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【中玻網】鋼化玻璃的爆開:
鋼化玻璃在生產之后的搬運、儲存、安裝和使用過程中,有少量產品會突然破裂。爆開可發生在工廠庫房中及出廠后若干年之內。不時見到有關玻璃臺板、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幢建筑幕墻進行了長達12年的跟進研究,在共計17760塊鋼化玻璃中,共發生306例爆開,爆開率為1.72%。長期以來,一直有人對這種現象進行研究,目前,對這種現象已有如下一些解釋。
鋼化玻璃爆開的主要原因:
玻璃內部存在硫化鎳結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象、理論分析和試驗驗證的觀點。在有的全部(家)標準、企業標準中提到的“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部存在著微小的硫化鎳結石,導致鋼化玻璃自發破碎的現象。通過一些統計調查,大多數鋼化玻璃爆開現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,這些產品中往往含有一種硫化鎳(NiS)結石。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,曾報道在小爐中發現富鎳的凝結物。硫毫無疑問來源于配合料中及燃料中的含硫成分。
當溫度超過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℃。玻璃在鋼化爐內加熱時,因加熱溫度遠高于相變溫度,NiS全部轉變為口相。然而在隨后的淬冷過程中,n—NiS來不及全部轉變為pNiS,有一部分口-NiS被凍結在鋼化玻璃進入室溫狀態中。但在室溫環境下,a-NiS是不穩定的,有逐漸轉變為pNiS的趨勢。這種轉變伴隨著約2%~4%的體積膨脹,使玻璃承受巨大的相變張應力。若結石恰好存在于鋼化玻璃的張應力區(玻璃板厚度方向的中部),則這種相變過程往往會導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來發現硫化鎳結石。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,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結石。圖3—17是從爆開后玻璃碎片中提取的NiS結石的掃描電鏡照片,其表面起伏不平、非常粗糙。
需要說明的是,有些研究認為并非所有的NiS結石都會引起鋼化玻璃的爆開,引起爆開的結石臨界直徑一般為0.04~0.65ram之間,且臨界直徑值取決于結石周圍的玻璃應力值。圖3—18是玻璃表面應力值與50ram×50ram范圍內碎片顆粒數之間的對應關系。可見,應力越大,臨界直徑就越小,能引起爆開的NiS顆粒也就越多,爆開率相應就越高。當同一塊玻璃板面各部分的加熱溫度及冷卻強度不一致時,會產生平面應力。這種應力疊加在厚度應力上,使某些區域的實際板芯張應力上升,引起臨界直徑值下降,較終導致爆開率增加。
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,如鋼化時應特別關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力,這種應力的存在也會導致玻璃日后的破碎。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。
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