一种物理钢化玻璃圆柱棒的制造方法技术

本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种物理钢化玻璃圆柱棒的制造方法
本专利技术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。
技术介绍
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。鉴此，设计一种能够制造出性能优异的物理钢化玻璃圆柱棒的物理钢化玻璃圆柱棒的制造方法，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，具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种物理钢化玻璃圆柱棒的制造方法，该制造方法能够成功制造出性能优异的物理钢化玻璃圆柱棒，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。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种物理钢化玻璃圆柱棒的制造方法，包括以下步骤：步骤1、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，所述的圆柱形玻璃棒为普通玻璃棒，其材料为软化点低于1300℃的玻璃，所述的器皿中水面高度大于所述的圆柱形玻璃棒的高度；步骤2、将所述的圆柱形玻璃棒装入所述的加热装置中，将所述的器皿摆放在所述的加热装置下方；步骤3、采用所述的加热装置对所述的圆柱形玻璃棒进行加热，当所述的加热装置的加热温度达到所述的圆柱形玻璃棒的软化点时，所述的圆柱形玻璃棒进入软化状态成为软态圆柱形玻璃棒，此时让所述的软态圆柱形玻璃棒自由落体落入所述的器皿的水中进行钢化；步骤4、当所述的器皿中的水自然冷却至常温后，所述的软态圆柱形玻璃棒完成钢化形成固态圆柱形玻璃棒，该固态圆柱形玻璃棒即为制备得到的物理钢化玻璃圆柱棒。所述的加热装置包括加热组件、安装架、耐高温1500℃以上的T型盖、耐高温1500℃以上的U型夹、耐高温1500℃以上的悬挂丝、用于探测所述的加热组件加热温度的电热偶、用于显示所述的加热组件加热温度的显示屏、接线座和固定夹，所述的加热组件包括耐高温1500℃以上的保温管、耐高温1500℃以上的加热管和电热丝，所述的加热管的内表面为光滑面，所述的加热管的外表面设置有螺旋状凹槽，所述的电热丝缠绕在所述的螺旋状凹槽中，所述的保温管同轴套设在所述的加热管的外侧，所述的保温管上开设有两个出线孔，所述的电热丝的两端能够一一对应从两个所述的出线孔处穿出至所述的保温管的外侧，所述的加热管的上端面和所述的保温管的上端面齐平，所述的加热管的下端面和所述的保温管的下端面也齐平，所述的T型盖上设置有第一过孔和第二过孔，所述的第一过孔位于所述的T型盖的中心处，所述的第二过孔位于所述的第一过孔的一侧，所述的第一过孔用于穿过所述的悬挂丝，所述的第二过孔用于安装所述的热电偶，所述的T型盖能够从所述的加热管的上端开口处塞入将所述的加热管的上端开口和所述的保温管的上端开口同时盖住，所述的接线座上设置有穿线孔，在非使用状态，所述的安装架、所述的加热组件、所述的T型盖、所述的U型夹、所述的接线座、所述的固定夹、所述的悬挂丝、所述的电热偶和所述的显示屏处于分离状态，在使用状态，所述的加热组件和所述的接线座分别安装在所述的安装架上，所述的T型盖塞在所述的加热管的上端开口处，所述的U型夹开口朝下位于所述的加热管内，所述的U型夹与所述的加热管的内表面不接触，所述的悬挂丝的下端与所述的U型夹的上端中心处固定连接，所述的悬挂丝的上端穿过所述的第一过孔和所述的穿线孔被所述的固定夹夹住固定，所述的热电偶安装在所述的第二过孔处，且与所述的显示屏连接，所述的电热丝的两端与外部电源连接。该结构中，加热装置结构简单，成本较低，易于制造和组装。所述的安装架包括沿竖直方向设置的竖板、第一横板、第二横板、第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种物理钢化玻璃圆柱棒的制造方法，其特征在于包括以下步骤：/n步骤1、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，所述的圆柱形玻璃棒为普通玻璃棒，其材料为软化点低于1300℃的玻璃，所述的器皿中水面高度大于所述的圆柱形玻璃棒的高度；/n步骤2、将所述的圆柱形玻璃棒装入所述的加热装置中，将所述的器皿摆放在所述的加热装置下方；/n步骤3、采用所述的加热装置对所述的圆柱形玻璃棒进行加热，当所述的加热装置的加热温度达到所述的圆柱形玻璃棒的软化点时，所述的圆柱形玻璃棒进入软化状态成为软态圆柱形玻璃棒，此时让所述的软态圆柱形玻璃棒自由落体落入所述的器皿的水中进行钢化；/n步骤4、当所述的器皿中的水自然冷却至常温后，所述的软态圆柱形玻璃棒完成钢化形成固态圆柱形玻璃棒，该固态圆柱形玻璃棒即为制备得到的物理钢化玻璃圆柱棒。/n

