灯具用钢化玻璃
邹龙生 （上海亚明照明有限公司 ）
摘要 ：
灯具透光器材料要求高透光、机械强度好、耐热、化学稳定性能好；玻璃是一种无机非金属材料，在常温下一般呈非晶态固体。玻璃具有一系列优良的物理化学性能，特别是它的高透明度是其他材料所无法比拟的。因此，玻璃材料及其制品已经广泛的应用于各种灯具上。本文简单介绍了玻璃的工艺和性能，总结了玻璃设计及使用应该注意内容； 关键词：灯具、玻璃、应用 引言：
近年来，随着科学技术飞速发展，玻璃材料及其制品已经或正在进入高科技领域，并已成为不可取代的先进功能材料。
玻璃质灯罩虽有许多优点，但普通玻璃抗热冲击性能、抗机械冲击性能及安全性较差，虽然石英玻璃、透明微晶玻璃在耐温方面较好，但生产难度大，价格昂贵，且一旦破碎呈尖锐状大碎片，如在高空掉落将对行人和车辆造成伤害，故除了大功率灯具，做灯罩使用较少。而普通玻璃经过物理钢化后，耐热性和抗热冲击性及安全性能都得到大大提高，基本满足1000W以下功率灯具灯罩的要求。故目前灯罩主要采用钠钙钢化玻璃，以下就钠钙钢化玻璃的生产工艺及使用注意事项做简要介绍。
一．工艺及性能
众所周知，玻璃是一种脆性材料，强度比较低，因此玻璃的使用范围受到了很大限制。为进一步改善玻璃的机械性能、提高玻璃的抗冲击强度，科研人员研究出了许多行之有效的玻璃增强新理论、新技术、新工艺。如玻璃退火增强工艺、表面酸处理增强工艺（酸腐蚀）、火焰抛光增强工艺（同相愈合）、表面涂层法增强工艺（异相愈合）、物理钢化法增强工艺（风钢化或液体钢化）、化学钢化法增强工艺（喷涂法化学钢化或熔盐法化学钢化）、微晶化处理增强工艺以及制成复合材料等。其中尤以物理钢化增强工艺和化学钢化法增强工艺最受人们的关注，并得到广泛应用。
物理钢化玻璃增强工艺中的风冷钢化法是一种快捷且增强效果较明显的工艺。其工艺过程可简述为：玻璃经均匀加热到开始软化（但尚未达到变形温度），然后经高压空气流迅速均匀冷却，从而使玻璃表面形成分布均匀的压应力层，此处理过程可增加玻璃的热和机械强度，并使该种玻璃在破碎时，比普通玻璃更容易碎成小片和圆角，故称之为安全玻璃。但该工艺存在以下弱点：一般只适用于厚度较厚（≧3.0mm）及形状简单制品的增强，其二，经该工艺钢化过的玻璃容易发生翘曲变形而不能用于平面度要求高的产品(不平整度≧0.3%)，有≧0.3%的自爆现象。化学钢化法增强工艺是在不高于玻璃软化点的温度区内，将玻璃浸在碱离
子的熔盐中，用熔盐中半径较大的碱离子臵换玻璃网络中半径较小的碱离子以“充实”玻璃网络结构，通过离子交换后的“挤塞”效应，在玻璃表面形成压应力层来提高玻璃的机械强度并同时改善玻璃的热稳定性等。通常经化学钢化后的玻璃要比普通玻璃强度提高三至四倍(理论来说更高)。对于超薄、尺寸较小或形状复杂的制品的钢化具有重要的实用价值，虽然化学钢化玻璃表面压应力非常高，但与之相平衡的中间张应力很小，因此化学钢化玻璃不存在自爆现象，但化学钢化玻璃的抗热冲击性能较差，也不是安全玻璃，其破碎后的碎片状态类似于普通退火玻璃破碎后的状态。当其用于涉及人身安全的场所时，需对其进行进一步加工或预防处理。 按生产工艺分，钠钙平板玻璃可分为：
1.垂直引上(弗克法，目前已淘汰) 玻璃 2.平拉(柯尔本法) 玻璃
3.浮法玻璃(目前灯具用玻璃基片除低端产品外大部份为浮法玻璃) 4.压延玻璃(压花玻璃)
灯罩用玻璃以物理钢化为主，这类灯罩一般分平面和曲面两种。平面灯罩在投光灯、泛光灯、工厂灯应用较多，曲面玻璃在路灯灯具上应用较多。
玻璃在钢化前可开孔，单面或双面磨沙，釉面印刷，钢化后可工不同功能的镀膜 和透明高温彩色涂料的喷涂。
表1.灯罩常用玻璃的性能
