均质化：中建门窗技术贴NO.67丨钢化玻璃的＊＊

钢化玻璃在社会中运用广泛，在生活中我们也随处可以看到钢化玻璃的身影，汽车的挡风玻璃、大楼的外墙、家里的门窗以及一些家具外表面的装饰，都用到了钢化玻璃。然而钢化玻璃＊＊伤人的事件也时有发生，不禁让人对钢化玻璃的安全性产生了怀疑，本文中就针对钢化玻璃的＊＊问题来谈其原因以及介绍钢化玻璃的性能。

01

“钢化玻璃的特性和生产工艺”

(图片来源：中建门窗公众号，侵删)

钢化玻璃其实是一种预应力玻璃,为提高玻璃的强度，通常使用化学或物理的方法，在玻璃表面形成压应力，玻璃承受外力时首先抵消表层应力，从而提高了承载能力，增强玻璃自身抗风压性，耐寒暑性，耐冲击性等。

钢化玻璃的主要优点有两条，第一是强度较之普通玻璃提高数倍，抗弯强度是普通玻璃的3~5倍，抗冲击强度是普通玻璃5~10倍，提高强度的同时亦提高了安全性。

使用安全是钢化玻璃的第二个主要优点，其承载能力增大改善了易碎性质，即使钢化玻璃破坏也呈无锐角的小碎片，对人体的伤害极大地降低了。

钢化玻璃的耐急冷急热性质较之普通玻璃有2~3倍的提高，一般可承受150LC以上的温差变化，对防止热炸裂有明显的效果。

生产钢化玻璃工艺有两种：

一种是将普通平板玻璃或浮法玻璃在特定工艺条件下，经淬火法或风冷淬火法加工处理而成。

另一种是将普通平板玻璃或浮法玻璃通过离子交换方法，将玻璃表面成分改变，使玻璃表面形成一层压应力层加工处理而成。

大家都熟知的“鲁伯特之泪”其制作方法就是将普通玻璃加热至熔融态，再直接滴入水中使其受冷急剧收缩发生相变，其内部产生极强的收缩应力从而使得它的一端强度大大提高。

02

“钢化玻璃＊＊的因素”

广义＊＊一般定义为钢化玻璃在无直接外力作用下发生自动炸裂的现象。

然而现实生活中，钢化玻璃在加工过程中发生的＊＊与钢化玻璃在贮存运输、安装使用的工程中的＊＊现象是两种截然不同的概念。

在生产过程中发生的＊＊现象一般由玻璃中的砂粒、气泡等夹杂物及人为造成的缺口、刮伤、爆边等工艺缺陷引起的。

而在生产使用中的破裂，主要是由于钢化玻璃中的硫化镍（NiS）杂质发生膨胀导致玻璃内部应力平衡被破坏从而导致的＊＊。

然而生产中的玻璃＊＊对社会产生不了很大的影响，但在使用过程中的＊＊往往会威胁到人们的人身和财产的安全，引起人们的恐慌，所以我们说的玻璃＊＊现象，一般都是指玻璃在使用过程中的＊＊。

(图片来源：中建门窗公众号，侵删)

硫化镍

玻璃中的杂质硫元素的主要来源于生产玻璃的配合料以及燃料，而镍元素的来源可能来自于生产设备的合金元素。

当温度超过1000℃时，硫化镍以液滴形式存在于熔融玻璃中，这些小液滴的固化温度为797℃。

1克硫化镍就能生成约1000个直径为0.15mm的小结石。

(图片来源：中建门窗公众号，侵删)

NiS是一种有两种相态的晶体，高温相a-NiS和低温相β-NiS，相变温度为379℃．

玻璃在钢化炉内加热时，因加热温度远高于相变温度，NiS 全部转变为a相。

然而在随后的淬冷过程中，a-NiS来不及转变为β-NiS，从而被冻结在钢化玻璃中。

在室温环境下，a-NiS 是不稳定的，有逐渐转变为β-NiS的趋势。

这种转变伴随着约2--4％的体积膨胀，使玻璃承受巨大的相变张应力，从而导致＊＊，图中是＊＊玻璃碎片中提取的NiS结石的扫描电镜照片，其表面起伏不平、非常粗糙。

在对钢化玻璃＊＊的研究中发现引起＊＊的硫化镍直径在0.04-0.65mm之间，平均粒径为0.2mm。

硫化镍在玻璃中一般位于张应力区，大部分集中在板芯部位的高张应力区。

处在压应力区的NiS，一般不会导致＊＊。

应用断裂力学的研究方法，研究者推导出下述公式，可计算引起＊＊的NiS的临界直径 Dc：Dc=(πK21c)/(3.55 P00.5σ01.5）

临界直径Dc值取决于NiS周围的玻璃应力值σ0。式中应力强度因子K1c＝0,76m0.5 Mpa，度量相变及热膨胀的因子P0=615 Mpa.

