钢化玻璃
钢化玻璃也称为火玻璃（Tempered Glass）、强化玻璃，是一种预应力玻璃。它是在普通的玻璃表面采用物理或化学方法，形成一层压应力层，提高玻璃的硬度和强度，使玻璃能够抵抗较大的冲击和载荷。虽然钢化玻璃很硬，但随着使用时间的变长，玻璃应力层中的应力在外部载荷或温度冲击作用下会逐渐在某些缺陷处聚集并由压应力转变为拉应力。聚集的拉应力超过某一阈值，缺陷处的裂纹瞬间扩展延伸至整个玻璃，造成玻璃突然间地碎裂。
玻璃钢化的第一个专利于1874年由法国人获得，钢化方法是将玻璃加热到接近软化温度后，立即投入一温度相对低的液体槽中，使表面应力提高。随着建筑、汽车、装饰装修、家具、信息产业技术等行业的发展和人们对生活空间环境要求的提高，安全玻璃、节能中空玻璃等功能性加工产品得到广泛应用。
简史
钢化玻璃的发展最初可以追溯到17世纪中期，有一位叫罗伯特的莱茵国王子，曾经做过了一个有趣的实验，他把一滴熔融的玻璃液放在冰冷的水里，结果制成了一种极坚硬的玻璃。这种高强度的颗粒状玻璃就像水滴，拖有长而弯曲的尾巴，称为“罗伯特王子小粒”。当小粒的尾巴受到弯曲而折断时，令人奇怪的是整个小粒因此突然剧烈崩溃，甚至成了细粉。上述作法，很像金属的淬火，而这是玻璃的淬火。这种淬火并没有使玻璃的成分发生任何变化，所以又叫它是物理淬火（physical tempered），因此钢化玻璃称为淬火玻璃（tempered glass）。
玻璃钢化的第一个专利于1874年由法国人获得，钢化方法是将玻璃加热到接近软化温度后，立即投入一温度相对低的液体槽中，使表面应力提高。这种方法即是早期液体钢化方法。德国的Frederick Siemens于1875年获得一项专利，美国马萨诸塞州的Geovge E. Rogens于1876年将钢化方法应用于玻璃酒杯和灯柱。同年，新泽西州的HughO’heill获得了一项专利。
20世纪30年代，法国的圣戈班公司和美国的特立普勒克斯公司，以及英国的皮尔金顿公司都开始生产供给汽车作挡风用的大面积平板钢化玻璃。日本在20世纪30年代也相继进行了钢化玻璃工业生产。从此世界开始了大规模生产钢化玻璃的时代。
1970年以后，英国的Triplex公司用液体介质钢化厚度为0.75~1.5mm的玻璃获得成功，结束了物理钢化不能钢化薄玻璃的历史，这是钢化玻璃技术的一个重大突破。
中国钢化玻璃历史始于1955年，由上海耀华玻璃厂开始试制，1958年秦皇岛市钢化玻璃厂试产成功。1965年耀华玻璃厂开始生产军工用钢化玻璃，20世纪70年代洛阳玻璃厂首家引进了比利时钢化设备。同期沈阳玻璃厂化学钢化玻璃投入生产。
20世纪70年代开始钢化玻璃技术在世界范围内得到了全面的推广和普及，钢化玻璃在汽车、建筑、航空、电子等领域开始使用，尤其在建筑和汽车方面发展最快。
产品分类
形状分类
一类：钢化玻璃按形状分为平面钢化玻璃和曲面钢化玻璃。一般平面钢化玻璃厚度有11、12、15、19mm等十二种；曲面钢化玻璃厚度有11、15、19mm等八种，具体加工过后的厚度还是要看各厂家的设备和技术。但曲面(即弯钢化)钢化玻璃对每种厚度都有个最大的弧度限制。即平常所说的R R为半径。二类：钢化玻璃按其外观分为平钢化和弯钢化。三类：钢化玻璃按其平整度分为：优等品，合格品。优等品钢化玻璃用于汽车挡风玻璃；合格品用于建筑装饰。
工艺分类
一类：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（600℃）时，通过自身的形变消除内部应力，然后将玻璃移出加热炉，再用多头喷嘴将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。