玻璃品种 同片温差耐热冲击（℃） 最高使用安全应力松驰温膨涨系数 （℃） 温度（℃） 玻璃 度（℃） 普通浮法玻璃40 40-100 120 否 没有应力松8.8X10-6/℃（钠钙玻璃） (19-1.9mm) 驰 。 透明物理钢化玻＞150 ＞200 短期：300 是 ＞260℃开始 8.8X10-6/℃璃（钠钙玻璃） (6.0-3.0mm) 长期：250 。 -6釉面印刷物理钢＞150 ＞180 短期：300 是 ＞260℃开始 8.8X10/℃化玻璃 6.0-3.0mm) 长期：250 。 -6化学钢化（钠钙120-180 160-180 短期：320 否 ＞300℃开始 8.8X10/℃玻璃） (4.0-1.1mm) 长期：280 。 普通硼硅盐酸玻120 130-190 短期：500 否 没有应力松3.3X10-6/℃璃 (6.5-2.0mm) 长期：450 驰 。 热强化硼硅盐酸＞160 200-260 短期：300 否 ＞250℃开始 3.3X10-6/℃玻璃 (6.5-2.0mm) 长期：250 。 陶瓷玻璃（微晶≦700 ≦700 短期：760 否 没有应力松（0±0.5）-6玻璃） (5.0-3.0mm) 长期：610 驰 X10/℃。 术语解释: *同片温差:指玻璃中心温度高，边缘温度低（或内表面中心和外表面边缘温 度差）而没有破损的最大承受温度
* 耐热冲击:指玻璃可承受最大的温度变化。（如下雨溅水,溅雪的突然降温。） *最高使用温度:在这个规范温度内使用,不会影响玻璃的其他性能.
注：各种温度指数和玻璃的开孔直径、位臵有关，釉面印刷的和颜色及釉层厚度、印刷面和非印刷面有关。
*安全玻璃：安全玻璃一旦破裂时为小颗粒（无锐边）不会伤人.非安全玻璃在发生破裂时会存在风险。
表2.不同基片及加工后的透过率
材料 3mm超白浮法玻璃双面增透膜处理 4mm高透减反压花玻璃单面自洁处理 4mm高透减反压花玻璃 4mm超白浮法玻璃 5mm布纹压花玻璃 5mm透明浮法玻璃 5mm浮法玻璃单面300目细磨沙(沙面对光源) 5mm浮法玻璃单面300目细磨沙(光面对光源) 5mm浮法玻璃单面80目粗磨沙(沙面对光源) 5mm浮法玻璃单面80目粗磨沙(光面对光源) 380nm-680nm平均透射率 98.00% 93.30% 91.80% 91.00% 88.40% 87.00% 85.82% 81.07% 80.88% 73.17%
二．设计及应用
工程人员在灯具设计时，应根据灯具功率、应用场所及灯具结构来确定采用何种材料的玻璃。
灯罩外表面温度超过250℃(1000Ｗ以上时)一般采用微晶玻璃，下照型灯具(无冷热急变发生的应用场所)，也可采用化学钢化钠钙玻璃，该玻璃可满足这类功率灯具的耐热性要求。这两种玻璃都不是安全玻璃，破裂时为大块的尖锐状碎片，故需加装防护网。同时微晶玻璃与钢化玻璃相比抗机械冲击性能较差。
灯罩外表面温度低于250℃时，物理钢化的钠钙玻璃的热性能和抗机械冲击性能基本能满足要求。但釉面印刷和开孔会降低这二种性能，所以在透光面积小和工作温度高的灯具上尽可能使用无釉面印刷和不开孔且厚度薄透过率高的钢化玻璃，压花玻璃和磨沙玻璃漫散射效果较好，但由于压花表面的凹凸点的厚度差使钢化后应力分布不均匀，磨沙后透过率减低造成温度堆积等因素，建议不在户外有冷热急变的灯具上使用。
采用萤光灯为光源的隧道灯或工厂灯在结构合理时采用半钢化玻璃最佳，半钢化玻璃没有自爆隐患。
工程技术人员在设计使用时应遵循如下建议： a）
当玻璃板上的钻孔与灯具铰接时，孔应衬垫及精心设计(见开
孔规范图示1-3)， 尽可能避开会遭受热应力的部位。 b）
应尽量避免玻璃与金属硬接触，如有金属搭扣结构时与玻璃的