的玻璃组成,（a）SiO2-RO-R2O （b）SiO2- Al2O3- R2O （c）SiO2-Al2O3-RO(MgO、CaO、SrO、ZnO、BaO、PbO)- R2O （d）SiO2- Al2O3- B2O3-RO- R2O （e）SiO2- Al2O3-RO- RO2(ZrO2、TiO2、CeO2)- R2O,各种成分在离子交换中的作用,1、SiO2 ：65，原料难以熔化。SiO2以 6065为宜。 2、Al2O3 ：加速
30、作用，（体积增大，AlO441cm3/mol，SiO427.24cm3/mol） 用 Al2O3取代SiO2后，一是分子体积增大，结构网络空隙扩大，有利于碱离子扩散；另一方面，体积增大，也有利于吸收大体积的K+离子，促进离子交换。 117。,各种成分在离子交换中的作用,3、RO：若增加 RO减少SiO2，对离子交换有不良影响。 R2+与非桥氧相互作用较与桥氧离子作用更为强烈；使R+OR2+中R+O键变弱。碱离子在含小直径R2+的玻璃中，其扩散系数比在含大直径R2+的玻璃中有所增加。用R2+取代SiO2还会堵塞碱离子通道。 4、B2O3：与Al2O3并用，强化层厚度增加，强度提高。强化层厚204
31、0m ，抗弯强度达500600MPa，比处理前高1020倍。 5、ZrO2 ：与Al2O3并用，强化效果较好。含量2%)并用，效果较好。,熔融盐液和玻璃之间离子交换量,M离子的扩散量； C0玻璃基体中Na2O的含量；t离子交换时间。,碱离子的扩散，是经过离子之间的跃迁而完成的。,（a）从钾离子位置到临近钠离子的空穴； （b）从钾离子位置到临近钾离子的空穴； （c）从钠离子位置到临近钠离子的空穴； （d）从钠离子位置到临近钾离子的空穴。,（a） “挤塞” ，钾离子半径比钠离子半径大。（b）和（c），离子之间的跳跃不产生应力。（d）从“挤塞”状态的应力释放过程，与（a）正好相反。,（2）熔盐成分对
32、玻璃强度的影响,KNO3 ：起置换作用，其他为辅助添加剂。长期处于高温状态下的KNO3会发生少量分解，其浓度降低会造成成品的抗冲击强度降低。KNO3熔盐的纯度：高，二价离子的含量少；低，杂质中就会带入Ca2+、Sr2+、Mg2+等离子，这些离子的半径为：Ca2+0.099nm、Sr2+0.113nm、 Mg2+0.065nm。而Na+0.095nm、K+ 0.133nm。经常补充熔盐或及时对熔盐进行净化处理，保持熔盐的新鲜状态,（3）处理温度,（3）处理温度,低于应变点温度，热扩散的速度很慢，强度的提高又取决于K+的扩散系数。所以强度随着处理温度逐渐增高而增强。 动力学：扩散控制着交换过程，交
33、换速度与温度成指数关系。 Na2OCaOSiO2玻璃：105126kJmol。 处理温度较低时，达不到上述条件，交换过程不可能进行完全，也就不可能获得足够大的表面压缩应力。反之，当温度过高时，因玻璃结构的松弛，可使Na+和K+的重排或迁移而导致强度降低。 只有当离子交换的应力积累大于玻璃网络离子的热离解能时，强度的增加才能产生最大值。,（4）处理时间,单位表面积玻璃吸收的物质（或离子）总量与时间的平方根成直线关系。 Na2OCaOSiO2系统玻璃在熔融的KNO3中处理，温度和时间的关系可表示为：,T松弛时间；离子交换速度,在一定温度下处理的离子交换玻璃的强度，并不是随着时间的增加可以无限地增大
34、,5、加速离子交换的方法,将Na2OCaOSiO2系统玻璃在450熔融的KNO3中，一次处理38h，形成40m厚的压应力层，抗弯强度增强到294Mpa。 a两段处理法 ：在不同组分的K+熔融盐液中作两次处理。 第一段：600-Na2SO4(53.81%)和K2O(46.19%)-25min 第二段：450纯KNO310.5h 结果：抗弯强度增加到313.6Mpa，处理时间仅11h。,两段处理法,电化学法,b、电化学法,采用附加电压，在电场中进行离子交换，以加快离子扩散速度的方法 具体操作：在熔盐槽的一端装上阳极，另一端装上阴极，把Na2OCaOSiO2系统玻璃浸入KNO3熔盐中，玻璃浸入后在电
35、场中形成一块隔板，把熔盐分为阳极和阴极两部分。电场基本垂直于玻璃表面，这样就加速了熔盐中阳极一边K+向玻璃表面扩散，同时也促进了同一电场中阴极的一边同等数量的Na+迁移出玻璃，但是这种方法仅能处理玻璃的一面。交替地变换阳极和阴极，才能处理玻璃的两面，使玻璃两面交替地进行离子交换。,电化学法,电场熔盐离子交换工艺原理图,电场熔盐离子交换装置示意图,三、物理钢化与离子交换钢化的比较,1、原理不同；2、性能不同,必须使用离子交换法： 1、要求强度高；2、薄壁或形状复杂的玻璃； 3、使用物理钢化时不易固定的小片；4、尺寸要求高等。,钢化玻璃的应用实例,本章小结,什么是热弯玻璃？玻璃热弯炉的分类？ 物理钢化法的原理？玻璃板厚度对加热速度的影响？ 影响物理钢化的工艺因素（或影响淬火应力的因素）？ 影响物理钢化法加热工艺的因素？ 弯钢化玻璃的成型工艺？ 化学钢化法的原理？ 什么是碱金属离子交换法？分哪两种？分别解释。 影响离子交换的工艺因素？ 分别解释两种加速离子交换的方法？,
