淺析化學(xué)強(qiáng)化玻璃方法及優(yōu)缺點(diǎn)

1:化學(xué)鋼化法

通過化學(xué)方法改變玻璃表面組分，增加表面層壓應(yīng)力，以增加玻璃的機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性的鋼化方法稱為化學(xué)鋼化法。由于它是通過離子交換使玻璃增強(qiáng)，所以又稱為離子交換增強(qiáng)法。根據(jù)交換離子的類型和離子交換的溫度又可分為低于轉(zhuǎn)變點(diǎn)度的離子交換法(簡稱低溫法)和高于轉(zhuǎn)變點(diǎn)溫度的離子交換法(簡稱高溫法)?；瘜W(xué)增強(qiáng)法的原理是：根據(jù)離子擴(kuò)散的機(jī)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，玻璃中的堿金屬離子與熔鹽中的堿金屬離子因擴(kuò)散而發(fā)生相互交換，產(chǎn)生“擠塞”現(xiàn)象，使玻璃表面產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，從而提高玻璃的強(qiáng)度。

根據(jù)玻璃的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)學(xué)說，玻璃態(tài)的物質(zhì)由無序的三維空間網(wǎng)絡(luò)所構(gòu)成，此網(wǎng)絡(luò)是由含氧的離子多面體構(gòu)成的，其中心被sal或p離子所占據(jù)。這些離子同氧離子一起構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中填充堿金屬離子(；nna，k)和堿土金屬離子。其中堿金屬離子較活潑，很易從玻璃內(nèi)部析出，化學(xué)鋼化法就是基于離子自然擴(kuò)散和相互擴(kuò)散，以改變玻璃表面層的成分，從而形成表面壓應(yīng)力層的。但離子交換法所產(chǎn)生的表面壓應(yīng)力層比較薄，對表面微缺陷十分敏感，很小的表面劃傷，就足以使玻璃強(qiáng)度降低。

優(yōu)缺點(diǎn)：化學(xué)增強(qiáng)玻璃強(qiáng)度與物理增強(qiáng)玻璃接近，熱穩(wěn)定性好，透光性好，表面強(qiáng)度高，處理溫度低，產(chǎn)品不變形，且其產(chǎn)品不受厚度和幾何形狀的限制，使用設(shè)備簡單，產(chǎn)品容易實(shí)現(xiàn)。但與物理鋼化玻璃相比，化學(xué)鋼化玻璃生產(chǎn)周期較長，碎片與普通玻璃相仿。

適用范圍：化學(xué)鋼化玻璃廣泛應(yīng)用于不同厚度的平板玻璃，薄壁玻璃和瓶罐異形玻璃產(chǎn)品，還可用于防火玻璃。

2:物理鋼化法

物理鋼化的原理就是把玻璃加熱到適宜溫度后迅速冷卻，使玻璃表面急劇收縮，產(chǎn)生壓應(yīng)力，而玻璃中層冷卻較慢，還來不及收縮，故形成張應(yīng)力，使玻璃獲得較高的強(qiáng)度。一般來說冷卻強(qiáng)度越高，則玻璃強(qiáng)度越大。物理鋼化方法很多，按冷卻介質(zhì)來分，可分為：氣體介質(zhì)鋼化法、液體介質(zhì)鋼化法、微粒鋼化法、霧鋼化法等。

2．1氣體介質(zhì)鋼化法

氣體介質(zhì)鋼化法，即風(fēng)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。所謂風(fēng)冷鋼化法就是將玻璃加熱至接近玻璃的軟化溫度(650～700。c)，然后對其兩側(cè)同時(shí)吹以空氣使其迅速冷卻，以增加玻璃的機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性的生產(chǎn)方法。加熱玻璃的淬冷是用物理鋼化法生產(chǎn)鋼化玻璃的一個重要環(huán)節(jié)，對玻璃淬冷的基本要求是快速且均勻地冷卻，從而獲得均勻分布的應(yīng)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(fēng)、便于清除偶然產(chǎn)生的碎玻璃并應(yīng)盡量降低其噪音。

優(yōu)缺點(diǎn)：風(fēng)冷鋼化的優(yōu)點(diǎn)是成本較低，產(chǎn)量較大，具有較高的機(jī)械強(qiáng)度、耐熱沖擊性(最大安全工作溫度可達(dá)287．78。c)和較高的耐熱梯度(能經(jīng)受204．44。c)，而且風(fēng)冷鋼化玻璃除能增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度外，在破碎時(shí)能形成小碎片，可減輕對人體的傷害。但是對玻璃的厚度和形狀有一定的要求(國產(chǎn)設(shè)備所鋼化的玻璃最小厚度一般在3mm以上)，而且冷卻速度較慢，能耗高，耗電量大，對于薄玻璃，鋼化過程中還存在玻璃變形的問題，無法在光學(xué)質(zhì)量要求較高的領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用。

適用范圍：目前空氣鋼化技術(shù)應(yīng)用廣泛，空氣鋼化的玻璃多用在汽車、艦船、建筑物上。

2．2液體介質(zhì)鋼化法液體介質(zhì)鋼化法，即液冷法。

液體介質(zhì)鋼化法液體介質(zhì)鋼化法，即液冷法。所謂液冷法就是將玻璃加熱到接近軟化點(diǎn)后，放人盛滿液體的急冷槽內(nèi)進(jìn)行鋼化。此時(shí)作為冷卻介質(zhì)可以采用鹽水，如硝酸鉀、亞硝酸鉀、硝酸鈉、亞硝酸鈉等的混合鹽水。此外，還可以采用礦物油作為冷卻介質(zhì)，當(dāng)然也可以向礦物油中加入甲苯或四氯化碳等添加劑。一些特制的淬冷油及硅酮油等也可以使用。在進(jìn)行液體鋼化時(shí)，由于玻璃板的邊部先進(jìn)入急冷槽，因此會出現(xiàn)應(yīng)力不均引起的炸裂。為了解決這一問題，可先用風(fēng)冷或噴液等進(jìn)行預(yù)冷，然后再放入有機(jī)液中急冷。也可以在急冷槽中放入水和有機(jī)溶液，有機(jī)溶液浮于水上面，當(dāng)把加熱后的玻璃放入槽中時(shí)，有機(jī)溶液起到預(yù)冷作用，吸收一部分熱量，然后進(jìn)入水中快速冷卻除了采用浸入冷卻液體，也可以采用液體噴霧法，但一般多用浸入法。英國的triplex公司，最早在上世紀(jì)80年代就用液體介質(zhì)法鋼化出了厚度為0．75～1．5mm的玻璃，結(jié)束了物理鋼化不能鋼化薄玻璃的歷史。液體鋼化法的難點(diǎn)是建立起合理的液冷法工藝制度，在液冷鋼化時(shí)應(yīng)注意的兩個問題：一是產(chǎn)生的過高的壓應(yīng)力層，二是避免玻璃炸裂。

優(yōu)缺點(diǎn)：采用液體介質(zhì)鋼化法，由于水的比熱較大，氣化熱高，因此用量大為減少，從而能耗降低，成本減少...