鋼化玻璃彩虹斑紋現(xiàn)象的工藝控制

 

      1 彩虹斑紋產(chǎn)生的原因

 

        首先，我們從玻璃材料和光學(xué)的角度對(duì)彩虹斑紋現(xiàn)象進(jìn)行分析。

 

        鋼化之前的浮法玻璃原片，在結(jié)構(gòu)上屬于原子排列不規(guī)則的無(wú)定形結(jié)構(gòu)，屬于各向同性材料，就是說各個(gè)方向的物理化學(xué)性質(zhì)在宏觀上相同。因?yàn)椋Ａг谶M(jìn)行鋼化之前其原子排列在微觀上雜亂無(wú)章，導(dǎo)致了宏觀上的物理化學(xué)的各向同性，各向同性的結(jié)果是光線在通過玻璃時(shí)，總能有合適的通路可以使光線通過，所以退火良好的浮法玻璃原片，光線通過的速度在所有方向都一樣，出射光與入射光沒有變化，不會(huì)出現(xiàn)彩虹斑紋的現(xiàn)象。

 

        鋼化后的玻璃會(huì)在玻璃的表面層形成永久的壓應(yīng)力，在玻璃的內(nèi)部形成永久的張應(yīng)力，存在從表面到中心，同一表面層的不同位置的密度的差異。宏觀上相對(duì)不規(guī)則的原子排列造成鋼化后的玻璃成為各向異性材料。當(dāng)一束偏振光通過鋼化玻璃時(shí)，這就使得讓可見光線通過的通路成為一條曲折的路線，由于玻璃內(nèi)部存在著光密度差異，這束光會(huì)被分解為兩束傳播速度不同的偏振光，即一束為傳播速度相對(duì)較快的光，一束為傳播速度相對(duì)較慢的光。當(dāng)在某一點(diǎn)形成的兩束光與在另外一點(diǎn)形成的光束相交時(shí)，由于光傳播速度的不同在光束相交點(diǎn)存在著相位差，在這一點(diǎn)上兩束光就會(huì)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，當(dāng)兩束光線的振幅方向相同時(shí)，光線被加強(qiáng)，在視覺上產(chǎn)生亮視場(chǎng)，即彩虹斑紋。所以，鋼化玻璃應(yīng)力分布越不均勻，表面所產(chǎn)生的彩虹斑紋現(xiàn)象就越為明顯。

 

      2 避免和減輕彩虹斑紋的工藝控制方法

 

        通過上述分析，可以明確導(dǎo)致鋼化玻璃出現(xiàn)彩虹斑紋現(xiàn)象的罪魁禍?zhǔn)资遣Ａт摶蟮膽?yīng)力分布不均勻所造成的，如果玻璃在鋼化后應(yīng)力分布越均勻，出現(xiàn)的彩虹斑紋就越小。

 

      2.1玻璃的加熱

 

        要想避免和減輕玻璃鋼化后的彩虹斑紋，玻璃在進(jìn)行風(fēng)冷前玻璃各個(gè)區(qū)域的溫度必須做到高度的均勻一致，否則玻璃溫度相對(duì)高區(qū)域所產(chǎn)生的內(nèi)部張應(yīng)力大，表面壓應(yīng)力較小，玻璃溫度相對(duì)低的區(qū)域所產(chǎn)生的內(nèi)部張應(yīng)力小，外部壓應(yīng)力較大，最終導(dǎo)致玻璃表面產(chǎn)生分布不均勻的應(yīng)力。玻璃加熱不均勻的主要因素是加熱爐的各個(gè)區(qū)域的爐溫不一致。

 

 

        為了做到加熱爐內(nèi)溫度分布均勻一致，我們應(yīng)當(dāng)合理控制：1）爐內(nèi)溫度設(shè)定。在設(shè)定加熱爐溫度時(shí)，要充分考慮爐體邊部的散熱情況，爐體邊部的溫度設(shè)置要略高于中部爐體的爐溫設(shè)置。另外，要保證爐體邊部的密封良好，同時(shí)保溫棉無(wú)出現(xiàn)破損現(xiàn)象；2）要保證爐體內(nèi)溫度傳感器的準(zhǔn)確性。對(duì)于出現(xiàn)故障的溫度傳感器要及時(shí)進(jìn)行更換；3）不能正常進(jìn)行加熱的加熱器（元件）及時(shí)進(jìn)行更換；4）玻璃進(jìn)爐前合理的上片碼放，不能反復(fù)使用某一種碼放排列方法，這樣會(huì)導(dǎo)致該區(qū)域溫度低于長(zhǎng)時(shí)間未碼放玻璃的區(qū)域；5）加熱爐的爐絲布局對(duì)玻璃的均勻加熱也十分重要，建議選用矩陣式爐絲布局。

 

      2.2玻璃的吹風(fēng)冷卻

 

