引起鋼化玻璃爆裂的原因

   一、鋼化玻璃自爆及其分類
　　
　　1、鋼化玻璃自爆分類鋼化玻璃誕生開始，就伴隨著自爆問。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。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。
　　
　　2、不可控鋼化玻璃自爆的特點鋼化玻璃原因不清自爆的問題，責任難明。自爆時間沒有確定性，可能是剛出爐，也可能是出廠后1～2月，也有出廠1～2年才自爆的，引起鋼化玻璃較多自爆的時間可能是產品生產完成后的4～5年。據(jù)不完全了解，大部份廠家產品的概率是３‰左右的自爆率；個別廠家產品的概率可能還要高。鋼化玻璃自爆的根本原因是因為玻璃中含有硫化鎳及異質相顆粒雜質，雜質是如何混入的？現(xiàn)還未根本查清，玻璃中是如何混入鎳的，最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(fā)現(xiàn)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份。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℃。1克硫化鎳就能生成約1000個直徑為0.15mm的小結石。硫化鎳可以在生產完成后任何時候發(fā)生，故現(xiàn)在還不能完全杜絕，至今無有效地防止辦法稱為“玻璃幕墻的癌癥”。“玻璃幕墻的癌癥”出自著名建筑師福斯特之口：那年，由斯特事務所設計的倫敦市政廳塊從地板到天花板高度的玻璃破裂。這座市政廳靠近倫敦塔橋，全部用玻璃做覆面，承包商不得不著手檢查所有的內部玻璃。大倫敦市議會發(fā)言人說，根據(jù)初步調查，問題出在玻璃含有鎳硫化物上，也就是說，在建造過程中玻璃被鎳元素污染，鎳和玻璃中的硫化物進行化學反應，造成破裂。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(jīng)濟損失，造成業(yè)主的不滿甚至更為嚴重的其他后果。稱之為“玻璃幕墻的癌癥”。
　　
　　二、鋼化玻璃自爆率及自爆原因
　　
　?。?、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，必須確定統(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1.8mm；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，也不能徹底避免鋼化玻璃自爆。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率很大，所以鋼化玻璃雖經(jīng)熱浸處理，自爆依然不可避免。

2、鋼化玻璃不可控自爆的原因－硫化鎳（NiS）及異質相顆粒鋼化玻璃不可控自爆的來源不僅是傳統(tǒng)認識中的nis微粒，還有許多其它異質相顆粒。玻璃中的裂紋萌發(fā)和擴展主要是由于在顆粒附近處產生的殘余應力所致的。這類應力可分為兩類，一類是相變膨脹過程中的相變應力，另一類是由熱膨脹系數(shù)不匹配產生的殘余應力。硫化鎳（nis）及異質相顆粒。玻璃內部包含硫化鎳雜質，以小水晶狀態(tài)存在，在一般情況下，不會造成玻璃破損，但是由于鋼化玻璃重新加熱，改變了硫化鎳雜質的相態(tài)，硫化鎳的高溫α態(tài)在玻璃急冷時被凍結，他們在恢復到β態(tài)可能需要年的時間，由于低溫β態(tài)的硫化鎳雜質將產生體積增大，在玻璃內部產生局部的應力集中，這時鋼化玻璃自爆將發(fā)生。然而，僅僅比較大的雜質將引起自爆，而且僅僅當雜質在拉應力的核心部位時才能發(fā)生鋼化玻璃自爆。nis是一種晶體，存在二種晶相：高溫相α－nis和低溫相β－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?yōu)棣料?。然而在隨后的淬冷過程中，α－nis來不及轉變?yōu)棣拢璶is，從而被凍結在鋼化玻璃中。在室溫環(huán)境下，α－nis是不穩(wěn)定的，有逐漸轉變?yōu)棣拢璶is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，從而致自爆。從自爆后玻璃碎片中提取的nis結石的掃描電鏡照片中可看到，其表面起伏不平、非常粗糙。異質相顆粒引起鋼化玻璃自爆，可以破裂源處玻璃碎片的橫截面照片中看到，一個球形微小顆粒引起的首次開裂痕跡與二次碎裂的邊界區(qū)。
　　
　　3、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(jīng)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。
　　
　　4、鋼化玻璃自爆機理理論探討徑向應力r≥a切向應力r≥a顆粒與玻璃之間界面的應力對于異質顆粒在玻璃基體中，降溫過程溫是負的，所以顆粒周邊的徑向應力是壓力，切向應力是拉力。玻璃中間層球形單質硅顆粒的掃描電鏡圖像和邊緣擠壓形貌，顆粒周邊的徑向應力是壓力，切向應力是拉力，所以切向應力是裂紋啟始的根源。