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的角度對彩虹斑紋現(xiàn)象進行分析。

 

        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)則的無定形結(jié)構(gòu)，屬于各向同性材料，就是說各個方向的物理化學性質(zhì)在宏觀上相同。因為，玻璃在進行鋼化之前其原子排列在微觀上雜亂無章，導致了宏觀上的物理化學的各向同性，各向同性的結(jié)果是光線在通過玻璃時，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，不會出現(xiàn)彩虹斑紋的現(xiàn)象。

 

        鋼化后的玻璃會在玻璃的表面層形成永久的壓應力，在玻璃的內(nèi)部形成永久的張應力，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。當一束偏振光通過鋼化玻璃時，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較快的光，一束為傳播速度相對較慢的光。當在某一點形成的兩束光與在另外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，在這一點上兩束光就會產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，當兩束光線的振幅方向相同時，光線被加強，在視覺上產(chǎn)生亮視場，即彩虹斑紋。所以，鋼化玻璃應力分布越不均勻，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，可以明確導致鋼化玻璃出現(xiàn)彩虹斑紋現(xiàn)象的罪魁禍首是玻璃鋼化后的應力分布不均勻所造成的，如果玻璃在鋼化后應力分布越均勻，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，玻璃在進行風冷前玻璃各個區(qū)域的溫度必須做到高度的均勻一致，否則玻璃溫度相對高區(qū)域所產(chǎn)生的內(nèi)部張應力大，表面壓應力較小，玻璃溫度相對低的區(qū)域所產(chǎn)生的內(nèi)部張應力小，外部壓應力較大，最終導致玻璃表面產(chǎn)生分布不均勻的應力。玻璃加熱不均勻的主要因素是加熱爐的各個區(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，我們應當合理控制：1）爐內(nèi)溫度設定。在設定加熱爐溫度時，要充分考慮爐體邊部的散熱情況，爐體邊部的溫度設置要略高于中部爐體的爐溫設置。另外，要保證爐體邊部的密封良好，同時保溫棉無出現(xiàn)破損現(xiàn)象；2）要保證爐體內(nèi)溫度傳感器的準確性。對于出現(xiàn)故障的溫度傳感器要及時進行更換；3）不能正常進行加熱的加熱器（元件）及時進行更換；4）玻璃進爐前合理的上片碼放，不能反復使用某一種碼放排列方法，這樣會導致該區(qū)域溫度低于長時間未碼放玻璃的區(qū)域；5）加熱爐的爐絲布局對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玻璃的吹風冷卻

 

        加熱后的玻璃在進行急冷時，對鋼化應力的形成是非常重要的。加熱后的玻璃在進行急冷吹風時，由于吹風冷卻的不均勻也會導致應力的不均勻。冷卻強度越大，該區(qū)域玻璃表面的壓應力就越大，這樣，冷卻強度相對較大的區(qū)域就會形成玻璃表面層壓應力大，冷卻強度小的區(qū)域就會形成玻璃表面層的壓應力小。

 

        為了避免由于吹風冷卻過程而造成的應力分布不均勻，我們須控制：(1)必須保證鋼化爐急冷段的風柵所有吹風孔無遮擋，完全通透；(2)上、下風柵的導風管保證無破損漏氣且無折皺，特別是下風柵的導風管，在進行生產(chǎn)前要清理掉積壓在下風柵導風管上的碎玻璃渣；(3)保證風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冷段時，風冷段輥道也具有一定的導熱能力，玻璃與輥道接觸的部位被迅速冷卻，如果風冷段輥道所纏繞的芳綸繩的間隙不一致，同樣會造成玻璃的冷卻不均勻；(4)風冷段上、下風柵風眼孔徑的大小要一致，風眼的孔壁表面要保證光潔，不能存在金屬毛刺。如果風眼孔壁存在金屬毛剌很粗糙，吹出來的風一定程度上會被阻滯，也會對玻璃的均勻冷卻產(chǎn)生影響。

 

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

 

      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發(fā)生了偏振。光線從玻璃的表面以某一角度反射時，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，當可見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。無色透明玻璃（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，由于反射光經(jīng)過了存在應力的玻璃，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，對于有同樣應力不均勻的鋼化玻璃，我們看到的彩虹就會顯得更加嚴重。

 

      4 結(jié)語

 

        隨著人們審美水平的提高，對于鋼化玻璃在要求安全強度性能的同時，彩虹斑現(xiàn)象應當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力分布不均勻應當成為努力方向和目標。只要我們選用合理的鋼化設備和控制工藝，完全可以達到減少光彩虹斑現(xiàn)象的出現(xiàn)，達到對鋼化玻璃的美觀要求。