        加熱后的玻璃在進(jìn)行急冷時(shí)，對(duì)鋼化應(yīng)力的形成是非常重要的。加熱后的玻璃在進(jìn)行急冷吹風(fēng)時(shí)，由于吹風(fēng)冷卻的不均勻也會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力的不均勻。冷卻強(qiáng)度越大，該區(qū)域玻璃表面的壓應(yīng)力就越大，這樣，冷卻強(qiáng)度相對(duì)較大的區(qū)域就會(huì)形成玻璃表面層壓應(yīng)力大，冷卻強(qiáng)度小的區(qū)域就會(huì)形成玻璃表面層的壓應(yīng)力小。

 

        為了避免由于吹風(fēng)冷卻過程而造成的應(yīng)力分布不均勻，我們須控制：(1)必須保證鋼化爐急冷段的風(fēng)柵所有吹風(fēng)孔無(wú)遮擋，完全通透；(2)上、下風(fēng)柵的導(dǎo)風(fēng)管保證無(wú)破損漏氣且無(wú)折皺，特別是下風(fēng)柵的導(dǎo)風(fēng)管，在進(jìn)行生產(chǎn)前要清理掉積壓在下風(fēng)柵導(dǎo)風(fēng)管上的碎玻璃渣；(3)保證風(fēng)冷段輥道所纏繞的芳綸繩間隙一致。加熱后在玻璃傳輸?shù)斤L(fēng)冷段時(shí)，風(fēng)冷段輥道也具有一定的導(dǎo)熱能力，玻璃與輥道接觸的部位被迅速冷卻，如果風(fēng)冷段輥道所纏繞的芳綸繩的間隙不一致，同樣會(huì)造成玻璃的冷卻不均勻；(4)風(fēng)冷段上、下風(fēng)柵風(fēng)眼孔徑的大小要一致，風(fēng)眼的孔壁表面要保證光潔，不能存在金屬毛刺。如果風(fēng)眼孔壁存在金屬毛剌很粗糙，吹出來(lái)的風(fēng)一定程度上會(huì)被阻滯，也會(huì)對(duì)玻璃的均勻冷卻產(chǎn)生影響。

 

        吹風(fēng)冷卻時(shí)玻璃的冷擺運(yùn)動(dòng)。玻璃進(jìn)行急冷時(shí)，從風(fēng)柵孔中噴出的高速氣流呈圓錐狀，它不斷與玻璃摩擦，進(jìn)行能量交換。從熱力學(xué)分析，氣流垂直冷卻玻璃板面時(shí)，冷卻的速度與氣流相對(duì)于玻璃運(yùn)動(dòng)的速度有關(guān)。玻璃在進(jìn)行冷卻時(shí)，在理想條件下兩面冷卻是對(duì)稱進(jìn)行的，玻璃板面的冷卻速度（見圖1如示）與風(fēng)柵吹風(fēng)孔中心軸越近，冷卻的速度越快，其結(jié)果造成玻璃鋼化應(yīng)力分不均勻。提高玻璃與風(fēng)柵的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度有利于玻璃的均勻冷卻，玻璃在吹風(fēng)冷卻時(shí)應(yīng)采用小擺幅高頻率的冷擺動(dòng)。

 

      3 鋼化玻璃的安裝角度與觀察角度

 

        調(diào)整鋼化玻璃的安裝角度與觀察角度在一定程度上可以避免彩虹斑產(chǎn)生視覺影響。鋼化玻璃彩虹斑的出現(xiàn)與玻璃的安裝角度和觀察角度有很大的關(guān)系，之所以我們能看到鋼化彩虹斑，是由于可見光線通過玻璃時(shí)發(fā)生了偏振。光線從玻璃的表面以某一角度反射時(shí)，就有部分光線發(fā)生了偏振，同樣透過玻璃的折射光也有部分發(fā)生了偏振，當(dāng)可見光線的入射角的正切值與玻璃的折射率相等時(shí)反射偏振達(dá)到最大值。無(wú)色透明玻璃（浮法玻璃）的折射率為1.5，光線以56°的入射角從玻璃表面所反射的光幾乎全部為偏振光，玻璃表面的反射率為4％，我們所看到的反射光是從兩個(gè)各為4％的反射率的表面反射的。光線照射到門窗幕墻的內(nèi)表面時(shí)，由于反射光經(jīng)過了存在應(yīng)力的玻璃，這部分光與門窗幕墻外表面的反射光發(fā)生干涉作用就產(chǎn)生了彩色斑紋，因此，在以入射角56°觀察玻璃時(shí)彩虹斑紋最為明顯，特別是采用鋼中空玻璃的門窗幕墻，由于反射面較多偏振光也較多，對(duì)于有同樣應(yīng)力不均勻的鋼化玻璃，我們看到的彩虹就會(huì)顯得更加嚴(yán)重。

 

      4 結(jié)語(yǔ)

 

        隨著人們審美水平的提高，對(duì)于鋼化玻璃在要求安全強(qiáng)度性能的同時(shí)，彩虹斑現(xiàn)象應(yīng)當(dāng)引起每一位玻璃材料科技工作者的重視，減輕乃至消除鋼化玻璃應(yīng)力分布不均勻應(yīng)當(dāng)成為努力方向和目標(biāo)。只要我們選用合理的鋼化設(shè)備和控制工藝，完全可以達(dá)到減少光彩虹斑現(xiàn)象的出現(xiàn)，達(dá)到對(duì)鋼化玻璃的美觀要求。