钢化玻璃的钢化程度

  钢化程度是衡量钢化玻璃性能的重要标志之一。钢化程度越高，内应力越大，玻璃的抗冲击强度越大，破碎后的颗粒尺寸也越小。钢化程度是玻璃冷却前加热温度的函数，它和玻璃的加热温度成正比，在一定范围内，加热温度越高，钢化程度越高；在热学方面，钢化程度实际上由沿玻璃厚度方向分布的温度梯度表征；在力学方面，钢化程度由内应力分布特征表示；可以把钢化程度理解为“1cm光程内的光程差”；在其他条件相同时，钢化程度与玻璃的冷却强度成正比，冷却强度越高，玻璃的钢化程度越高。

1 钢化温度与钢化程度

  钢化程度是玻璃冷却前后加热温度的函数。当钢化一定厚度的玻璃时，玻璃所产生的内应力大小是随着钢化温度和冷却强度的提高而增大的，当钢化温度提高到某一数值时，应力松弛程度几乎不再增加，内应力就趋于一极限值，此极限值称为钢化程度。它取决于玻璃的冷却强度、玻璃的厚度和化学组成等。在同样的冷却条件下， 加热温度越高，钢化程度越高。但当加热温度超过一定范围时，钢化程度就不变了，如图1.

  钢化玻璃冷却前的加热温度应掌握在玻璃软化温度T与退火温度（比软化温度T低20~30℃）之间并无限接近于软化温度，又不使玻璃变形。就是说钢化应再尽可能高的温度下进行，玻璃的变形是这一温度的最高极限。

  钢化时玻璃开始均匀冷却的温度称为钢化温度。钢化温度的强度与钢化程度之间存在如下关系：

 由以上公式可见，钢化玻璃的强度随着钢化程度和比例系数X的增大而增加。 研究结果表明，钢化玻璃的强度主要取件于表明层的压应力（机械因素）大小，由于高温急冷所引起的玻璃表面层结构的变化（结构因素）也是影响物理钢化的重要因素之一。

2 冷却强度与钢化程度

  冷却强度是影响钢化程度的主要因素。 化学组成和厚度相同的玻璃在加热条件相同时，其钢化程度取决于冷却强度。冷却强度越高，钢化程度越高；对于风冷钢化来说，冷却速率是由风压、风量、风温、喷嘴与玻璃间距以及热气垫的形成等因素决定的。因此，玻璃的钢化程度随风压的提高，风量的加大及风温的降低而增大。冷却速率同冷却空气的风速成正比。当风压、风量一定时，空气喷嘴与玻璃间距越小，则风速越大，因而钢化程度越高。

3 钢化颗粒与钢化程度

  钢化玻璃破碎后的颗粒大小与钢化程度存在着一定关系，颗粒尺寸随着钢化程度的增加而减小。我国钢化玻璃标准要求钢化玻璃的表面应力大于90MPa，强化玻璃的表面应力为24~69MPa。当表面应力为24~69MPa时，钢化破碎后无法形成颗粒，表面应力为95MPa时50mm×50mm面积内的碎片可达到40粒，当表面应力为110MPa时可达到60~70粒碎片。

  钢化程度越高，玻璃中的应力越大。玻璃中内应力的大小与分布的均匀程度是钢化程度的重要特征。所以宏观上利用破碎钢化玻璃颗粒尺寸的大小及均匀程度来表征、检验、考核玻璃的钢化程度和玻璃中应力分布的均匀程度。生产上，把颗粒的尺寸作为检验钢化玻璃质量的主要指标之一，在我国钢化玻璃标准GB 15763.2-2005中，要求50mm×50mm面积内的3mm玻璃颗粒数量为30粒，欧标EN12150中为15粒，4~12mm玻璃规定相同，均为40粒。

4 玻璃厚度与钢化程度

  由于玻璃中内应力的产生取决于玻璃中温度梯度的存在，玻璃越厚，淬冷时的温度梯度越大。条件相同时，玻璃越厚，钢化程度越高。

  当玻璃厚度减少10%时，钢化程度下降6%，需要增加7%的热交换效率来予以补偿。在实际生产中，多以提高风栅的淬冷风压来实现。钢化薄玻璃是，还常降低冷却介质的温度，以提高其与玻璃的热交换效率。生产中条件相同时，经过钢化处理，6mm厚玻璃比5mm厚玻璃的钢化程度高就是这个道理。若想让他们的钢化程度相同，就必须提高后者的冷却强度，否则，如冷却强度相同，5mm厚钢化玻璃的钢化程度就会比前者低，表现为破碎后的碎片颗粒要比6mm的大。

5 结语

  物理钢化的原理均为把玻璃均匀加热到适宜温度并保温一定时间，以使内部各处的温度均匀，应力完全松弛后迅速冷却，使玻璃表面急剧收缩，产生压应力，而玻璃中间层冷却较慢，还来不及收缩，故形成拉应力，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。但冷却强度过高，会因为应力过高而超过极限，打破应力平衡，钢化玻璃反而更易炸裂，故应对玻璃进行钢化处理时必须格外小心，谨慎调整温度、时间、冷却速度、风量、风压等，以达最佳钢化效果。

以上内容摘自建筑玻璃与工业玻璃微信公众号

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