钢化玻璃加工工艺和质量缺陷浅析

摘要：钢化玻璃属于安全玻璃，广泛应用于建筑、家电、汽车、太阳能等领域。 随着玻璃研发技术的发展，使用领域不断扩大，开始向能源、材料、环保、信息、生物等五大领域的发展。

新技术的运用对钢化玻璃的品质要求也达到了一个更新的高度，如何才能生产出高质量的、满足使用需求的钢化玻璃，一来需要钢化设备的综合性能有很大的提升，同时需要我们对钢化玻璃的加工工艺和常见的质量缺陷有熟练的掌握和控制并采取有效的应对策略。

关键词：物理钢化温度风压时间

中图分类号：C35文献标识码： A

前言：

一、物理钢化

钢化玻璃作为一种安全玻璃，同等厚度的钢化玻璃抗冲击强度和抗弯强度是普通玻璃的3～5倍，具有良好的热稳定性，能承受的温差是普通玻璃的3倍，可承受300℃的温差变化，对防止热炸裂有明显的效果。当玻璃受外力破坏冲击时，碎片会形成类似蜂窝状的钝角碎小颗粒，不易对人体造成严重的伤害，具有良好的机械性能和耐热性。

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，在玻璃表面形成应力层，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，寒暑性，冲击性等。

钢化玻璃工艺有两种：化学钢化和物理钢化

化学钢化：玻璃是通过改变玻璃的表面的化学组成来提高玻璃的强度，一般是应用离子交换法进行钢化。其方法是将含有碱金属离子的硅酸盐玻璃，浸入到熔融状态的锂（Li+）盐中，使玻璃表层的Na+或K+离子与Li+离子发生交换，表面形成Li+离子交换层，由于Li+的膨胀系数小于Na+、K+离子，从而在冷却过程中造成外层收缩较小而内层收缩较大，当冷却到常温后，玻璃便同样处于内层受拉，外层受压的状态，其效果类似于物理钢化玻璃。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，一般适用于0.4~4mm薄板玻璃；

物理钢化：物理钢化玻璃又称为淬火钢化玻璃。它是将普通平板玻璃在加热炉中加热到接近玻璃的软化温度时，通过自身的形变消除内部应力，然后将玻璃移出加热炉，然后在风栅段采用高压冷空气吹向玻璃的两面，使其迅速且均匀地冷却至室温，即可制得钢化玻璃。这种玻璃处于内部受拉，外部受压的应力状态，一旦局部发生破损，便会发生应力释放，玻璃被破碎成无数小块，这些小的碎片没有尖锐棱角，不易伤人。

现把物理钢化玻璃的加工工艺简单解析一下：

钢化玻璃的加工工艺流程如下：

钢化玻璃是将普通浮法玻璃先切割成要求尺寸，进行相关的打孔、磨边、清洗等相关冷加工工序后进入钢化炉加热，加热到钢化所需温度后，再进行快速均匀的冷却而得到的。已钢化处理好的钢化玻璃，不能再作任何切割、磨削等加工或受破损，否则就会因破坏均匀压应力平衡而“粉身碎骨”。

钢化炉加热方式在玻璃钢化过程中，加热是最关键、最重要的环节之一，玻璃各部分快速均匀的加热到所要求的温度是钢化炉最核心、最难解决的问题。目前钢化炉加热源主要有两种：电加热和气体燃料加热；

受到环境的局限性和区域限制，电加热仍是目前为止使用最广泛的加热方式；

加热时间：

平钢玻璃的加热温度一般设定在660~730 度，温度太高，则玻璃的表面质量不好；温度太低，则钢化后玻璃成形质量不好。

因此温度设定的原则是：保证成形及钢化质量的条件下尽量降低温度。以保证玻璃优良的光学性能。 一般情况下弯钢设定值要比平钢玻璃的温度高，薄玻璃的加热温度比厚玻璃的要高。

加热时间短，玻璃受热不均匀，钢化在吹急冷风时玻璃容易裂开或破碎。加热时间长，则玻璃在炉内陶瓷辊上摆动太久，易损坏玻璃表面的质量。

因此，钢化玻璃加热时间的原则是：在确保玻璃受热均匀的情况下，一般按（35~42）S/mm（玻璃厚度）来设定加热时间。目前最新的强制对流式钢化炉的出现，大大缩短了加热时间，一般按（28~35）S/mm（玻璃厚度）来设定加热时间，使玻璃的品质有了明显的提升。