二类：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。
钢化度分类
一类：钢化玻璃：钢化度=2~4N/cm，玻璃幕墙钢化玻璃表面应力α≥95Mpa；二类：半钢化玻璃：钢化度=2N/cm，玻璃幕墙半钢化玻璃表面应力24Mpa≤α≤69Mpa；三类：超强钢化玻璃：钢化度>4N/cm。
功用分类
按照钢化玻璃的功用可分为防眩玻璃、防火玻璃、节能玻璃、光伏玻璃四个大类。
制备方法
钢化玻璃是用普通平板玻璃或浮法玻璃加工处理而成。普通平板玻璃要求用特选品或一等品；浮法玻璃要求用优等品或一级品。生产钢化玻璃工艺有两种：一种是物理钢化玻璃，将普通平板玻璃或浮法玻璃在特定工艺条件下，经火法或风冷火法加工处理而成。另一种是化学钢化玻璃，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。钢化玻璃具有抗冲击强度高（比普通平板玻璃高4-5倍）、抗弯强度大（比普通平板玻璃高5倍)、热稳定性好以及光洁、透明、可切割等特点。在遇超强冲击破坏时，碎片呈分散细小颗粒状，无尖锐棱角，故又称安全玻璃。
性能参数
特点
安全性 当玻璃受外力破坏时，碎片会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。
高强度 同等厚度的钢化玻璃抗冲击强度是普通玻璃的3～5倍，抗弯强度是普通玻璃的3～5倍。
热稳定性 钢化玻璃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。
优点
第一是强度较之普通玻璃提高数倍，抗弯；第二是使用安全，其承载能力增大改善了易碎性质，即使钢化玻璃破坏也呈无锐角的小碎片，对人体的伤害极大地降低了。钢化玻璃的耐急冷急热性质较之普通玻璃有3~5倍的提高，一般可承受250度以上的温差变化，对防止热炸裂有明显的效果。是安全玻璃中的一种。为保障高层建筑提供合格材料安全性作保障。
缺点
其一、钢化后的玻璃不能再进行切割，和加工，只能在钢化前就对玻璃进行加工至需要的形状，再进行钢化处理。其二、钢化玻璃强度虽然比普通玻璃强，但是钢化玻璃有自爆（自己破裂）的可能性，而普通玻璃不存在自爆的可能性。其三、钢化玻璃的表面会存在凹凸不平的现象（风斑），有轻微的厚度变薄。变薄的原因是因为玻璃在热熔软化后，在经过强风力使其快速冷却，使其玻璃内部晶体间隙变小，压力变大，所以玻璃在钢化后要比在钢化前要薄。一般情况下4~6mm玻璃在钢化后变薄0.2~0.8mm，8~20mm玻璃在钢化后变薄0.9~1.8mm。具体程度要根据设备来决定，这也是钢化玻璃不能做镜面的原因。其四、通过钢化炉（物理钢化）后的建筑用的平板玻璃，一般都会有变形，变形程度由设备与技术人员工艺决定。在一定程度上，影响了装饰效果（特殊需要除外）。
产品应用
平钢化、弯钢化玻璃属于安全玻璃。广泛应用于高层建筑门窗、玻璃幕墙、室内隔断玻璃、采光顶棚、观光电梯通道、家具、玻璃护栏等。通常钢化玻璃可以应用在以下几个行业：
一、建筑，建筑模板，装饰行业（例：门窗、幕墙、室内装修等）；
二、家具制造行业（玻璃茶几、家具配套等）；
三、家电制造行业（电视机、烤箱、空调、冰箱等产品）；
四、电子、仪表行业（手机、MP3、MP4、钟表等多种数码产品）；
五、汽车制造行业（汽车挡风玻璃等）；
六、日用制品行业（玻璃菜板等）；
