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鋼化玻璃應力斑的成因分析及控制
時間:2018-04-23 13:49:50   來源:中國玻璃網   作者:
      分析了鋼化玻璃產生應力斑的原理,論述了鋼化玻璃生產過程中導致應力斑產生的工藝原因,介紹了影響應力斑視覺效果觀察入射角、玻璃厚度等非玻璃本身因素。
  當人們在某種照明條件下,以一定的距離和角度觀察鋼化玻璃時,在鋼化玻璃表面會看一些分布不十分規則的帶有顏色的斑紋,這種帶顏色的斑紋即我們通常所說的“應力斑”,應力斑的存在雖然不影響玻璃的反射效果(沒有反射失真),也不影響玻璃的透射效果(不會影響分辨率,也不會產生光學變形)。它是所有鋼化玻璃都具有的一個光學特性,不是鋼化玻璃的質量問題或質量缺陷,但鋼化玻璃作為安全玻璃應用越來越廣泛,人們對玻璃的外觀效果要求越來越高,特別是作為大面積幕墻應用時鋼化玻璃應力斑的存在會給玻璃的外觀帶來不利影響,甚至影響到建筑物的整體美觀效果,所以人們對應力斑的關注越來越強烈。
  1應力斑產生的原因
  所有透明材料都可以劃分為各向同性材料和各項異性材料。當光線通過各向同性材料時,光的速度在所有方向都一樣,出射光與入射光沒有變化,退火良好的玻璃就屬于各向同性材料。當光線通過各項異性材料時,入射光分成兩種以不同的速度且具有不同的路程的射線,出射光與入射光發生變化,退火不良的玻璃包括鋼化玻璃就屬于各向異性材料。作為各項異性材料的鋼化玻璃,產生應力斑的現象可以用光彈原理進行解釋:當一束偏振光通過鋼化玻璃時由于玻璃內部存在著永久應力(鋼化應力),這束光會分解為兩束傳播速度不同的偏振光,即快光和慢光,又稱雙折射現象。當某一點形成的兩束光與在另外某一點形成的光束相交時,由于光傳播速度的不同在光束相交點存在著相位差,這一點上兩束光就會產生干涉現象,當兩束光振幅方向相同時,光強加強,產生亮視場,即亮斑;當光振幅方向相反時,光強減弱,產生暗視場,即暗斑。只要在鋼化玻璃的平面方向上存在應力分布不均勻就會產生應力斑。
  此外玻璃表面的反射作用使反射光和透射均發生一定的偏振效果,進入玻璃內部的光實際上是帶有偏振效果的光,這就是為什么會看到明暗相間的條紋或斑紋的道理。
  2鋼化玻璃產生應力斑的工藝因素
  2.1加熱因素
  玻璃在進行淬火前平面方向上存在加熱不均。加熱不均的玻璃在進行淬火冷卻后,溫度高的區域將產生壓應力較小、溫度低的區域將產生壓應力較大,加熱不均會使玻璃表面上產生分布不均的壓應力。導致加熱不均的因素主要有加熱器的功率存在差異,加熱功率大的區域溫度高,加熱功率小的區域溫度低;加熱器故障不能正常加熱;溫度傳感器失靈或校準不精確;溫度設定不合理,爐體的邊部有較多散熱,溫度設定應略高于中部,玻璃中間吸熱多于邊部,中間相對邊部溫度略高,這些因素為在設定中如未加體現將導致加熱不均;玻璃碼放不合理,由于輥道為熱的不良導體,如反復使用某一區域會導致該區域溫度降低而未放玻璃的區域,該區域溫度相對較高,下一批玻璃在此區域加熱時溫度相對較高;加熱爐密封不良,出現局部散熱較多致使溫度不均等。
  2.2冷卻因素
  玻璃的鋼化過程為加熱后進行急冷,冷卻過程與加熱過程對鋼化應力的形成同樣重要。玻璃在進行淬火前平面方向上存冷卻不均與出現加熱不均一樣,也會導致應力不均。冷卻強度大的區域形成的表面壓應力大,冷卻強度小的區域形成的壓應力小,冷卻不均會使玻璃表面上產生分布不均的應力。導致冷卻不均的因素主要有風機風嘴分布不合理,風嘴間隙不均,使玻璃表面的風壓分布不均,玻璃表面冷卻不均;風嘴堵塞,部分風嘴不能正常送風;輥道導熱能力過大,與輥道接觸的部位被迅速冷卻,先被冷卻的部位會形成較大的壓應力。玻璃被不均的加熱和冷卻是應力斑產生的主要原因,只由在鋼化爐設計和造作使用中,找出影響加熱和冷卻不均加各項因素,加強工藝控制,嚴格遵守操作規程才可以減少應力斑的產生。
  3鋼化玻璃產生應力斑的其它因素
  3.1觀察角度
  之所以我們能看到應力斑,是由于可見光波段的自然光通過玻璃時發生了偏振,光線從玻璃(透明介質)的表面以某一角度反射時,就有部分光線發生了偏振,同樣透過玻璃的折射光也有部分發生偏振,當光線的入射角的正切值與玻璃的折射率相等時反射偏振達到最大值。玻璃的折射率為1.5,反射偏振最大入射角為56。,即光線以56o的入射角從玻璃表面所反射的光幾乎全部是偏振光。對鋼化玻璃,我們看到的反射光是從兩個各為4%反射率的表面反射的,離我們較遠的第二表面的反射光經過了存在應力玻璃,這部分光與離我們較近的第一表面的反射光在玻璃表面發生干涉就產生了彩色斑紋,因此在以入射角56。觀察玻璃時應力版最明顯。同樣的道理對于鋼化中空玻璃由于反射面較多偏振光也較多,對于有同樣應力不均水平的鋼化玻璃,我們看到的應力斑更清楚,顯得應力斑更重。
  3.2玻璃厚度
  由于光線在不同厚度的玻璃中傳播,厚度越大光程越長,光線發生偏振的機會就越多,因此對同樣應力水平的玻璃,厚度越大,應力斑的顏色越重.
  3.3玻璃品種
  玻璃的品種不同,對同樣應力水平的玻璃產生應力斑的效果不同,如硼硅酸鹽玻璃相對鈉鈣玻璃應力斑顏色會顯得輕一些。
  4結語
  對于鋼化玻璃由于其增強原理的特殊性,完全消除應力斑難度很大,但通過選用先進設備,合理的控制生產工藝,是可以加少應力斑產生的,能夠達到不影響美觀效果的程度。
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