分析鋼化玻璃的爆開及原因

【中玻網(wǎng)】鋼化玻璃的爆開：
　　
　　鋼化玻璃在生產(chǎn)之后的搬運、儲存、安裝和使用過程中，有少量產(chǎn)品會突然破裂。爆開可發(fā)生在工廠庫房中及出廠后若干年之內(nèi)。不時見到有關(guān)玻璃臺板、淋浴房、工礦燈具玻璃、烤爐門玻璃、玻璃幕墻等鋼化玻璃制品爆開的報道。澳大利亞研究人員對8幢建筑幕墻進(jìn)行了長達(dá)12年的跟進(jìn)研究，在共計17760塊鋼化玻璃中，共發(fā)生306例爆開，爆開率為1．72％。長期以來，一直有人對這種現(xiàn)象進(jìn)行研究，目前，對這種現(xiàn)象已有如下一些解釋。
　　
　　鋼化玻璃爆開的主要原因：
　　
　　玻璃內(nèi)部存在硫化鎳結(jié)石是造成鋼化玻璃爆開的主要原因。這種觀點是目前全部上對鋼化玻璃白爆較主要的解釋，也是一個可以通過觀察現(xiàn)象、理論分析和試驗驗證的觀點。在有的全部(家)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中提到的“鋼化玻璃爆開”(spon—taneous breakage of tempered glass)實際上指的就是這種因玻璃內(nèi)部存在著微小的硫化鎳結(jié)石，導(dǎo)致鋼化玻璃自發(fā)破碎的現(xiàn)象。通過一些統(tǒng)計調(diào)查，大多數(shù)鋼化玻璃爆開現(xiàn)象就是這種原因造成的。
　　
　　制造鋼化玻璃的原片通常有浮法玻璃、壓花玻璃、平板玻璃等，這些產(chǎn)品中往往含有一種硫化鎳(NiS)結(jié)石。目前還不能確切地知道玻璃中是如何混入鎳的，非常大可能的來源是設(shè)備上使用的各種含鎳合金部件及窯爐上使用的各種耐熱合金。對于燒油的熔窯，曾報道在小爐中發(fā)現(xiàn)富鎳的凝結(jié)物。硫毫無疑問來源于配合料中及燃料中的含硫成分。
　　
　　當(dāng)溫度超過1000℃時，硫化鎳以液滴形式存在于熔融玻璃中，這些小液滴的固化溫度為797℃。lg硫化鎳就能生成約1000個直徑為0．15mm的小結(jié)石。NiS是一種晶體，存在兩種晶相：高溫相a-NiS和低溫相fi-NiS，相變溫度為379℃。玻璃在鋼化爐內(nèi)加熱時，因加熱溫度遠(yuǎn)高于相變溫度，NiS全部轉(zhuǎn)變?yōu)榭谙唷Ｈ欢陔S后的淬冷過程中，n—NiS來不及全部轉(zhuǎn)變?yōu)閜NiS，有一部分口-NiS被凍結(jié)在鋼化玻璃進(jìn)入室溫狀態(tài)中。但在室溫環(huán)境下，a-NiS是不穩(wěn)定的，有逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閜NiS的趨勢。這種轉(zhuǎn)變伴隨著約2％～4％的體積膨脹，使玻璃承受巨大的相變張應(yīng)力。若結(jié)石恰好存在于鋼化玻璃的張應(yīng)力區(qū)(玻璃板厚度方向的中部)，則這種相變過程往往會導(dǎo)致鋼化玻璃突然破碎，即通常所說的鋼化玻璃“爆開”。
　　
　　有時候，可以通過觀察鋼化玻璃破碎時狀態(tài)來發(fā)現(xiàn)硫化鎳結(jié)石。如果破碎后的鋼化玻璃仍保持原有形狀，如被碎片固定在框內(nèi)，或者碎片被貼膜粘在一起。典型的NiS引起的爆開碎片見圖3—16，玻璃碎片呈放射狀分布，一般可以根據(jù)碎片的形狀找到玻璃破碎的起始點，破碎起始點的碎片呈“蝴蝶斑”狀，從厚度方向往往可以看到一個小的黑粒，這就是位于兩塊“蝴蝶斑”的界面上的NiS結(jié)石。圖3—17是從爆開后玻璃碎片中提取的NiS結(jié)石的掃描電鏡照片，其表面起伏不平、非常粗糙。
　　
　　需要說明的是，有些研究認(rèn)為并非所有的NiS結(jié)石都會引起鋼化玻璃的爆開，引起爆開的結(jié)石臨界直徑一般為0．04～0．65ram之間，且臨界直徑值取決于結(jié)石周圍的玻璃應(yīng)力值。圖3—18是玻璃表面應(yīng)力值與50ram×50ram范圍內(nèi)碎片顆粒數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系�？梢�，應(yīng)力越大，臨界直徑就越小，能引起爆開的NiS顆粒也就越多，爆開率相應(yīng)就越高。當(dāng)同一塊玻璃板面各部分的加熱溫度及冷卻強度不一致時，會產(chǎn)生平面應(yīng)力。這種應(yīng)力疊加在厚度應(yīng)力上，使某些區(qū)域的實際板芯張應(yīng)力上升，引起臨界直徑值下降，較終導(dǎo)致爆開率增加。
　　
　　鋼化玻璃白爆的其他原因：
　　
　　鋼化玻璃破碎還有一些其他的原因，如鋼化時應(yīng)特別關(guān)注與模具接觸部位玻璃的冷卻均勻性，以盡可能減少該部位由于阻擋冷卻而形成的表面張應(yīng)力，這種應(yīng)力的存在也會導(dǎo)致玻璃日后的破碎。其他一些玻璃缺點如玻璃中的砂粒、氣泡等夾雜物及人為造成缺口、刮傷、爆邊缺點等也可能使鋼化玻璃在儲存、安裝和使用時破裂。