當鋼化一定厚度的玻璃時,玻璃中產生的內應力大小事隨著淬火溫度和冷卻強度的提高而增大,當淬火溫度提高到某一值時,應力松弛程度幾乎不再增加,內應力就趨于一級限值,此極限值稱為鋼化程度.它決定于玻璃的冷卻強度、玻璃的厚度和化學組成等。影響玻璃物理鋼化的組成因素為冷卻強度、玻璃的化學組成及厚度等。
1、 冷卻強度
玻璃工業中一般
鋼化玻璃時采用風鋼化。用壓縮機通過帶有小孔的風棚進行往復振動,每分鐘振動的次數約120~150次,或者進行50~75r/min的旋轉運動,使玻璃急速均勻冷卻。冷卻強度越大,鋼化越激烈。但冷卻強度取決于空氣的風壓和小孔距玻璃的距離。
研究指出,如果鋼化3.5mm薄玻璃時,小孔噴嘴和玻璃之間距離為15mm,空氣壓力為25mmHg(760mmHg=1atm=101.325kPa)。在其他條件相同時,噴嘴的直徑也會影響玻璃的鋼化程度。噴嘴的直徑越大,空氣接觸玻璃的面積也大,冷卻強度隨之增強。一般噴嘴小孔的直徑采用3~5mm,間距為25~50mm。風量與流速間的關系可按下式計算:
H=NSv
式中:H——風量,m3/s;
S——噴嘴小孔的截面積,m2;
v——風速,m/s。
空氣壓力與噴嘴流速之間的關系如下:
P=ε(ρ/2g·v2)
式中:
ε——噴嘴出口壓力損失系數,ε=1.5;
ρ——空氣密度;
g——重力加速度。
冷卻空氣的溫度同樣對鋼化程度有影響,冬天的冷卻強度要比夏天大,所以當空氣溫度變更30~40℃時,鋼化程度變更15%~20%左右。
2、 玻璃的化學組成
玻璃的化學組成對鋼化程度有很大影響。從平板玻璃內應力與冷卻速度之間的關系知道,鋼化程度隨著組成不同而變化,它們之間的鋼化程度可相差兩倍左右。
堿土金屬氧化物的引入能增加玻璃的鋼化程度。R2O·SiO2中用20%RO取代SiO2時玻璃鋼化程度約增加1倍。但堿土金屬處于周期表中的位置越低,則鋼化程度增加的傾向也越小。
化學組成差別很大的玻璃不能一起鋼化,如膨脹系數較小的
硼硅玻璃鎖要求的冷卻強度要比普通鈉鈣玻璃視鏡鋼化時大好幾倍。
3、 玻璃的厚度
玻璃急冷時,冷卻強度還與玻璃的厚度有關。厚玻璃比薄玻璃更容易鋼化。因此,玻璃愈厚,鋼化程度也愈高。鋼化程度與玻璃厚度之間關系可按下式表示。
△ =1/2B·107【αE/(1-μ)】·Tg【hd/(6+hd)】
式中:△——鋼化程度,nm/cm;
α——膨脹系數,℃-1;
E——彈性模量,kgf/cm2;
Tg——玻璃轉變溫度,℃;
d——玻璃的厚度,cm;
μ——泊松比;
h——相對給熱系數,cm-1;
一般工廠中鋼化5.5mm厚度玻璃用6kPa的空氣壓力,6.5mm玻璃用4.7kPa空氣壓力,20m玻璃用1.3kPa空氣壓力。
為了獲得高質量
鋼化玻璃視鏡,其內應力必須均勻。因此,風柵振動或旋轉的速度、噴嘴的大小和排列的方式及風壓等都應與應力的分布有密切的關系,在生產過程中都應引起注意和重視。
下表為平板玻璃鋼化的某些工藝參數:
加熱
|
厚度
/mm
|
冷卻
|
溫度
/℃
|
1mm厚需加熱時間/s
|
旋轉風柵
|
梳形風柵
|
噴嘴直徑
/mm
|
噴嘴間距
/mm
|
旋轉速度
/(r/min)
|
風柵開度
/mm
|
空氣壓力
/(N/m2)
|
噴嘴直徑
/mm
|
噴嘴間距
/mm
|
往返振動速度/(次/min)
|
風柵
開度
/mm
|
空氣壓力
/(N/m2)
|
650
±20
|
40
±5
|
4.5
±0.5
|
4
~5
|
25
~50
|
50
~70
|
110
~120
|
8500
±700
|
3
~5
|
35
~50
|
100
|
80
~90
|
10000
(+1000;-700)
|
5.5
±0.5
|
4
~5
|
25
~50
|
50
~70
|
110
~120
|
7000
±700
|
3
~5
|
35
~50
|
100
|
80
~90
|
8500
±700
|
6.5
±0.5
|
4
~5
|
25
~50
|
50
~70
|
110
~120
|
6000
±700
|
3
~5
|
35
~50
|
100
|
80
~90
|
7000
(-700)
|
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