七、特种行业（军工用玻璃）。由于钢化玻璃破碎后，碎片会破成均匀的小颗粒并且没有普遍玻璃刀状的尖角，从而被称为安全玻璃而广泛用于汽车、室内装饰之中，以及高楼层对外开启的窗户。
标准规范
中国《钢化玻璃标准》(GB9963)规范规定：钢化玻璃具有比相同厚度退火玻璃高3-5倍的弯曲抗拉强度和抗冲击强度。《钢化玻璃规范》规定，检验30块玻璃试样的平均弯曲抗拉强度不得低于200MPa。钢化玻璃具有比相同厚度的退火玻璃高3倍的对温度迅速变化的耐力。破碎后的钢化玻璃呈无尖端的颗粒状，可避免伤人，不像一般玻璃破碎后呈锋利的碎片。《钢化玻璃规范》规定：厚度为4mm时，所有5块铜化玻璃试样最大碎片的质量不得大于15g。由于锏化玻璃在设计荷载下，表面总处于压应力状态，其表面的微裂缝始终闭合，故荷载的时间效应对强度影响也很小。
同时，根据应用场景不同，中国《玻璃幕墙工程技术规范))(JGJl02-96)另有特别规定：钢化玻璃的设计取值fg=84MPa，玻璃的边缘经过切割、打磨加工，强度有所降低，故边缘强度按大面强度的70％取用。铜化玻璃有很强的自应力，一旦局部受损，便会整块粉碎，玻璃板材必须按设计尺寸下料后再进行热处理，切割、倒角和打孔等项加工都必须在钢化前进行。同时，搬运、贮存、加工和施工过程部必须特别小心，防止表面划伤。
质量检测
钢化玻璃是将普通退火玻璃先切割成要求尺寸，然后加热到接近的软化点，再进行快速均匀的冷却而得到。钢化处理后玻璃表面形成均匀压应力，而内部则形成张应力，使玻璃的性能得以大幅度提高，抗拉度是后者的3倍以上，抗冲击力是后者的5倍以上。也正是这个特点，应力特征成为鉴别真假钢化玻璃的重要标志，那就是钢化玻璃可以透过偏振光片在玻璃的边部看到彩色条纹，而在玻璃的面层观察，可以看到黑白相间的斑点。偏振光片可以在照相机镜头或者眼镜中找到，观察时注意光源的调整，这样更容易观察。每块钢化玻璃上都有一个3C认证标志。
应急方法
自爆解决方案
钢化玻璃中应力的分布是钢化玻璃的两个表面为压应力，板芯层处于张应力，在玻璃厚度上应力分布类似抛物线。玻璃厚度的中央是抛物线的顶点，即张应力最大处；两侧接近玻璃两表面处是压应力；零应力面大约位于厚度的1/3处。通过分析钢化急冷的物理过程，可知钢化玻璃表面张力和内部的最大张应力在数值上有粗略的比例关系，即张应力是压应力的1/2～1/3。国内厂家一般将钢化玻璃表面张力设定在100MPa左右，实际情况可能更高一些。钢化玻璃自身的张应力约为32MPa～46MPa，玻璃的抗张强度是59MPa～62MPa，只要硫化镍膨胀产生的张力在30MPa，则足以引发自爆。
降低应力值
若降低其表面应力，相应地会降低钢化玻璃本身自有的张应力，从而有助于减少自爆的发生。美国标准ASTMC1048中规定钢化玻璃的表面应力范围为大于69MPa；半钢化（热增强）玻璃为24MPa～52MPa。幕墙玻璃标准BG17841则规定为半钢化应力范围24<；δ≤69MPa。中国实施的新国家标准GB15763。2-2005《建筑用安全玻璃第2部分：钢化玻璃》要求其表面应力不应小于90MPa。这比老标准中规定的95MPa降低了5MPa，有利于减少自爆。
应力均匀
钢化玻璃的应力不均，会明显增大自爆率，已经到了不容忽视的程度。应力不均引发的自爆有时表现得非常集中，特别是弯钢化玻璃的某具体批次的自爆率会达到令人震惊的严重程度，且可能连续发生自爆。其原因主要是局部应力不均和张力层在厚度方向的偏移，玻璃原片自身质量也有一定的影响。应力不均会大幅降低玻璃的强度，在一定程度上相当于提高了内部的张应力，从而自爆率提高了。如果能使钢化玻璃的应力均匀分布，则可有效降低自爆率。
