鋼化玻璃自爆原因及鑒別方法

每到夏季，不少城市近期經常報道有高層建筑玻璃幕墻鋼化玻璃炸裂的事件發(fā)生。那么真的是像新聞中提到的玻璃被高溫燒烤爆炸嗎。帶您了解一下鋼化玻璃自爆的原因。

其實從鋼化玻璃誕生開始，就伴隨著自爆問題。鋼化玻璃自爆可以表述為鋼化玻璃在無外部直接作用的情況下而自動發(fā)生破碎的現(xiàn)象。在鋼化加工、貯存、運輸、安裝、使用等過程中均可發(fā)生鋼化玻璃自爆。

鋼化玻璃自爆率

國內的自爆率各生產廠家并不一致，從3%～0.3%不等。一般自爆率是按片數(shù)為單位計算的，沒有考慮單片玻璃的面積大小和玻璃厚度，所以不夠準確，也無法進行更科學的相互比較。為統(tǒng)一測算自爆率，須確定統(tǒng)一的假設。定出統(tǒng)一的條件：每5～8噸玻璃含有一個足以引發(fā)自爆的硫化鎳；每片鋼化玻璃的面積平均為1.8m2；硫化鎳均勻分布。則計算出6mm厚的鋼化玻璃計算自爆率為0.64%～0.54%，即6mm鋼化玻璃的自爆率約為3‰～5‰。這與國內高水平加工企業(yè)的實際值基本吻合。

即使完全按標準生產，也不能避免鋼化玻璃自爆。大型建筑物輕易就會用上幾百噸玻璃，這意味著玻璃中硫化鎳和異質相雜質存在的幾率很大，所以鋼化玻璃雖經熱浸處理，自爆依然不可避免

鋼化玻璃自爆機理

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）雜質和異質相顆粒引起鋼化玻璃自爆。BALLANTYNE于1961年提出鋼化玻璃自爆的硫化鎳機制。BORDEAUX和KASPER通過對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)異質相顆粒引起鋼化玻璃自爆。

這是兩種不同類型的自爆，應明確分類，區(qū)別對待，采用不同方法來應對和處理。前者一般目視可見，檢測相對容易，故生產中可控。后者則主要由玻璃中微小的硫化鎳顆粒體積膨脹引發(fā)，無法目測檢驗，故不可控。在實際運作和處理上，前者一般可以在安裝前剔除，后者因無法檢驗而繼續(xù)存在，成為使用中的鋼化玻璃自爆的主要因素。硫化鎳類自爆后更換難度大，處理費用高，同時會伴隨較大的質量投訴及經濟損失，造成業(yè)主的不滿甚至更為嚴重的其他后果。所以，硫化鎳引發(fā)的自爆是我們討論的要點。

玻璃經鋼化爐鋼化處理后，表面層形成壓應力。內部板芯層呈張應力，壓應力和張應力共同構成一個平衡體。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力引發(fā)的。

鋼化玻璃中硫化鎳晶體發(fā)生相變時，其體積膨脹，處于玻璃板芯張應力層的硫化鎳膨脹使鋼化玻璃內部產生更大的張應力，當張應力超過玻璃自身所能承受的限度時，就會導致鋼化玻璃自爆。國外研究證明：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。當溫度超過1000℃時，硫化鎳以液滴形式隨機分布于熔融玻璃液中。當溫度降至797℃時，這些小液滴結晶固化，硫化鎳處于高溫態(tài)的α-NiS晶相（六方晶體）。當溫度繼續(xù)降至379℃時，發(fā)生晶相轉變成為低溫狀態(tài)的β-NiS（三方晶系），同時伴隨著2.38%的體積膨脹。這個轉變過程的快慢，既取決于硫化鎳顆粒中不同組成物（包括Ni7S6、NiS、NiS1.01）的百分比含量，還取決于其周圍溫度的高低。如果硫化鎳相變沒有轉換完全，則即使在自然存放及正常使用的溫度條件下，這一過程仍然繼續(xù)，只是速度很低而已。

當玻璃鋼化加熱時，玻璃內部板芯溫度約620℃，所有的硫化鎳都處于高溫態(tài)的α-NiS相。隨后，玻璃進入風柵急冷，玻璃中的硫化鎳在379℃發(fā)生相變。與浮法退火窯不同的是，鋼化急冷時間很短，來不及轉變成低溫態(tài)β-NiS而以高溫態(tài)硫化鎳α相被“凍結”在玻璃中。快速急冷使玻璃得以鋼化，形成外壓內張的應力統(tǒng)一平衡體。在已經鋼化了的玻璃中硫化鎳相變低速持續(xù)地進行著，體積不斷膨脹擴張，對其周圍玻璃的作用力隨之加大。鋼化玻璃板芯本身就是張應力層，位于張應力層內的硫化鎳發(fā)生相變時體積膨脹也形成張應力，這兩種張應力疊加在一起，足以引發(fā)鋼化玻璃的破裂即自爆。

進一步實驗表明：對于表面壓應力為100MPa的鋼化玻璃，其內部的張應力為45MPa左右。此時張應力層中任何直徑大于0.06mm的硫化鎳均可引發(fā)自爆。另外，根據(jù)自爆研究統(tǒng)計結果分析，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)材料斷裂力學計算出硫化鎳引發(fā)自爆的平均粒徑為0.2mm.因此，國內外玻璃加工行業(yè)一致認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：玻璃開槽及鉆孔的不合理、玻璃原片質量較差、厚度不均如壓花玻璃、應力分布不均例如彎鋼化玻璃及區(qū)域鋼化玻璃等。

如何鑒別鋼化玻璃的自爆

首先看起爆點（鋼化玻璃裂紋呈放射狀，均有起始點）是否在玻璃中間，如在玻璃邊緣，一般是因為玻璃未經過倒角磨邊處理或玻璃邊緣有損傷，造成應力集中，裂紋逐漸發(fā)展造成的；如起爆點在玻璃中部，看起爆點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），如有仔細觀察兩小塊多邊形公用邊（蝴蝶的軀干部分）應有肉眼可見的黑色小顆粒（硫化鎳結石），則可判斷是自爆的；否則就應是外力破壞的。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結石位于二塊"蝴蝶斑"的界面上。 

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