(图片来源：中建门窗公众号，侵删)

钢化程度

钢化程度实质上可归结于玻璃内应力的大小，国外研究者给出了玻璃表面压应力值与范围内碎片颗粒数之间的对应关系。

(图片来源：中建门窗公众号，侵删)

板芯张应力在数值上等于表面压应力值的一半。

美国ASTM C1048标准规定：钢化玻璃的表面应力范围为大于69Mpa、热增强玻璃为24-52 Mpa。

我国幕墙玻璃标准则规定应力范围为：钢化玻璃 95 Mpa以上、半钢化24-69 Mpa。

计算得到不同钢化程度玻璃的NiS临界直径Dc如下表：

(图片来源：中建门窗公众号，侵删)

玻璃应力所对应NiS直径临界值

显然应力越大临界直径就越小能引起＊＊的颗粒也就越多＊＊率相应就越高。

03

“如何防止玻璃＊＊”

一般来说每一块玻璃都有一定的概率会＊＊，这个概率约为千分之三。

然而我们生活中常见的大楼幕墙玻璃，如武汉绿地中心大厦使用玻璃约18400块，然而却未听闻有玻璃＊＊造成损失的情况出现。

这说明玻璃＊＊的概率可以通过一些工艺上的改进或者其他方法来有效降低，小编给大家简单介绍降低钢化玻璃＊＊率，提高其使用安全性的方法。

控制钢化应力

如上所述，钢化应力越大，硫化镍结石的临界半径就越小，能引起＊＊的结石就越多。

显然，钢化应力应控制在适当的范围内，这样既可保证钢化碎片颗粒度满足有关标准，也能避免高应力引起的不必要＊＊风险。

平面应力（钢化均匀度）应越小越好，这样不仅减小＊＊风险，而且能提高钢化玻璃的平整度。

已发展出无损测定钢化玻璃表面压应力的方法和仪器。

目前测定表面应力的方法主要有二种：

差量表面折射仪法（Differential Surface Refractometry，简称 DSR）和临界角表面偏光仪法（GrazingAngle Surface Polarimetry，简称 GASP）。

DSR应力仪的原理是测定因应力引起的玻璃折射率的变化。

当一定入射角的光到达玻璃表面时，由于应力双折射的作用，光束会分成两股以不同的临界角反射，借助测微目镜测出二光束之间的距离，即可计算出应力值。

GASP应力仪将激光束导入玻璃表面，在表面附近的薄层中以平行玻璃表面的方向运行一小段距离，应力双折射导致激光束发生干涉，测定干涉条纹的倾角就可计算出应力值。

两种方法各有优缺点。

DSR应力仪售价较低、可测定化学钢化玻璃，但操作要求较高、不易掌握、测量精度相对较低。

GASP应力仪工作可靠、精度高、易校验，不足之处是价格较贵。

钢化均匀度（平面应力）测定较简单，利用平面透射偏振光就能定性分析。

但要定量分析，须使用定量应力分析方法，一般常用Senarmont 检偏器旋转法测定应力消光补偿角，根据角度可方便地计算出应力值。

均质处理

均质钢化玻璃属于热浸钢化玻璃，是指经过特定工艺条件处理过的钠钙硅钢化玻璃(简称HST，也被称为均质处理或引爆处理)，通过均质炉(热浸炉)采用对流方式加热，令热空气流平行于玻璃表面并通畅地流通于每片玻璃之间，且不应由于玻璃的破碎而受到阻碍。

在对曲面钢化玻璃进行均质处理过程,应采取措施防止由于玻璃的形状的不规则而导致的气流流通不通畅，空气的进口与出口也不得由于玻璃的破碎而受到阻碍。

从原理上看，均质处理似乎很简单，许多厂家对此并不重视，认为可随便选择外购甚至自制均质炉。

实际并非如此，玻璃中的硫化镍夹杂物往往是非化学计量的化合物，含有比例不等的其他元素，其相变速度高度依赖于温度制度。

研究结果表明，280℃时的相变速率是250℃时的100倍，因此必须确保炉内的各块玻璃经历同样的温度制度。

否则一方面有些玻璃温度太高，会引起硫化镍逆向相变；另一方面温度低的玻璃因保温时间不够，使得硫化镍相变不完全。

两种情况均会导致无效的均质处理，所以加热炉的温度控制是减少钢化玻璃关键所在。

04

“钢化玻璃能开孔吗”

不少消费者在使用钢化玻璃后，因为装修等的需要，后期想在钢化玻璃上开孔，然而这一点并不现实。

类似于“鲁伯特之泪”，它的一端可以承受住好几吨的压力，但它的尾巴只要被轻轻一碰就会整块碎掉，因为其稳定的应力被破坏，结果导致其内部应力失去原有的稳定而“牵一发动全身”。

同样，普通的钢化玻璃也存在着它的薄弱点，就是玻璃的边角处，所以安装钢化玻璃时需要保留玻璃受热膨胀的空间，避免边角处承受过大的外应力发生破坏。

如有开孔的需求，需要在玻璃钢化前进行开孔，这样钢化后的玻璃其内部应力依然稳定，达到钢化强度。

大家在选择门窗时可以根据自己的需求来选择买到适合自己的门窗，买对不买贵。关注中建门窗，为您讲解更多的门窗小知识。

(文章来源：中建门窗公众号，侵删)