[发明专利]一种物理钢化玻璃圆柱棒的制造方法

说明书

本发明公开了一种物理钢化玻璃圆柱棒的制造方法，先准备一个加热装置、一根处于退火状态的圆柱形玻璃棒以及一装有室温水的器皿，然后将圆柱形玻璃棒装入加热装置中，将器皿摆放在加热装置下方，接着采用加热装置加热，当加加热温度达到圆柱形玻璃棒的软化点时，软态圆柱形玻璃棒自由落体落入器皿的水中，当器皿中的水自然冷却至常温后，软态圆柱形玻璃棒完成钢化即为物理钢化玻璃圆柱棒；优点是为物理钢化玻璃圆柱棒自持破坏的研究提供实验体，使物理钢化玻璃圆柱棒自持破坏的研究从理论转换为实体实验，从而为与物理钢化玻璃圆柱棒性能更为接近的某些防护系统的设计与性能评估提供实验数据支撑，使这些防护设备的设计精度和性能得到提升。

技术领域

本发明涉及一种物理钢化玻璃的制造方法，尤其是涉及一种物理钢化玻璃圆柱棒的制造方法。

背景技术

脆性材料断裂问题在科研和工程领域备受关注。裂纹在脆性材料的传播规律和断裂机理是断裂力学的重要研究方向。研究脆性材料在破坏过程中裂纹的起裂条件、扩展路径、破坏阵面的发展规律、碎片尺寸分布规律以及整个断裂过程种的能量转化关系既有深刻的科学价值又能对强化玻璃视窗、导弹透明陶瓷防护罩、陶瓷装甲、混凝土掩体等防护系统的设计与性能评估提供理论计算模型和实验支撑。

钢化玻璃具有通明度高、应用广泛以及能引起广泛的研究兴趣的优势，因此是脆性材料断裂研究领域的重要对象。目前对于退火玻璃、化学钢化玻璃和物理钢化玻璃强度问题(如抗弯强度、冲击强度)的实验和理论研究已经比较成熟。

上世纪80年代逐渐兴起对玻璃破坏过程中的破坏波现象的研究。破坏波是指脆性材料在强载荷作用下裂纹迅速分叉、扩展，裂纹前端的传播呈现出类似波阵面的现象。破坏波是极端条件下脆性材料破坏的一种特殊模式。针对破坏波的研究主要分为两个方向，一个方向是以高速撞击实验为基础，研究化学钢化玻璃和物理钢化玻璃的冲击强度、破坏波传播速度和剪切波速之间的规律。这一方面的研究已经比较成熟，基本揭示了强载荷作用下钢化玻璃的力学性能与断裂模式。另一个方向以钢化玻璃自持破坏(钢化玻璃自爆)实验为基础，研究物理钢化玻璃的裂纹传播与应变能转化机制。物理钢化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，裂纹在钢化玻璃残余应力的作用下发生自持续地扩展并贯穿整个玻璃体。

目前，商业上只生产平板状物理钢化玻璃，因此关于物理钢化玻璃自持破坏的研究目前主要集中在平板状物理钢化玻璃的破坏实验。平板状物理钢化玻璃的自持破坏速度远低于冲击加载条件下的破坏速度，也低于材料的瑞利波速。由于平板状物理钢化玻璃应力梯度平行于其两个平面，这对其光弹性观察和内应力计算方面十分不便，因此对其内部裂纹扩展条件、破坏阵面附近的应力场无法进行定量分析，也就难以确定限制物理钢化玻璃板中裂纹扩展速度的根本原因。而当前理论研究表明，圆柱状的物理钢化玻璃(即物理钢化玻璃圆柱棒)相对于平板状物理钢化玻璃的钢化程度范围更宽，更加便于不同应力水平下裂纹扩展的比较研究；而且圆柱状的物理钢化玻璃内部应力分布在圆柱坐标系中，具有解析解，更有利于建立准确地断裂力学模型；理论上圆柱状的物理钢化玻璃应变能密度更大，裂纹传播速度更快，碎片尺寸更小。实际上，圆柱状的物理钢化玻璃相对于平板状物理钢化玻璃在科学研究中具有更为特殊的意义。因此在脆性材料动态断裂研究领域对圆柱状的物理钢化玻也具有了比较高的需求。

然而，如上所述，目前商业上只生产平板状物理钢化玻璃，所以并没有专门生产圆柱状的物理钢化玻的设备和工艺。平板状物理钢化玻璃与圆柱状的物理钢化玻在结构和性能上存在显著差异，当前用于生产平板状物理钢化玻璃的设备都是针对平板状物理钢化玻璃做特殊设计，并不能适用于物理钢化玻璃圆柱棒的生产。故此当前物理钢化玻璃圆柱棒自持破坏的研究仍然处于理论研究状态，无法进行实体实验，故而无法得到相应的实验数据，从而在与物理钢化玻璃圆柱棒性能更为接近的某些防护系统的设计与性能评估中，也只能参照平板状物理钢化玻璃的实验数据，最终导致这些防护设备的设计精度和性能可提升的空间还很大。