[發明專利]一種物理鋼化玻璃圓柱棒的制造方法

在審

• 申請號: 202011414720.4
• 申請日: 2020-12-07
• 公開（公告）號: CN112624585A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 張佳;鄭宇軒;周風華
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: C03B27/02
• 分類號: C03B27/02
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理有限公司 33226
• 代理人: 方小惠

本發明公開了一種物理鋼化玻璃圓柱棒的制造方法，先準備一個加熱裝置、一根處于退火狀態的圓柱形玻璃棒以及一裝有室溫水的器皿，然后將圓柱形玻璃棒裝入加熱裝置中，將器皿擺放在加熱裝置下方，接著采用加熱裝置加熱，當加加熱溫度達到圓柱形玻璃棒的軟化點時，軟態圓柱形玻璃棒自由落體落入器皿的水中，當器皿中的水自然冷卻至常溫后，軟態圓柱形玻璃棒完成鋼化即為物理鋼化玻璃圓柱棒；優點是為物理鋼化玻璃圓柱棒自持破壞的研究提供實驗體，使物理鋼化玻璃圓柱棒自持破壞的研究從理論轉換為實體實驗，從而為與物理鋼化玻璃圓柱棒性能更為接近的某些防護系統的設計與性能評估提供實驗數據支撐，使這些防護設備的設計精度和性能得到提升。

技術領域

本發明涉及一種物理鋼化玻璃的制造方法，尤其是涉及一種物理鋼化玻璃圓柱棒的制造方法。

背景技術

脆性材料斷裂問題在科研和工程領域備受關注。裂紋在脆性材料的傳播規律和斷裂機理是斷裂力學的重要研究方向。研究脆性材料在破壞過程中裂紋的起裂條件、擴展路徑、破壞陣面的發展規律、碎片尺寸分布規律以及整個斷裂過程種的能量轉化關系既有深刻的科學價值又能對強化玻璃視窗、導彈透明陶瓷防護罩、陶瓷裝甲、混凝土掩體等防護系統的設計與性能評估提供理論計算模型和實驗支撐。

鋼化玻璃具有通明度高、應用廣泛以及能引起廣泛的研究興趣的優勢，因此是脆性材料斷裂研究領域的重要對象。目前對于退火玻璃、化學鋼化玻璃和物理鋼化玻璃強度問題(如抗彎強度、沖擊強度)的實驗和理論研究已經比較成熟。

上世紀80年代逐漸興起對玻璃破壞過程中的破壞波現象的研究。破壞波是指脆性材料在強載荷作用下裂紋迅速分叉、擴展，裂紋前端的傳播呈現出類似波陣面的現象。破壞波是極端條件下脆性材料破壞的一種特殊模式。針對破壞波的研究主要分為兩個方向，一個方向是以高速撞擊實驗為基礎，研究化學鋼化玻璃和物理鋼化玻璃的沖擊強度、破壞波傳播速度和剪切波速之間的規律。這一方面的研究已經比較成熟，基本揭示了強載荷作用下鋼化玻璃的力學性能與斷裂模式。另一個方向以鋼化玻璃自持破壞(鋼化玻璃自爆)實驗為基礎，研究物理鋼化玻璃的裂紋傳播與應變能轉化機制。物理鋼化玻璃處于內部受拉外部受壓的應力狀態，一旦局部發生破損，裂紋在鋼化玻璃殘余應力的作用下發生自持續地擴展并貫穿整個玻璃體。

目前，商業上只生產平板狀物理鋼化玻璃，因此關于物理鋼化玻璃自持破壞的研究目前主要集中在平板狀物理鋼化玻璃的破壞實驗。平板狀物理鋼化玻璃的自持破壞速度遠低于沖擊加載條件下的破壞速度，也低于材料的瑞利波速。由于平板狀物理鋼化玻璃應力梯度平行于其兩個平面，這對其光彈性觀察和內應力計算方面十分不便，因此對其內部裂紋擴展條件、破壞陣面附近的應力場無法進行定量分析，也就難以確定限制物理鋼化玻璃板中裂紋擴展速度的根本原因。而當前理論研究表明，圓柱狀的物理鋼化玻璃(即物理鋼化玻璃圓柱棒)相對于平板狀物理鋼化玻璃的鋼化程度范圍更寬，更加便于不同應力水平下裂紋擴展的比較研究；而且圓柱狀的物理鋼化玻璃內部應力分布在圓柱坐標系中，具有解析解，更有利于建立準確地斷裂力學模型；理論上圓柱狀的物理鋼化玻璃應變能密度更大，裂紋傳播速度更快，碎片尺寸更小。實際上，圓柱狀的物理鋼化玻璃相對于平板狀物理鋼化玻璃在科學研究中具有更為特殊的意義。因此在脆性材料動態斷裂研究領域對圓柱狀的物理鋼化玻也具有了比較高的需求。

然而，如上所述，目前商業上只生產平板狀物理鋼化玻璃，所以并沒有專門生產圓柱狀的物理鋼化玻的設備和工藝。平板狀物理鋼化玻璃與圓柱狀的物理鋼化玻在結構和性能上存在顯著差異，當前用于生產平板狀物理鋼化玻璃的設備都是針對平板狀物理鋼化玻璃做特殊設計，并不能適用于物理鋼化玻璃圓柱棒的生產。故此當前物理鋼化玻璃圓柱棒自持破壞的研究仍然處于理論研究狀態，無法進行實體實驗，故而無法得到相應的實驗數據，從而在與物理鋼化玻璃圓柱棒性能更為接近的某些防護系統的設計與性能評估中，也只能參照平板狀物理鋼化玻璃的實驗數據，最終導致這些防護設備的設計精度和性能可提升的空間還很大。