有色玻璃应根据吸热特点减少加热时间，减少幅度为加热时间的5%~10%左右，镀膜玻璃由于反射率较高，吸收能力很弱，一般采用长时间低温加热。目前高档次镀膜玻璃大部分采用强制对流炉生产；

若玻璃上有洞或切边，应增大玻璃的加热时间，增加幅度为加热时间的5%左右。

一炉内是规格较小的玻璃时，应减少一定的加热时间。规格大的玻璃应相对地增加加热时间。薄玻璃应高温短时间，厚玻璃应低温长时间，最终或最佳的玻璃的出炉温度，是以同时满足最佳的光学性能和较高的成品率为目标的。

二、关键控制点：温度、风压、时间

涉及钢化工艺的几个关键点：

温度：玻璃进炉后，必须均匀地在规定时间内加热到钢化所需要的温度，如有加热元件损坏要及时更换，避免玻璃的加热不均匀，同时玻璃加热时上下温度要对称。

风压：加热后的玻璃，出炉后要尽快地进行冷却，保证出炉后所用的急冷风压能在规定的时间内形成颗粒度，冷却速度取决于玻璃的厚度及其它特征，冷却时要做到上下表面冷却同等，一般是薄玻璃冷却时间短，厚玻璃冷却时间长。

时间：加热时间和钢化冷却时间控制都需按照玻璃的加热梯度曲线和冷却曲线设定，另外根据玻璃尺寸大小进行小幅度的增减；

三、钢化故障及解决办法

（1）玻璃表面呈波浪形

玻璃表面呈波浪形即是玻璃在卸片台上用肉眼能看到玻璃表面上有许多麻点或用手摸玻璃表面手能感觉到玻璃的高低不平。

原因1：钢化炉内温度过高，加热时间过长造成的。

解决办法：降低钢化炉温度和减少加热时间。钢化在生产时尽量避免空炉而造成炉内空加热而引起的温度过高。

原因2：陶瓷滚道弯曲变形或辊道径向跳动超标。

解决办法：更换或调整辊道；

原因3：陶瓷辊加热往复摆动速度过慢

解决办法：适当调整陶瓷辊的加热往复速度和传输速度

注：有些玻璃的原片上的缺失，本身就带有波筋，也会造成玻璃的波浪性。

（2）玻璃划伤

玻璃划伤就是玻璃上表面或下表面与尖锐的东西或碎玻璃屑产生的一种摩擦而造成玻璃上有一道或好多道重的或轻微的划痕.

造成划伤的原因:

原因1：玻璃来回搬运的次数过多,使玻璃来回地摩擦碰撞

解决办法：简化工艺.玻璃片与片之间加木条或纸条使玻璃之间有空隙

原因2：玻璃重叠拿放

.解决办法：使其玻璃单片拿放,使玻璃之间的压力减小从而减少摩擦

原因3:玻璃的传送辊道不干净

解决办法:：清理辊道,如玻璃是从风栅内从来而造成划伤的话,那就是玻璃在风栅内破碎了而未及时进行清理,使玻璃在辊道上进行来回摆动摩擦,造成划伤

原因4:辊道不同步

解决办法：玻璃进炉之后,一定要观察陶瓷辊道的转速是否一致,如不一致的话,玻璃同不转的陶瓷辊一起摩擦,就使玻璃产生一片大的轻微的划痕.所以我们要调整好辊道的同步，同时观察辊道轴头部分是否松动，进行调整或更换；

