鋼化玻璃自爆原因及鑒彆方法

每到夏季，國(guó)內(nèi)多個(gè)地區(qū)都進(jìn)入了“燒烤模式”。不少城市近期經(jīng)常報(bào)道有高層建築玻璃幕牆鋼化玻璃炸裂的事件發(fā)生。那麼真的是像新聞中提到的玻璃被高溫?zé)颈▎?。下麵就帶您了解一下鋼化玻璃自爆的原因。

      其實(shí)從鋼化玻璃誕生開始，就伴隨著自爆問(wèn)題。鋼化玻璃自爆可以表述為鋼化玻璃在無(wú)外部直接作用的情況下而自動(dòng)發(fā)生破碎的現(xiàn)象。在鋼化加工、貯存、運(yùn)輸、安裝、使用等過(guò)程中均可發(fā)生鋼化玻璃自爆。 

鋼化玻璃自爆率

      國(guó)內(nèi)的自爆率各生產(chǎn)廠家並不一致，從3%～0.3%不等。一般自爆率是按片數(shù)為單位計(jì)算的，冇有考慮單片玻璃的麵積大小和玻璃厚度，所以不夠準(zhǔn)確，也無(wú)法進(jìn)行更科學(xué)的相互比較。為統(tǒng)一測(cè)算自爆率，必須確定統(tǒng)一的假設(shè)。定出統(tǒng)一的條件：每5～8噸玻璃含有一個(gè)足以引發(fā)自爆的硫化鎳；每片鋼化玻璃的麵積平均為1.8m2；硫化鎳均勻分布。則計(jì)算出6mm厚的鋼化玻璃計(jì)算自爆率為0.64%～0.54%，即6mm鋼化玻璃的自爆率約為3‰～5‰。這與國(guó)內(nèi)高水平加工企業(yè)的實(shí)際值基本吻合。 

      即使完全按標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，也不能徹底避免鋼化玻璃自爆。大型建築物輕易就會(huì)用上幾百噸玻璃，這意味著玻璃中硫化鎳和異質(zhì)相雜質(zhì)存在的幾率很大，所以鋼化玻璃雖經(jīng)熱浸處理，自爆依然不可避免

鋼化玻璃自爆機(jī)理 

自爆按起因不同可分為兩種： 

      一是由玻璃中可見缺陷引起的自爆，例如結(jié)石、砂粒、氣泡、夾雜物、缺口、劃傷、爆邊等； 

      二是由玻璃中硫化鎳（NIS）雜質(zhì)和異質(zhì)相顆粒引起鋼化玻璃自爆。BALLANTYNE於1961年**提出鋼化玻璃自爆的硫化鎳機(jī)製。BORDEAUX和KASPERｒ通過(guò)對(duì)250例自爆的研究，發(fā)現(xiàn)引起自爆的硫化鎳直徑在0.04～0.65mm之間，平均粒徑為0.2mm。新發(fā)現(xiàn)異質(zhì)相顆粒引起鋼化玻璃自爆。 

      這是兩種不同類型的自爆，應(yīng)明確分類，區(qū)彆對(duì)待，采用不同方法來(lái)應(yīng)對(duì)和處理。前者一般目視可見，檢測(cè)相對(duì)容易，故生產(chǎn)中可控。後者則主要由玻璃中微小的硫化鎳顆粒體積膨脹引發(fā)，無(wú)法目測(cè)檢驗(yàn)，故不可控。在實(shí)際運(yùn)作和處理上，前者一般可以在安裝前剔除，後者因無(wú)法檢驗(yàn)而繼續(xù)存在，成為使用中的鋼化玻璃自爆的主要因素。硫化鎳類自爆後更換難度大，處理費(fèi)用高，同時(shí)會(huì)伴隨較大的質(zhì)量投訴及經(jīng)濟(jì)損失，造成業(yè)主的不滿甚至更為嚴(yán)重的其他後果。所以，硫化鎳引發(fā)的自爆是我們討論的重點(diǎn)。

      玻璃經(jīng)鋼化爐鋼化處理後，表麵層形成壓應(yīng)力。內(nèi)部板芯層呈張應(yīng)力，壓應(yīng)力和張應(yīng)力共同構(gòu)成一個(gè)平衡體。玻璃本身是一種脆性材料，耐壓但不耐拉，所以玻璃的大部分破碎是張應(yīng)力引發(fā)的。 

