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玻璃越厚(hòu),所需的加熱溫度越高、加熱時間越(yuè)長,但能獲得的表麵壓應(yīng)力和鋼化(huà)程度(應力值)反而越低。
下麵我們從原理到具體應用進行(háng)詳細分解。
一、核心原理:熱傳導與溫度梯度
鋼化的本質是在玻璃表麵形成永久壓應力,在內部形成張應(yīng)力。這是通(tōng)過(guò)將(jiāng)玻璃(lí)加熱到接(jiē)近軟化點(約(yuē)620℃-680℃),然後進行急速均勻冷卻(淬冷)來實現(xiàn)的。
冷(lěng)卻階段:玻璃(lí)表麵先冷卻固化,而(ér)內部仍處於高(gāo)溫軟態。
收縮階段:當內部開始冷卻收縮時,已經固化的表麵會阻止其自由收縮。
應力形成:其結果就是內部將表麵向裏拉,使表麵產生壓應力,內部則產生(shēng)與之平衡的張應力。
厚度(dù)如何影響這個過(guò)程?
薄(báo)玻璃(如3-6mm):
熱傳(chuán)導快:加熱和冷卻時,整個玻(bō)璃板厚度(dù)方向溫度容易均(jun1)勻(yún)。
冷卻效率高(gāo):淬冷時,表麵和中心幾乎能同時(shí)急速冷卻,形成巨大的溫度(dù)差,從而(ér)產生很高的表麵壓應力(通常可達100MPa以上)。
挑(tiāo)戰:容易加熱(rè)過度導致變形,或加熱不足導致應力不均。
厚玻璃(如12-19mm):
熱傳導慢(màn):需要更長的加熱時間讓中心溫(wēn)度也達到接近軟(ruǎn)化點。
冷(lěng)卻效率低:淬(cuì)冷時,表麵迅速(sù)固化,但中心的熱量會緩慢(màn)向外傳遞,這會“中和”掉一部分表麵的冷卻效果,導致表麵和中心的溫度差減小。
結(jié)果:形成的(de)表麵(miàn)壓應力較低(可能隻有薄玻璃的一(yī)半或(huò)更少)。如果冷卻不夠(gòu)強,甚至可能鋼化不充分。
二、厚度與(yǔ)溫度/時(shí)間的對應關係(曲線設定)
鋼化爐的溫度曲(qǔ)線(xiàn)設定主(zhǔ)要圍繞 加熱爐溫度 和 加熱時間。
一個廣泛使用的經驗法則是 “每毫米加熱時(shí)間約(yuē)40-50秒”。但這隻是一個起點,具體需根據設(shè)備、玻(bō)璃類型(普通鈉鈣、高硼矽等)、爐體狀態調整。
爐溫均衡性:比絕(jué)對溫度值(zhí)更重要。爐內各點(diǎn)溫度差必(bì)須控製在很小範圍內(如±5℃),否則會導致應力斑不均甚至炸爐。
冷卻風壓設定:薄玻璃需(xū)要高風壓來實現(xiàn)高冷卻速(sù)率;厚玻(bō)璃則需要低風壓,以避免過大的瞬時熱衝擊導致玻(bō)璃炸裂。
三、厚(hòu)度與應力(lì)值的對應(yīng)關係
應力值(通常用表麵壓應力值代表鋼化程度)與厚度成反比(bǐ)。
為什麽標準對厚玻璃的(de)應力要求更低?
建築玻璃標準(如(rú)GB 15763.2)中,對於 thicker glass,允許的應力值範圍更低。這是因為(wéi)從物理原理上,無法讓一塊19mm的玻璃達到和5mm玻璃一樣高的表麵壓應力。強行提高冷卻強度會導致玻璃(lí)在爐內炸裂。
四、實踐中的調整與平衡
設定溫度曲線不是一個簡單的查表工作,而是一個需要(yào)綜合平衡的過程:
觀察玻璃狀態:
出(chū)爐時:玻璃(lí)應均勻紅熱,無暗點(冷點)或亮(liàng)斑(bān)(過熱)。
出爐後:在淬冷段應平(píng)穩均勻通過,無劇烈抖動。
產品:測量顆粒(lì)度、應力值(zhí),觀察有(yǒu)無變形、應力斑。
性能測試:
顆粒度試驗:這是常用的快速檢驗方(fāng)法。碎片狀態應符合(hé)標準(如40-60顆/50x50mm區域對於4mm玻(bō)璃)。
應力儀(yí):直接測量表麵壓應力值,是準確的驗證手段。
迭代優化:
如果顆粒度(dù)太大(應力低),可適當提高爐溫或延長加熱時間,並檢查風壓是否足夠。
如果玻璃變形大,可能(néng)是爐溫過高或加熱時間過長。
如果炸(zhà)爐頻繁,需檢查溫度均衡性,或對於厚玻璃降低冷卻風壓(yā)。