隨著對(duì)安全性能要求的提高，損壞時(shí)破裂成沒有危害的小塊的鋼化玻璃的安全性，使得鋼化玻璃在建筑市場越來越受歡迎。現(xiàn)代水平鋼化玻璃生產(chǎn)設(shè)備引入先進(jìn)的加熱控制、強(qiáng)制冷卻風(fēng)控制技術(shù)，以及設(shè)備引進(jìn)制造技術(shù)的提高，優(yōu)質(zhì)耐火材料、鋼材的選用，提高了鋼化生產(chǎn)線的可控性、穩(wěn)定性，降低了鋼化玻璃的外觀缺陷程度，提高了鋼化玻璃的品質(zhì)。穩(wěn)定生產(chǎn)，減少鋼化過程的玻璃損耗，是各鋼化玻璃生產(chǎn)企業(yè)探討的主要課題。鋼化玻璃生產(chǎn)過程中，玻璃在加熱過程中的爆裂、在風(fēng)柵強(qiáng)制冷卻過程中的破損，是影響鋼化生產(chǎn)穩(wěn)定的主要因素。這些問題與作為鋼化玻璃的主要原料的平板玻璃基片中的結(jié)石、微裂紋等缺陷的存在，有著密切的關(guān)系，對(duì)鋼化生產(chǎn)的連續(xù)穩(wěn)定以及成品率有著極大的影響。

1、玻璃破裂起因

按斷裂力學(xué)新概念，強(qiáng)度問題已轉(zhuǎn)化成為裂紋是否有可能擴(kuò)大的問題，以這種方式得出的斷裂力判讀判據(jù)可簡單表達(dá)為：應(yīng)力強(qiáng)度系數(shù)K1大于物料對(duì)裂紋擴(kuò)大的抵抗力，即大于縮微“抗裂粘性K1C時(shí)就出現(xiàn)破裂（裂紋在拉伸應(yīng)力的作用下向物料的深入發(fā)展）：K1>K1C。如果存在若干外部擦傷或內(nèi)部裂紋,裂紋足夠大,則在它的前緣應(yīng)力強(qiáng)度系數(shù)K1大于K1C時(shí)就會(huì)出現(xiàn)擴(kuò)大,而導(dǎo)致這種內(nèi)部斷裂.。

2、玻璃缺陷特性：

2.1、結(jié)石

玻璃中各種固體夾雜物無論其來源如何統(tǒng)稱為“結(jié)石”。其中有未熔化的配合料及隨著配合料進(jìn)入熔體中的難熔物質(zhì)，耐火材料未熔化的殘余物等，還有從玻璃自身析出的結(jié)晶體。無論其來源如何，結(jié)石總是一種嚴(yán)重的缺陷，“結(jié)石”是平板玻璃鋼化加工時(shí)，引起玻璃爆裂危害特別大的玻璃中的夾雜物。結(jié)石的膨脹系數(shù)與玻璃的膨脹系數(shù)存在差異，造成結(jié)石與玻璃交界處產(chǎn)生局部應(yīng)力，這樣的局部應(yīng)力通過仔細(xì)退火也不可能完全消除，應(yīng)力場的存在不可避免地要降低玻璃的強(qiáng)度；同時(shí)，由于膨脹系數(shù)的差異，造成裂紋。形成的裂紋形狀主要由所夾入物質(zhì)的膨脹系數(shù)大于或小于玻璃的膨脹系數(shù)決定。夾雜物的熱膨脹較玻璃的大時(shí)，在交界處的玻璃會(huì)形成拉伸應(yīng)力而常出現(xiàn)徑向裂紋；結(jié)石膨脹系數(shù)小時(shí)，冷卻時(shí)在玻璃中出現(xiàn)切向拉伸應(yīng)力和徑向壓應(yīng)力，導(dǎo)致的裂紋垂直于拉伸應(yīng)力的方向，即大多數(shù)是徑向裂紋，玻璃似乎是被“脹破”。

2.2、微裂紋

微裂紋主要有內(nèi)部的、表面的微裂紋，內(nèi)部微裂紋主要是玻璃內(nèi)部的結(jié)石類缺陷造成，外部微裂紋主要在切割過程中產(chǎn)生。這里討論的微裂紋是指表面微裂紋。