【技术特征摘要】
1.一种物理钢化玻璃圆柱棒的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1、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，所述的圆柱形玻璃棒为普通玻璃棒，其材料为软化点低于1300℃的玻璃，所述的器皿中水面高度大于所述的圆柱形玻璃棒的高度；
步骤2、将所述的圆柱形玻璃棒装入所述的加热装置中，将所述的器皿摆放在所述的加热装置下方；
步骤3、采用所述的加热装置对所述的圆柱形玻璃棒进行加热，当所述的加热装置的加热温度达到所述的圆柱形玻璃棒的软化点时，所述的圆柱形玻璃棒进入软化状态成为软态圆柱形玻璃棒，此时让所述的软态圆柱形玻璃棒自由落体落入所述的器皿的水中进行钢化；
步骤4、当所述的器皿中的水自然冷却至常温后，所述的软态圆柱形玻璃棒完成钢化形成固态圆柱形玻璃棒，该固态圆柱形玻璃棒即为制备得到的物理钢化玻璃圆柱棒。


2.根据权利要求1所述的一种物理钢化玻璃圆柱棒的制造方法，其特征在于所述的加热装置包括加热组件、安装架、耐高温1500℃以上的T型盖、耐高温1500℃以上的U型夹、耐高温1500℃以上的悬挂丝、用于探测所述的加热组件加热温度的电热偶、用于显示所述的加热组件加热温度的显示屏、接线座和固定夹，所述的加热组件包括耐高温1500℃以上的保温管、耐高温1500℃以上的加热管和电热丝，所述的加热管的内表面为光滑面，所述的加热管的外表面设置有螺旋状凹槽，所述的电热丝缠绕在所述的螺旋状凹槽中，所述的保温管同轴套设在所述的加热管的外侧，所述的保温管上开设有两个出线孔，所述的电热丝的两端能够一一对应从两个所述的出线孔处穿出至所述的保温管的外侧，所述的加热管的上端面和所述的保温管的上端面齐平，所述的加热管的下端面和所述的保温管的下端面也齐平，所述的T型盖上设置有第一过孔和第二过孔，所述的第一过孔位于所述的T型盖的中心处，所述的第二过孔位于所述的第一过孔的一侧，所述的第一过孔用于穿过所述的悬挂丝，所述的第二过孔用于安装所述的热电偶，所述的T型盖能够从所述的加热管的上端开口处塞入将所述的加热管的上端开口和所述的保温管的上端开口同时盖住，所述的接线座上设置有穿线孔，在非使用状态，所述的安装架、所述的加热组件、所述的T型盖、所述的U型夹、所述的接线座、所述的固定夹、所述的悬挂丝、所述的电热偶和所述的显示屏处于分离状态，在使用状态，所述的加热组件和所述的接线座分别安装在所述的安装架上，所述的T型盖塞在所述的加热管的上端开口处，所述的U型夹开口朝下位于所述的加热管内，所述的U型夹与所述的加热管的内表面不接触，所述的悬挂丝的下端与所述的U型夹的上端中心处固定连接，所述的悬挂丝的上端穿过所述的第一过孔和所述的穿线孔被所述的固定夹夹住固定，所述的热电偶安装在所述的第二过孔处，且与所述的显示屏连接，所述的电热丝的两端与外部电源连接。


3.根据权利要求2所述的一种物理钢化玻璃圆柱棒的制造方法，其特征在于所述的安装架包括沿竖直方...

【专利技术属性】
技术研发人员：张佳，郑宇轩，周风华，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33