平板玻璃一般以表面壓應(yīng)力大小的不同分為鋼化玻璃、半鋼化玻璃及退火玻璃。根據(jù)美國ASTMC1048-1997b標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，各種玻璃的表面壓應(yīng)力范圍為：鋼化玻璃>69MPa(10，000psi)，半鋼化玻璃為：24MPa(3500psi)~51MPa(7500psi)。我國新近出臺(tái)的>國家標(biāo)準(zhǔn)也對應(yīng)力作了明確要求，半鋼化玻璃為24-69MPa，鋼化玻璃為95MPa以上。
長期以來，國內(nèi)廠家由于長期缺乏檢測手段期對國際技術(shù)的了解，僅依賴大量的抗沖擊試驗(yàn)及碎片試驗(yàn)來確定鋼化生產(chǎn)工藝參數(shù)及對玻璃質(zhì)量的控制。不僅成本高昂，而且費(fèi)時(shí)費(fèi)力，反饋慢，可操作性極差，檢驗(yàn)工作往往流于形式，無法真正將批量產(chǎn)品質(zhì)量置于有效控制之下。對于半鋼化玻璃而言，抗沖擊及碎片試驗(yàn)無任何作用。以低成本快速方便地實(shí)現(xiàn)全面的質(zhì)量控制，必須采用應(yīng)力檢測方法來穩(wěn)定生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量。
表面應(yīng)力無損檢測技術(shù)有利于穩(wěn)定鋼化玻璃的生產(chǎn)及質(zhì)量，更重要的是為檢驗(yàn)半鋼化玻璃質(zhì)量提供了切實(shí)可行的測試手段。
1、玻璃應(yīng)力檢測原理
玻璃經(jīng)熱處理冷卻后，表面通常形成一定的壓力，其方向平行于玻璃表面。因玻璃表面壓應(yīng)力與內(nèi)部張應(yīng)力相互平衡、及應(yīng)力的各向同性，用垂直玻璃平面的透射光是無法測應(yīng)力的。
當(dāng)偏振光通過有應(yīng)力的玻璃時(shí)，形成二束相互垂直且傳播速度不同的光束，此現(xiàn)象即通常所稱的“雙折射”，雙折射率為：Dn=na-nb，Dn與玻璃中的應(yīng)力s成正比，即Dn=C*s。假設(shè)光線在玻璃中的傳播距離為t，則兩光束的光程差R=Dn*t，即應(yīng)力可由如下公式算出：
s=Dn/C或s=R/t*c
其中C稱為應(yīng)力光學(xué)常數(shù)，對于浮法玻璃，C=2。65。
目前測定表面應(yīng)力的方法可歸納為二種：微分表面折射法，和表面掠角偏光法
2、ORIHARA折原表面應(yīng)力儀
此種儀器由日本ORIHARA折原，中國建材院也研制成功了類似的儀器。ORIHARA折原表面應(yīng)力儀一般由光源、棱鏡、濾鏡、望遠(yuǎn)物鏡、測微目鏡等部分組成。
DSR的工作原理見圖二。當(dāng)一定入射角的光線到達(dá)玻璃與棱鏡的交界面時(shí)，由于雙折射率的不同，光束會(huì)分成以不同臨界角a，b反射返回棱鏡的兩路光束，通過用測微目鏡測定兩光束之間的距離，即可得到Dn數(shù)據(jù)并依據(jù)公式s=Dn/C算出應(yīng)力s值。
如果應(yīng)力s=100MPa，浮法玻璃的C=2。65′10-12m2/N，則依據(jù)公式Dn=C*s=0。000265。此數(shù)據(jù)極小，很難精確測定，因此DSR表面應(yīng)力儀精度不高，只能用于測定高應(yīng)力玻璃，不能用于半鋼化玻璃。ORIHARA折原公司在其儀器操作手冊中明確表示：“此儀器無意、也不能夠用于測定應(yīng)力值小于10，000psi（69MPa）的玻璃產(chǎn)品。”即此類儀器做的再好，也不能用于半鋼化玻璃。
ORIHARA折原工作原理圖。入射偏振光束進(jìn)入玻璃表面薄層，平行玻璃表面運(yùn)行一段距離t后離開玻璃，由于玻璃表面壓應(yīng)力作用，光束產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，其光程差可借助石英楔精確測出。石英楔可制成多種精度等級(jí)，因此無論應(yīng)力大小如何，ORIHARA折原均可精確地予以測定。