一般都知道，單純用機(jī)械力“切割”玻璃的方法大致可分為兩個(gè)步驟：

（1）“切”就是在玻璃上造成一道切痕，它下面是由一長串微細(xì)裂紋組成的，簡稱為“切痕系統(tǒng)”；

（2）“折斷”即通過彎曲拉力將這些裂紋連成一個(gè)單獨(dú)的斷裂面。

玻璃切割中的“切”的含意并不是一般的切斷，而只是造成裂紋系統(tǒng)，在切割工具的壓力下不可避免地會(huì)造成一個(gè)由大量細(xì)裂紋及粗裂紋構(gòu)成的“破碎地帶”。切痕的質(zhì)量好，折斷邊就像鏡面那樣平滑，在反射光中仔細(xì)觀察才看得出規(guī)則排列的微細(xì)凹槽狀破碎地帶。與此相反，如果切痕不正確，切痕附近出現(xiàn)嚴(yán)重碎裂，折斷面很粗糙，有碎片崩落造成凹凸不平，有些裂紋，還向著玻璃的內(nèi)部發(fā)展，折斷邊上貝殼狀凹凸不平的斷裂結(jié)構(gòu)中還可觀察到應(yīng)力。這種在折斷還殘存“粗糙”折斷邊上的不規(guī)則應(yīng)力就是使裂縫離開切痕向別的方向發(fā)展的危害根源，特別是較厚的玻璃板。

3、玻璃的熱應(yīng)力

固體在力的負(fù)荷下（如拉力、壓力、扭力、變曲力等）出現(xiàn)機(jī)械應(yīng)力。在負(fù)荷消除，應(yīng)力又全部或部分消失。平板玻璃在熱負(fù)荷作用下的情況也與此類似，將沒有應(yīng)力的玻璃體加熱或冷卻，首先在玻璃表面及玻璃內(nèi)部之間出現(xiàn)溫度梯度，造成玻璃的各部分不同程度的熱膨脹，各部分之間又互相阻撓，因而出現(xiàn)應(yīng)力場。

4、玻璃缺陷對(duì)鋼化過程中玻璃破碎的影響

4.1、鋼化過程

鋼化的過程是將平板玻璃制品加熱到退火溫度，這時(shí)制品仍能保持原來的形狀，但已經(jīng)軟化到足以使內(nèi)部存在的應(yīng)力很快消除。然快速冷卻時(shí)玻璃內(nèi)部還未硬化之前表面層已經(jīng)收縮凝固。這樣在繼續(xù)冷卻過程中，玻璃內(nèi)部較業(yè)已凝固的表面層收縮得多些，就會(huì)形成近似拋物線形狀的應(yīng)力分布，板的中心層為拉伸力，在表面層為壓應(yīng)力。

4.2、鋼化加熱過程情況分析

（1）結(jié)石

玻璃鋼化首先是將經(jīng)良好磨邊平板玻璃從常溫下，直接進(jìn)入650℃~700℃加熱爐空間。常溫下的平板玻璃經(jīng)輻射、傳導(dǎo)以及對(duì)流的傳熱的作用，溫度逐漸提高。玻璃在電爐內(nèi)電熱絲的輻射作用下，高溫輥道對(duì)玻璃表面的熱傳導(dǎo)作用，玻璃表面溫度高于玻璃中心層溫度，玻璃表面與內(nèi)部出現(xiàn)溫度梯度，造成玻璃中出現(xiàn)應(yīng)力，玻璃表層承受壓應(yīng)力，內(nèi)部承受張應(yīng)力。加熱溫度越高，玻璃越厚在玻璃中產(chǎn)生應(yīng)力也就越大。經(jīng)實(shí)踐確立的玻璃鋼化加工工藝，是適合于良好的平板玻璃。