      鋼化玻璃中硫化鎳晶體發(fā)生相變時(shí)，其體積膨脹，處?kù)恫ＡО逍緩垜?yīng)力層的硫化鎳膨脹使鋼化玻璃內(nèi)部產(chǎn)生更大的張應(yīng)力，當(dāng)張應(yīng)力超過(guò)玻璃自身所能承受的極限時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致鋼化玻璃自爆。國(guó)外研究證明：玻璃主料石英砂或砂巖帶入鎳，燃料及輔料帶入硫，在1400℃～1500℃高溫熔窯燃燒熔化形成硫化鎳。當(dāng)溫度超過(guò)1000℃時(shí)，硫化鎳以液滴形式隨機(jī)分布於熔融玻璃液中。當(dāng)溫度降至797℃時(shí)，這些小液滴結(jié)晶固化，硫化鎳處?kù)陡邷貞B(tài)的α-NiS晶相（六方晶體）。當(dāng)溫度繼續(xù)降至379℃時(shí)，發(fā)生晶相轉(zhuǎn)變成為低溫狀態(tài)的β-NiS（三方晶係），同時(shí)伴隨著2.38%的體積膨脹。這個(gè)轉(zhuǎn)變過(guò)程的快慢，既取決於硫化鎳顆粒中不同組成物（包括Ni7S6、NiS、NiS1.01）的百分比含量，還取決於其周圍溫度的高低。如果硫化鎳相變冇有轉(zhuǎn)換完全，則即使在自然存放及正常使用的溫度條件下，這一過(guò)程仍然繼續(xù)，隻是速度很低而已。 

      當(dāng)玻璃鋼化加熱時(shí)，玻璃內(nèi)部板芯溫度約620℃，所有的硫化鎳都處?kù)陡邷貞B(tài)的α-NiS相。隨後，玻璃進(jìn)入風(fēng)柵急冷，玻璃中的硫化鎳在379℃發(fā)生相變。與浮法退火窯不同的是，鋼化急冷時(shí)間很短，來(lái)不及轉(zhuǎn)變成低溫態(tài)β-NiS而以高溫態(tài)硫化鎳α相被“凍結(jié)”在玻璃中?？焖偌崩涫共ＡУ靡凿摶纬赏鈮簝?nèi)張的應(yīng)力統(tǒng)一平衡體。在已經(jīng)鋼化了的玻璃中硫化鎳相變低速持續(xù)地進(jìn)行著，體積不斷膨脹擴(kuò)張，對(duì)其周圍玻璃的作用力隨之增大。鋼化玻璃板芯本身就是張應(yīng)力層，位於張應(yīng)力層內(nèi)的硫化鎳發(fā)生相變時(shí)體積膨脹也形成張應(yīng)力，這兩種張應(yīng)力疊加在一起，足以引發(fā)鋼化玻璃的破裂即自爆。 

      進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)表明：對(duì)於表麵壓應(yīng)力為100MPa的鋼化玻璃，其內(nèi)部的張應(yīng)力為45MPa左右。此時(shí)張應(yīng)力層中任何直徑大於0.06mm的硫化鎳均可引發(fā)自爆。另外，根據(jù)自爆研究統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析，95%以上的自爆是由粒徑分布在0.04mm～0.65mm之間的硫化鎳引發(fā)。根據(jù)材料斷裂力學(xué)計(jì)算出硫化鎳引發(fā)自爆的平均粒徑為0.2mm.因此，國(guó)內(nèi)外玻璃加工行業(yè)一致認(rèn)定硫化鎳是鋼化玻璃自爆的主要原因。 

鋼化玻璃自爆還有一些其他因素：玻璃開槽及鑽孔的不合理、玻璃原片質(zhì)量較差、厚度不均如壓花玻璃、應(yīng)力分布不均例如彎鋼化玻璃及區(qū)域鋼化玻璃等。 

如何鑒彆鋼化玻璃的自爆 

      首先看起爆點(diǎn)（鋼化玻璃裂紋呈放射狀，均有起始點(diǎn)）是否在玻璃中間，如在玻璃邊緣，一般是因?yàn)椴Ａ唇?jīng)過(guò)倒角磨邊處理或玻璃邊緣有損傷，造成應(yīng)力集中，裂紋逐漸發(fā)展造成的；如起爆點(diǎn)在玻璃中部，看起爆點(diǎn)是否有兩小塊多邊形組成的類似兩片蝴蝶翅膀似的圖案（蝴蝶斑），如有仔細(xì)觀察兩小塊多邊形公用邊（蝴蝶的軀乾部分）應(yīng)有肉眼可見的黑色小顆粒（硫化鎳結(jié)石），則可判斷是自爆的；否則就應(yīng)是外力破壞的。玻璃自爆典型特征是蝴蝶斑。玻璃碎片呈放射狀分布，放射中心有二塊形似蝴蝶翅膀的玻璃塊，俗稱“蝴蝶斑”。nis結(jié)石位於二塊"蝴蝶斑"的界麵上。