（3）玻璃颗粒度不达标

原因1:钢化时吹风强度不够风压过底，未达到要求的范围内

.解决办法:加大玻璃的急冷风压或降低风栅高度,；

原因2:玻璃的出炉温度过低.玻璃还未有完全的达到钢化温度

解决办法：在保证玻璃不变形的情况下,适当的提高炉温或延长玻璃的加热时间,

原因3:玻璃的实际厚度比规定的小，负差超标；

解决办法：使用标准厚度的玻璃进行钢化

（4）玻璃向上弯曲

玻璃向上弯曲即是水平放在水平面上玻璃呈凹形。

原因1：玻璃出炉时玻璃顶部的温度高于玻璃底部的温度。

解决办法：增加钢化炉底部的温度。

原因2.：冷却炉底部硬化压力高于顶部的硬化压力。

解决办法：增加冷却炉顶部硬化压力。

原因3：上风栅距玻璃表面太高。

解决办法：降低上风栅的距离，以来增加上风栅的吹风压力。

综合：如果底部加热温度是正确的话，我们可以用调节空气平衡压力/调节风量平衡/降低风栅高度的办法来调节玻璃的向上弯曲。

（5）玻璃向下弯曲

玻璃向下弯曲即是玻璃横放在水平面上玻璃中间部分呈凸形。

原因1：当玻璃离开钢化炉时，玻璃顶部表面的温度低于底部表面的温度。

解决办法：减少钢化炉底部的温度。

原因2：于泠却炉内顶部表面的硬化力高于底部面冷却力量之硬化力。

解决办法：增加冷却风栅底部的硬化压力。

原因3：上风栅太低，顶部吹风压力过大。

解决办法：调高上风栅，减少顶部对玻璃的吹风压力。

（6）玻璃在加热炉内破损

原因1：使用了退火不好的玻璃或使用了有气泡有杂物大的玻璃

解决办法：使用高质量的玻璃,原片；

原因2：使用了有微裂纹或磨边不好的玻璃,

解决办法：使用无微裂纹或磨边较好的玻璃.，在上钢化炉前进行严格的外观检查；

原因3：玻璃钻孔边部未处理好或玻璃钻孔直径小于玻璃的厚度.

解决办法：处理好钻孔的边缘，进行倒角处理，尽量圆滑顺达不出现就、应力集中，同时加大玻璃钻孔的直径；

原因4：玻璃钻孔位置离玻璃的边部太近.

解决办法：可以在钻孔离边的位置用切割机开一个直线槽,以便钢化时能充分吸热.

原因5：钢化过的玻璃进行二次钢化.

解决办法：钢化过的玻璃已经形成颗粒,再次进行钢化时,就相当于进行玻璃引爆一样,如玻璃有缺陷,很容易在钢化炉内破碎.严格地讲,是严禁将玻璃进行二次钢化的.

（7）冷却炉内玻璃的破损

通常是由于玻璃无法承受冷却风栅的冷却而造成的。

原因1：原板玻璃不良，玻璃上有丝状裂痕

解决办法：检查玻璃原片。

原因2：玻璃的洞口和切角处未进行适当处理。

解决办法：钻孔开槽玻璃适当地打磨好，并进行适当的倒角，边部尽量采用精磨边，不出现应力集中现象；

原因3：加热时间过短或炉内加热不均匀。

解决办法：适当增加加热时间，均匀温度；

原因4：急冷风压过大，尤其是钢化厚玻璃时，较高的风压容易造成玻璃表面和中心间的高温斜坡而导致玻璃的破裂。

解决办法：钢化厚玻璃时尽量用轴式风机，进行缓慢冷却，避免风压过大造成的张力过大而破损。

原因5：风栅的风栅孔不通畅，吹风过程中，玻璃有一区域未有适当的冷却，而周围急速冷却，造成玻璃上有不同的张力而破裂。

解决办法：定期检查风栅孔是否有异物堵塞，进行清理.

原因6．玻璃在风栅内碰撞,造成破碎.

解决办法：加大摆放距离,

（8）玻璃中央有一道白雾带

玻璃上有白雾即是玻璃中间部分有一道擦不掉的痕迹。

原因：钢化炉底部陶瓷辊表面温度过高、进炉间隔时间长、其主要原因是由于辊轴散发至玻璃底部的热量比加热管散发至顶部来的快，使玻璃在加热炉内首先发生边缘向上弯曲，使玻璃的中心部分压到加热炉的陶瓷辊，压力过大造成的。

解决办法：降低底部的温度，增加顶部的温度；

（9）钢化玻璃表面出现裂纹

原因1：这是由于玻璃从加热炉到达风栅时温度太低。

解决办法：增加钢化炉内的温度。

原因2：.玻璃的原材料本身就有缺陷，玻璃边部有裂口。

解决办法：检查原材料，SE玻璃等玻璃磨边是否磨到。

（10）钢化后玻璃自爆

原因1:进炉玻璃原片有杂物及耐火材料结石等.

解决办法:加强对进炉原片的检查.

原因2:玻璃中含有硫化镍结晶,使玻璃胀裂而发生自爆.

解决办法:把玻璃成品放在均质炉内，使玻璃提前进行破裂.

总结：随着钢化技术的发展，钢化设备从早期的压缩空气对流发展到目前的高温风机对流，加热方式的改变和现代控制技术的更新，使玻璃在加热过程中的温差缩小，同时加热时间的缩短，有效降低了玻璃的变形量，整体提升了玻璃的品质。

参考文献：

【1】《建筑玻璃生产与应用》罗忆，刘忠伟著 化学工业出版社

【2】《工业锅炉节能减排应用技术》 史培甫主编 赖光楷 主审 化学工业出版社

【3】《平板玻璃深加工学》朱雷波 主编 武汉理工大学出版社