玻璃中部若存在結(jié)石，由以上分析得知，結(jié)石周圍存在微裂紋，而且膨脹系數(shù)較小的結(jié)石與玻璃交界處，還存在較強(qiáng)的局部的張應(yīng)力，在玻璃加熱的過程中微裂紋將受到張應(yīng)力的作用，與結(jié)石周圍的較強(qiáng)的局部的應(yīng)力疊加，當(dāng)KI>KIC時(shí),玻璃將從微裂紋處破裂。若玻璃厚度在10mm以上，在玻璃板內(nèi)部存在的較高整體應(yīng)力作用下，裂紋迅速擴(kuò)散，造成玻璃在爐中炸裂，也就是通常所說的“炸爐”，造成停產(chǎn)清爐。同樣情況下，玻璃厚度在10mm以下，由于玻璃未能產(chǎn)生足夠強(qiáng)的整體應(yīng)力，玻璃破碎但不會(huì)發(fā)生炸爐現(xiàn)象。若極小的結(jié)石存在玻璃近表面的張應(yīng)力層中，由于加熱時(shí)受到的壓應(yīng)力的作用，玻璃的抗壓能力是抗張能力的十倍，在同等條件下，并不一定會(huì)破裂。當(dāng)結(jié)石出現(xiàn)于玻璃表面，由于破壞了玻璃表面的完整與連續(xù)性，將大大降低玻璃的強(qiáng)度，在加熱時(shí)，又由于結(jié)石直接受到有效的熱傳導(dǎo)，也急速升溫，膨脹，同樣會(huì)產(chǎn)生玻璃破裂甚至炸爐的現(xiàn)象。

（2）微裂紋

表面微裂紋在玻璃改切加工中不可避免，并在切痕不好的情況下，有向內(nèi)擴(kuò)展的微裂紋的傾向。在玻璃加熱的過程中，若裂紋達(dá)到一定的深度，由于初始加熱時(shí)的溫差存在將使深入玻璃內(nèi)部的裂紋頂端承受張應(yīng)力，促使裂紋繼續(xù)向內(nèi)擴(kuò)展，造成玻璃玻璃的破裂。因此，平板玻璃在進(jìn)入鋼化加工前必須進(jìn)行良好的磨邊加工，以消除深度微裂紋，經(jīng)磨削也成為淺度的微裂紋，裂紋尖端至玻璃表面的距離甚小，相應(yīng)的溫差也極小，無法形成足夠裂紋擴(kuò)展的張應(yīng)力，克服玻璃的抗裂粘性，形成擴(kuò)展；又因邊部加熱高效，受到的是壓應(yīng)力的作用明顯，加熱時(shí)造成破裂的幾率大大降低。

4.3、鋼化冷卻過程

（1）、結(jié)石

鋼化過程中加熱完成，進(jìn)入風(fēng)柵強(qiáng)制冷卻，在玻璃向外熱輻射以及強(qiáng)風(fēng)的冷卻下，玻璃的表面溫度急速下降。由于玻璃較低的導(dǎo)熱系數(shù)，中部區(qū)域溫度下降緩縵，形成的溫度差，玻璃表面產(chǎn)生暫時(shí)張應(yīng)力，玻璃內(nèi)部產(chǎn)生暫時(shí)壓應(yīng)力，應(yīng)力情況與加熱時(shí)正好相反。偏離中部以及處于表面結(jié)石周圍的微裂紋繼續(xù)向內(nèi)擴(kuò)展，造成玻璃的破碎，破碎的玻璃呈塊狀，這種破裂往往出現(xiàn)在風(fēng)冷的初期。在風(fēng)冷的初期，由于玻璃體本身具有一定塑性，阻滯裂紋的擴(kuò)展。因此，強(qiáng)制風(fēng)冷初期風(fēng)裂的幾相對(duì)較小。在強(qiáng)制風(fēng)冷的期，在強(qiáng)制冷卻作用下，玻璃表面較早的凝固，隨著溫度的逐漸降低，內(nèi)部逐漸達(dá)到凝固狀態(tài)，此時(shí)玻璃的脆性增強(qiáng)，在更大張應(yīng)力的作用下，將造成結(jié)石周圍的更微小裂紋的擴(kuò)展，引起玻璃的破裂。由于玻璃的結(jié)構(gòu)應(yīng)力已經(jīng)形成，在此情況下玻璃板均是整體炸裂，破碎的玻璃碎粒在玻璃板面垂直的端面上，可以看出鋼化玻璃成品碎粒特有的明顯的層狀結(jié)構(gòu)。

（2）微裂紋

玻璃表面的微裂紋，在風(fēng)冷的初期，玻璃呈塑性，阻滯了淺度微裂紋的擴(kuò)展，但無法阻滯深度微裂紋在張應(yīng)力作用下的擴(kuò)展，引起玻璃的破碎，玻璃的破碎的狀態(tài)也是塊狀。同樣在良好磨邊的狀態(tài)下，發(fā)生此種破裂的幾率相當(dāng)?shù)?。同結(jié)石缺陷產(chǎn)生的情況相同，在玻璃內(nèi)部達(dá)到凝固狀態(tài)時(shí)，玻璃易出現(xiàn)炸裂。