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鋼化玻璃自爆原因及解決辦法

發布時間:2016-06-28 09:23瀏覽次數:2256

  鋼化玻璃自爆及其分類

  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生破碎的現象。在鋼化加工、貯存、運輸、安裝、使用等過程中均可發生鋼化玻璃自爆。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)雜質膨脹引起的自爆。

  這是兩種不同類型的自爆,應明確分類,區別對待,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,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,造成業主的不滿甚至更為嚴重的其他后果。所以,硫化鎳引發的自爆是我們討論的重點。

  鋼化玻璃自爆機理

  鋼化玻璃內部的硫化鎳膨脹是導致鋼化玻璃自爆的主要原因。玻璃經鋼化處理后,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的。

  鋼化玻璃中硫化鎳晶體發生相變時,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極限時,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,硫化鎳處于高溫態的α-NiS晶相。當溫度繼續降至379℃時,發生晶相轉變成為低溫狀態的β-NiS,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,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的α-NiS相。隨后,玻璃進入風柵急冷,玻璃中的硫化鎳在379℃發生相變。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β-NiS而以高溫態硫化鎳α相被“凍結”在玻璃中??焖偌崩涫共AУ靡凿摶?,形成外壓內張的應力統一平衡體。在已經鋼化了的玻璃中硫化鎳相變低速持續地進行著,體積不斷膨脹擴張,對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力層,位于張應力層內的硫化鎳發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,足以引發鋼化玻璃的破裂即自爆。

  廣州玻璃廠家進一步實驗表明: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的硫化鎳均可引發自爆。另外,根據自爆研究統計結果分析,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。根據材料斷裂力學計算出硫化鎳引發自爆的平均粒徑為0.2mm.因此,國內外玻璃加工行業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域鋼化玻璃等。

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