3、儀器校驗(yàn)方法
ORIHARA折原提供了一種校驗(yàn)表面應(yīng)力儀的方法，采用機(jī)械機(jī)構(gòu)在玻璃條上施加恒定的機(jī)械應(yīng)力，將計(jì)算得到的機(jī)械應(yīng)力數(shù)值與儀器測定數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，就能得到校驗(yàn)結(jié)果。
將寬為W，厚度等于t的玻璃條兩端簡支并在離兩端L。距離的位置上施加F力，則玻璃中間段表面應(yīng)力S=F′6L0/wt2。
此種方法的校驗(yàn)精確度主要取決于裝置各部分的幾何尺寸。L0數(shù)值誤差必須小于1%，這樣才能獲得1%精度的校驗(yàn)結(jié)果。玻璃斷面形狀也是非常重要的，斷面為10mm′75mm的玻璃作2mm′45°磨邊，則會(huì)減少斷面模量約1%，實(shí)際應(yīng)力比計(jì)算結(jié)果將同樣增加1%左右。
4、應(yīng)用
（1）鋼化玻璃
傳統(tǒng)檢驗(yàn)鋼化玻璃的方法是沖擊試驗(yàn)，GB9963及GB9656規(guī)定在50mm′50mm范圍內(nèi)的碎片數(shù)須大于40粒。試驗(yàn)表明，在鋼化玻璃應(yīng)力范圍內(nèi)，表面應(yīng)力值與碎片數(shù)存在著較好的對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)Jacobs給出的圖表，40粒碎片數(shù)對應(yīng)的表面應(yīng)力值約為82MPa。
(2)熱增強(qiáng)玻璃
熱增強(qiáng)玻璃在我國常被稱為“半鋼化玻璃”。國外在建筑上應(yīng)用非常普遍，有較好的抗風(fēng)壓能力。此種玻璃受自然災(zāi)害破壞后傾向于留在窗框內(nèi)不掉落，同時(shí)又可確保不會(huì)自爆。
需要指出，熱增強(qiáng)玻璃與鋼化玻璃是二種不同類型的玻璃，不能因?yàn)樗追Q“半鋼化玻璃”而簡單地認(rèn)為它是一種性能劣于鋼化玻璃的玻璃。一般說來，鋼化玻璃適用于人體能接觸到的部位及低層建筑。由于普通鋼化玻璃的自爆特性是難以*避免的（玻璃中的硫化鎳雜質(zhì)引起自爆），大量應(yīng)用中必定有一些在使用過程中自爆，碎片落下易傷人，因此高層建筑上應(yīng)盡量避免使用熱增強(qiáng)玻璃。如因其它原因必須使用鋼化玻璃，則應(yīng)選用經(jīng)老化處理的鋼化玻璃。
因碎片狀態(tài)類似于退火玻璃，半鋼化玻璃只能采用應(yīng)力測定的方法檢驗(yàn)其質(zhì)量。需要注意的是：ASTM規(guī)定熱增強(qiáng)玻璃的應(yīng)力范圍是24-51Mpa，鋼化玻璃的應(yīng)力須大于69MPa。應(yīng)力為51-69MPa范圍內(nèi)的玻璃是廢品，它既不能用作鋼化玻璃，也不能作為熱增強(qiáng)玻璃使用。
(3)鋼化安全玻璃
大量經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)鋼化玻璃用于安全玻璃用途時(shí)，其表面應(yīng)力值通常大于103MPa。常見的例子是汽車玻璃，如應(yīng)力小于103MPa，雖然碎片數(shù)仍能滿足有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，但玻璃強(qiáng)度略嫌不夠。在安裝及使用過程中，由于應(yīng)力不足以確保玻璃邊部不受損傷，常常發(fā)生玻璃碎裂的情況。
（4）熱彎玻璃
熱彎玻璃是一種退火玻璃，要求玻璃內(nèi)應(yīng)力盡可能小，確保玻璃不會(huì)因過大的不均勻應(yīng)力而破裂。典型的用途是魚缸玻璃，在彎曲部分應(yīng)力較集中，測定到的表面應(yīng)力一般在15MPa左右，易導(dǎo)致玻璃碎裂。通過檢測應(yīng)力值并有針對性地調(diào)整玻璃冷卻模式，最終可將局部應(yīng)力降至7MPa以下，基本解決彎角破裂問題。
