03.11 玻璃鋼化有哪些方法？

鋼化玻璃作為我們生活中最常見的玻璃種類之一，被廣泛地應用到各個領域。玻璃的功能作用不同，所需要的玻璃材質不同，相應的玻璃鋼化工藝也不同。具體的鋼化工藝有以下兩大類：

1.物理鋼化法

物理鋼化法的原理就是把玻璃加熱到適宜溫度後迅速冷卻，使玻璃表面急劇收縮，產生壓應力，而玻璃中層冷卻較慢，還來不及收縮，故形成張應力，使玻璃獲得較高的強度。一般來說冷卻強度越高，則玻璃強度越大。物理鋼化方法很多，按冷卻介質來分，可分為以下幾種：

（1）氣體介質鋼化法

氣體介質鋼化法就是風冷鋼化法。包括水平氣墊鋼化、水平輥道鋼化、垂直鋼化等方法。是將玻璃加熱至接近玻璃的軟化溫度，在650～700℃這個區間，然後對其兩側同時吹以空氣使其迅速冷卻，以增加玻璃的機械強度和熱穩定性的生產方法。加熱玻璃的淬冷是用物理鋼化法生產鋼化玻璃的一個重要環節，對玻璃淬冷的基本要求是快速且均勻地冷卻，從而獲得均勻分佈的應力，為得到均勻的冷卻玻璃，就必須要求冷卻裝置有效疏散熱風、便於清除偶然產生的碎玻璃並應儘量降低其噪音。

玻璃鋼化爐

風冷鋼化的成本較低，產量較大，具有較高的機械強度、耐熱衝擊性和較高的耐熱梯度，而且風冷鋼化玻璃除能增強機械強度外，在破碎時能形成小碎片，可減輕對人體的傷害。但風冷鋼化技術對玻璃的厚度和形狀有一定的要求，國產設備所鋼化的玻璃最小厚度一般在3毫米左右，而且冷卻速度較慢，能耗高，對於薄玻璃，鋼化過程中還存在玻璃變形的問題，所以無法在光學質量要求較高的領域內應用。目前風冷鋼化技術應用廣泛，生產出的玻璃多用在汽車、艦船、建築物上。

用於汽車的鋼化玻璃

（2）液體介質鋼化法

液體介質鋼化法，即液冷法。就是將玻璃加熱到接近軟化點後，放人盛滿液體的急冷槽內進行鋼化。此時作為冷卻介質可以採用鹽水，如硝酸鉀、亞硝酸鉀、硝酸鈉、亞硝酸鈉等的混合鹽水。此外，還可以採用礦物油作為冷卻介質，當然也可以向礦物油中加入甲苯或四氯化碳等添加劑。一些特製的淬冷油及硅酮油等也可以使用。

硅酮油

在進行液體鋼化時，由於玻璃板的邊部先進入急冷槽，因此會出現應力不均引起的炸裂。為了解決這一問題，可先用風冷或噴液等進行預冷，然後再放入有機液中急冷。也可以在急冷槽中放入水和有機溶液，有機溶液浮於水上面，當把加熱後的玻璃放入槽中時，有機溶液起到預冷作用，吸收一部分熱量，然後進入水中快速冷卻除了採用浸入冷卻液體，也可以採用液體噴霧法，但一般多用浸入法。液體鋼化法的難點是建立起合理的液冷法工藝制度，在液冷鋼化時應注意的兩個問題：一是產生的過高的壓應力層，二是避免玻璃炸裂。

採用液體介質鋼化法，由於水的比熱較大，氣化熱高，因此用量大為減少，從而能耗降低，成本減少，而且冷卻速度快，安全性能高，變形較小。由於在冷卻時是玻璃受熱後插入液體介質中，因此對於面積較大的玻璃板來說容易受熱不均而影響質量和成品率。液冷法主要適用於鋼化各種面積不大的薄玻璃，如眼鏡玻璃、液晶顯示屏玻璃、光學儀器儀表用玻璃等。

液晶顯示屏

（3）微粒鋼化法

微粒鋼化法是把玻璃加熱到接近軟化溫度後，於流化床中經固體微粒一般為粒度小於200摩爾的氧化鋁微粒淬冷而使玻璃獲得增強的一種工藝方法。從理論上看用固體作為冷卻介質可以製造出更薄、更輕、強度更高的鋼化玻璃。