热浸处理
热浸处理又称均质处理，俗称“引爆”。热浸处理是将钢化玻璃加热到290℃±10℃，并保温一定时间，促使硫化镍在钢化玻璃中快速完成晶相转变，让原本使用后才可能自爆的钢化玻璃人为地提前破碎在工厂的热浸炉中，从而减少安装后使用中的钢化玻璃自爆。该方法一般用热风作为加热的介质，国外称作“Heat Soak Test”，简称HST，直译为热浸处理。
从原理上看，热浸处理既不复杂，也无难度。但实际上达到这一工艺指标非常不易。研究显示，玻璃中硫化的具体化学结构式有多种，如Ni7S6、NiS、NiS1.01等，不但各种成分的比例不等，而且可能掺杂其他元素。其相变快慢高度依赖于温度的高低。研究表明，280℃时的相变速率是250℃时的100倍，因此必须确保炉内的各块玻璃经历同样的温度制度。否则一方面温度低的玻璃因保温时间不够，硫化镍不能完全相变，减弱了热浸的功效。另一方面，当玻璃温度太高时，甚至会引起硫化镍逆向相变，造成更大的隐患。这两种情况都会导致热浸处理劳而无功甚至适得其反。热浸炉工作时温度的均匀性是如此的重要，而多数国产热浸炉热浸保温时炉内的温差甚至达到60℃，国外引进炉存在30℃左右的温差也不少见。所以有的钢化玻璃虽经热浸处理，自爆率依然居高不下。
热浸工艺和设备也一直在不断地改进中。德国标准DIN18516在90年版中规定的保温时间为8小时，而prEN14179-1：2001（E）标准则将保温时间降到了2小时。新标准下热浸工艺的效果十分显著，并且有明确的统计性技术指标：热浸后可降到每400吨玻璃一例自爆。另一方面，热浸炉也在不断地改进设计和结构，加热均匀性也得到了明显提高，基本可以满足热浸工艺的要求。例如南玻集团热浸处理的玻璃，自爆率达到了欧洲新标准的技术指标，在12万平米的广州新机场超大工程中表现较为满意。
尽管热浸处理不能保证绝对不发生自爆，但确实降低了自爆的发生，实实在在地解决了困扰工程各方的自爆问题。所以热浸是世界上一致认可的彻底解决自爆问题的最有效方法。
包装运输
产品应用集装箱或木箱包装。每块玻璃应用塑料袋或纸包装，玻璃与包装箱之间用不易引起玻璃划伤等外观缺陷的轻软材料填实。具体要求应符合国家有关标准。包装标志 包装标志应符合国家有关标准的规定，每个包装箱应标明"朝上、轻搬正放、小心破碎、玻璃厚度、等级、厂名或商标"等字样。运输 产品所用各种类型的运输车辆、搬运规则等应符合国家有关规定。运输时，木箱不得平放或斜放，长度方向应与输送车辆运动方向相同，应有防雨等措施。贮存 产品应垂直贮存在干燥的室内。
自爆缺陷
钢化玻璃在无直接机械外力作用下发生的自动性炸裂叫做钢化玻璃的自爆。由于现代浮法玻璃生产技术不能完全消除硫化镍杂质的存在，所以钢化自爆不可避免，这是钢化玻璃的固有特性。我国现行标准（GB 15763.2-2005）对钢化玻璃自爆率暂时没有限制规定，据有关资料显示，我国目前钢化玻璃自爆率约为千分之三左右。产生自爆的原因很多，简单归纳以下几种：
其一、玻璃中有结石、杂质，气泡：玻璃中有杂质是钢化玻璃的薄弱点，也是应力集中处。特别是结石若处在钢化玻璃的张应力区是导致炸裂的重要因素。结石存在于玻璃中，与玻璃体有着不同的膨胀系数。玻璃钢化后结石周围裂纹区域的应力集中成倍地增加。当结石膨胀系数小于玻璃，结石周围的切向应力处于受拉状态。伴随结石而存在的裂纹扩展极易发生。
