将玻璃加热到一定的温度,使玻璃终端原有应力消失,然后将玻璃快速的冷却,使玻璃内部形成很大的永久应力,这个过程就是玻璃的“淬火”通常就是我们说的“钢化”,在通过这样的热处理过程后,玻璃内部形成了分布均匀的永久内应力,从而提高了玻璃强度与抗热冲击性。简单的理解是,把玻璃加热到低于软化温度,玻璃外表层由于迅速冷却固化,而玻璃内部冷却速度较慢,当内部继续收缩时使玻璃表面产生了压应力,则内部产生了张应力。
当退火玻璃受到荷载而产生结构弯曲时,玻璃的上表层受到压应力,下表面受到张应力。玻璃的抗张强度较低,只有抗压强度的10%,当载荷产生的应力超过了抗张强度时玻璃就会破裂,所以退火玻璃的强度不高。如果负载到钢化玻璃上面,钢化玻璃表面的压应力就增大,而所受的张应力比退火玻璃小,同时在钢化玻璃中最大的张应力不像退火玻璃那样存在玻璃表面上,而是移向了玻璃中心。由于玻璃的抗压强度比抗张强度几乎大10倍,所以钢化玻璃在同样负载下并不破裂。此外玻璃在钢化过程中,玻璃表面微裂纹受到到了强烈压缩,同样也使钢化玻璃的机械强度提高。同样道理,当钢化玻璃骤然经受急冷时,在其外层产生的张应力被玻璃外层原本存在的、方向相反的压应力所抵消,使其热稳定性大大提高。
钢化玻璃的张应力存在于玻璃的内部,当玻璃破裂时,在外层的保护(虽然保护力并不强)下,能使玻璃保持在一起或者成为布满裂缝的集合体,而且钢化玻璃内部存在的是均与的内应力。这也就说明了钢化玻璃在炸裂时分成小颗粒块状,不易伤人的原因。
由上面描述,永久应力的产生是由应力松弛和温度变形被冻结下来的结果。所以加热玻璃温度越高应力松弛速度也越快,冷却时冷却速率越大,钢化后产生的应力越大。由于玻璃本身就是不良导体,传热性能较差,玻璃厚度方向上的各部分是以不同速度冷却,使玻璃表面结构具有较大的密度,而内层具有较小的密度。这样的原因引起了各部分的膨胀系数的不同,也引起内应力的产生。钢化玻璃就形成了。
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