微粒鋼化法可鋼化超薄玻璃，強度高、質量好，是目前製造高性能鋼化玻璃的一項先進技術。微粒鋼化新工藝與傳統的風鋼化工藝相比，冷卻介質的冷卻能大，適於鋼化超薄玻璃，而且節能約40％。但微粒鋼化工藝的冷卻介質成本較高。微粒鋼化法適用於高強度，高精度的薄玻璃和超薄玻璃。

氧化鋁

（4）霧鋼化法

霧鋼化法以霧化水做為冷卻介質，利用噴霧排氣裝備，可使玻璃在鋼化過程中冷卻更均勻，能耗更小，鋼化後的性能更好。噴霧排氣裝備由若干相互並列連接且排布在底板上的柵格形桶狀結構構成，每個桶狀結構由底板、隔板、噴嘴和若干排氣孔構成。類似於氣體法，但使用的冷卻介質不是空氣，而是霧化水。特徵在於以霧化水為冷卻介質，對玻璃進行鋼化處理。

水的比熱較大，所有的液體中水的氣化熱也是最高的。在玻璃的鋼化過程中，水霧連續不斷地噴到加熱後的玻璃表面，呈微粒狀的霧化水迅速吸熱成為100℃的水，再氣化。利用水的比熱大及氣化熱高這一特點，將玻璃表面的大量熱瞬間帶走吸收，使玻璃淬火鋼化，在玻璃表面造成永久性的壓縮應力，從而提高玻璃的抗張能力，使玻璃鋼化。

霧化水可由壓縮空氣噴吹法、蒸汽噴吹法或液壓噴霧法等噴向被加熱的玻璃表面，由於霧化水接觸到赤熱的玻璃後會迅速吸熱並氣化膨脹，若令其自由擴散．則會影響玻璃的均勻冷卻，易使玻璃炸裂。為此。需設計有獨特的噴霧排氣設備，使得已氣化和膨脹的水氣可就地抽走。而不會沿著玻璃表面擴散。霧鋼化法冷卻介質易得，成本低、不汙染環境，還可鋼化一般氣體、液體及微粒鋼化所不能鋼化的薄玻璃。但冷卻均勻性較難控制。霧鋼化法因其冷卻制度較難控制，目前應用較少，亞克力鏡片可以用霧鋼化法制作。

亞克力鏡片

2.化學鋼化法

化學鋼化法指的是通過化學方法改變玻璃表面組分，增加表面層壓應力，以增加玻璃的機械強度和熱穩定性的鋼化方法。由於它是通過離子交換使玻璃增強，所以又稱為離子交換增強法。根據交換離子的類型和離子交換的溫度又可分為低於轉變點度的離子交換法和高於轉變點溫度的離子交換法。化學增強法的原理是：根據離子擴散的機理來改變玻璃的表面組成，在一定的溫度下把玻璃浸入到高溫熔鹽中，玻璃中的鹼金屬離子與熔鹽中的鹼金屬離子因擴散而發生相互交換，產生“擠塞”現象，使玻璃表面產生壓縮應力，從而提高玻璃的強度。

鹼金屬之一的銫

根據玻璃的網絡結構學說，玻璃態的物質由無序的三維空間網絡所構成，此網絡是由含氧的離子多面體構成的，其中心被鋁離子或磷離子所佔據。這些離子同氧離子一起構成網絡，網絡中填充鹼金屬離子和鹼土金屬離子。其中鹼金屬離子較活潑，很易從玻璃內部析出，化學鋼化法就是基於離子自然擴散和相互擴散，以改變玻璃表面層的成分，從而形成表面壓應力層的。但離子交換法所產生的表面壓應力層比較薄，對錶面微缺陷十分敏感，很小的表面劃傷，就足以使玻璃強度降低。

鹼土金屬之一的鎂

化學增強玻璃強度與物理增強玻璃接近，熱穩定性好，處理溫度低，產品不易變形，且其產品不受厚度和幾何形狀的限制，使用設備簡單，產品容易實現。但與物理鋼化玻璃相比，化學鋼化玻璃生產週期長，效率低而生產成本高，碎片與普通玻璃相仿，安全性差，且其化學性能不好，機械強度和抗衝擊強度等物理性能易於消退鬆弛，強度隨時間衰減很快。化學鋼化玻璃廣泛應用於不同厚度的平板玻璃，薄壁玻璃和瓶罐異形玻璃產品，還可用於防火玻璃。化學鋼化產品壽命較短，一般為3年以下，而物理鋼化產品壽命超過30年。

防火玻璃隔斷

玻璃鋼化可以根據實際情況使用不同的工藝，也可將上述幾種玻璃增強技術有機的結合起來，發揮各自的長處，充分提高玻璃的強度。