鋼化玻璃的爆開問題

鋼化玻璃爆開是由玻璃中硫化鎳(NiS)相變引起的體積膨脹所導(dǎo)致. 爆開率一般為2%左右。

引起爆開的硫化鎳直徑在0.04—0.65 mm之間，平均粒徑為0.2 mm, 硫化鎳在玻璃中一般位于

張應(yīng)力區(qū)，大部分集中在板芯部位的高張應(yīng)力區(qū).鋼化程度及鋼化均勻度都是通過影響臨界直

徑數(shù)值繼而影響爆開率。解決爆開的對策主要有: 控制鋼化應(yīng)力, 均質(zhì)處理(HST)等。其中對

玻璃進行均質(zhì)處理是較有效且根本的辦法。均質(zhì)處理的有效性取決于均質(zhì)爐的性能及均質(zhì)工藝，

必須重視爐內(nèi)玻璃放置方式、均質(zhì)溫度制度、爐內(nèi)氣流走向、以及對均質(zhì) 

2.爆開機理及影響因素 

2.2硫化鎳臨界直徑 

應(yīng)用斷裂力學(xué)的研究方法，Swain推導(dǎo)出下述公式[4]，可計算引起爆開的NiS的臨界直徑 Dc: 

Dc=( πK21c ) / (3.55 P00.5σ01.5)  

臨界直徑Dc 值取決于NiS周圍的玻璃應(yīng)力值σ0 。 式中應(yīng)力強度因子K1c=0,76 m0.5 Mpa，度

量相變及熱膨脹的因子P0= 615 Mpa . 

3.解決爆開的對策 

3.2 均質(zhì)處理(HST) 

均質(zhì)處理是公認的完全解決爆開問題的有效方法。將鋼化玻璃再次加熱到290oC左右并保溫一定時

間，使硫化鎳在玻璃出廠前完成晶相轉(zhuǎn)變，讓今后可能爆開的玻璃在工廠內(nèi)提前破碎。這種鋼化

后再次熱處理的方法，國外稱作 “Heat Soak Test”，簡稱 HST。我國通常將其譯成“均質(zhì)處理”，

也俗稱 “引爆處理”。

從原理上看，均質(zhì)處理似乎很簡單，許多廠家對此并不重視，認為可隨便選擇外購甚至自制均質(zhì)爐。

實際并非如此，玻璃中的硫化鎳夾雜物往往是非化學(xué)計量的化合物，含有比例不等的其他元素，其

相變速度高度依賴于溫度制度。 研究結(jié)果表明，280oC時的相變速率是250oC時的100倍, 因此必須

確保爐內(nèi)的各塊玻璃經(jīng)歷同樣的溫度制度。否則一方面有些玻璃溫度太高，會引起硫化鎳逆向相變;

另一方面溫度低的玻璃因保溫時間不夠，使得硫化鎳相變不完全。兩種情況均會導(dǎo)致無效的均質(zhì)處

理。筆者曾測試了多臺均質(zhì)爐的溫度制度，發(fā)現(xiàn)較好的進口爐也存在3 0oC以上的溫差，多臺國產(chǎn)

爐內(nèi)的溫差甚至超過 55oC。這或許解釋了經(jīng)均質(zhì)處理的玻璃仍然出現(xiàn)許多爆開的原因。 

3.2.1均質(zhì)爐 

均質(zhì)爐必須采用強制對流加熱的方式加熱玻璃。對流加熱靠熱空氣加熱玻璃，加熱元件布置在風道

中，空氣在風道中被加熱，然后進入爐內(nèi)。這種加熱方式可避免元件直接輻射加熱玻璃，引起玻璃

局部過熱。

對流加熱的效果依賴于熱空氣在爐內(nèi)的循環(huán)路線，因此均質(zhì)爐內(nèi)的氣體流股必須經(jīng)過精心設(shè)計，總

的原則是盡可能地使爐內(nèi)氣流通暢、溫度均勻。即使發(fā)生玻璃破碎，碎片也不能堵塞氣流通路。

只有全部玻璃的溫度達到至少280oC并保溫至少2小時，均質(zhì)處理才能達到滿意的效果。然而在日常

生產(chǎn)中，控制爐溫只能依據(jù)爐內(nèi)的空氣溫度。因此必須對每臺爐子進行標定試驗，找出玻璃溫度與

爐內(nèi)空氣溫度之間的關(guān)糸。爐內(nèi)的測溫點必須足夠多，以滿足處理工藝的需要。 

3.2.2玻璃堆置方式 

均質(zhì)爐內(nèi)的玻璃片之間是熱空氣的對流通道，因此玻璃的堆置方式對于均質(zhì)處理的質(zhì)量是較其重要

的。首先玻璃的堆置方向應(yīng)順應(yīng)氣流方向，不可阻礙空氣流股。其次，玻璃片與片之間的空隙須足

夠大，分隔物不能堵塞空氣通道，玻璃片之間至少須有2 0 mm的間隙，片之間不能直接接觸。對于

大片玻璃，玻璃很容易因相互緊貼引起溫差過大而破碎。 

3.2.3均質(zhì)溫度制度 

均質(zhì)處理的溫度制度也是決定均質(zhì)質(zhì)量的一個決定性因素。1990年版的德國標準 DIN 18516籠統(tǒng)規(guī)

定了均質(zhì)爐內(nèi)的平均爐溫為 290 +/-10oC，保溫時間長達8小時。實踐證明按此標準進行均質(zhì)處理的

玻璃爆開率還是較高，結(jié)果并不理想。因此，根據(jù)1994年以來的大量研究成果， 2000年的歐洲新標

準討論稿將規(guī)定改為: 均質(zhì)爐內(nèi)玻璃的溫度在290 +/-10oC下保溫2小時。多年累積的數(shù)據(jù)分析表明

，嚴格按新標準均質(zhì)處理過的玻璃，發(fā)生后續(xù)爆開的概率在0.01以下。此概率的意義是: 每1萬平方

米玻璃，在１年之內(nèi)再發(fā)生１例爆開的概率小于1%。由此才可自信地稱鋼化玻璃為 “安全玻璃”。 

4. 結(jié)語

硫化鎳相變是導(dǎo)致鋼化玻璃爆開的主要原因，完全解決鋼化玻璃爆開的辦法是進行科學(xué)有效地

均質(zhì)處理。在日常生產(chǎn)中控制鋼化應(yīng)力及鋼化均勻度也能有效地減少爆開發(fā)生。