其二、玻璃中含有硫化镍结晶物，硫化镍夹杂物一般以结晶的小球体存在，直径在0.1-2㎜。外表呈金属状，杂夹物是Ni3S2，Ni7S6和Ni—XS，其中X=0-0.07。只有Ni1—XS相是造成钢化玻璃自发炸碎的主要原因。已知理论上的NIS在379。C时有一相变过程，从高温状态的α—NiS六方晶系转变为低温状态β—NiS三方晶系过程中，伴随出现2.38%的体积膨胀。这一结构在室温时保存下来。如果以后玻璃受热就可能迅速出现α—β态转变。如果这些杂物在钢化玻璃受张应力的内部，则体积膨胀会引起自发炸裂。如果室温时存在a-NIS，经过数年、数月也会慢慢转变到β态，在这一相变过程中体积缓慢增大未必造成内部破裂。玻璃在加热或冷却时沿玻璃厚度方向产生的温度梯度不均匀、不对称，使钢化制品有自爆的趋向，有的在激冷时就产生“风爆”。如果张应力区偏移到制品的某一边或者偏移到表面则钢化玻璃形成自爆。钢化程度的影响，实验证明，当钢化程度提高到1级/cm时自爆数达20%-25%。由此可见应力越大钢化程度越高，自爆量也越大。
其三、玻璃表面因加工过程或操作不当造成有划痕、炸口、深爆边等缺陷，易造成应力集中或导致钢化玻璃自爆。
清洗工艺
钢化玻璃超声波清洗机采用环保型水剂清洗工艺。其工作原理是利用超声波的空化效应并结合清洗剂的除污作用使工件表面达到洁净要求后，再采用1段回旋式隧道循环热风烘干炉对工件进行干燥，保证表面不残留污迹、水渍和其它杂质。
威固特钢化玻璃超声波清洗机是利用频率高于20KHZ的超声波信号，通过换能器转换成高频机械振荡而传入清洗介质中，超声波在清洗介质中疏密相间的向前辐射，使液体流动产生数以万计的微小气泡，这些气泡在超声波纵向传播的负压区形成并生长，而在正压区迅速闭合，这种现象称为空化现象。在空化现象中这些气泡的闭合形成超过1000个大气压的瞬间高压，连续不断地瞬间高压就像一连串小的爆炸，连续不断的轰击钢化玻璃表面，使物体表面及缝隙中的污垢迅速剥落，再加上IPA慢拉烘干进行干燥烘干，保证了钢化玻离表面和周边被清洗干净以及钢化玻璃表面干燥，达到清洗及烘干的效果。
未来发展
居民消费结构升级、鼓励企业自主创新、新农村建设和城镇化进程等都将保证国内市场对玻璃产品的中长期需求增长趋势不变。随着建筑、汽车、装饰装修、家具、信息产业技术等行业的发展和人们对生活空间环境要求的提高，安全玻璃、节能中空玻璃等功能性加工产品得到广泛应用。平板玻璃的供求格局和消费结构正在发生变化。玻璃行业的发展与国民经济的许多行业都存在着联系，玻璃行业对推动整个国民经济的发展都起着积极作用。因此“十一五”规划中也对玻璃产业的发展提出了具体要求。也颁布了各项法律法规来规范玻璃行业的健康发展。在新的形势下，玻璃工业必须按照科学发展观的要求，转变增长方式，有效调整产业结构，才能促进行业健康发展。
钢化玻璃是将优质的浮法玻璃加热接近软化点时，在玻璃表面急速冷却，使压缩应力分布在玻璃表面，而张引应力则在中心层。因为有强大相等的压缩应力，使外压所产生的张引应力被玻璃强大的压缩应力所抵消，从而增加玻璃的安全度。未来发展主要关注如下几个方面：强度提高：钢化后玻璃的机械强度、抗冲击性、抗弯强度能够达到普通玻璃的4-5倍。热稳定性提高：钢化玻璃可以承受巨大的温差而不会破损，抗拒变温差能力是同等厚度普通浮法玻璃的3倍。安全性提高：钢化玻璃受强力破损后，迅速呈现微小钝角颗粒，从而最大限度地保证人身安全。应用：家具、电子电器行业，建筑、装饰行业、浴房、汽车、扶梯、及其它特别需要安全及存在温差剧变的场所，并可作为中空玻璃和夹层玻璃的原片。
参考资料
北京科学中心.北京科学中心.2023-12-02
钢化玻璃的发展简介.中国建筑玻璃与工业玻璃协会.2023-11-24
钢化玻璃门窗有自爆风险，你知道吗?.央视网.2023-11-22