钢化玻璃自爆原因分析.doc

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1、1•钢化玻璃H曝问题一直困挠着广大玻璃钢化厂及玻璃用户。h爆可发生在工厂库房中及出厂后若干年之内。不时见到冇关玻璃台板、淋浴房、丁矿灯具玻璃、烤炉门玻璃、玻璃幕墙等钢化玻璃制品自曝的报道。如再不解决自爆问题，不但影响钢化玻璃的推广，甚至可能使钢化玻璃产品失去公众的信任。前儿年风行一时的用钢化玻璃制成的煤气灶台面，就是山于频繁的H爆报道而全军覆没，整个行业儿乎全面退出市场。澳大利亚研究人员对8幢建筑幕墙进行了长达12年的跟踪研究.在共计仃760块钢化玻璃，共发生306例自爆，自爆率为1.72%0广义H爆一般定义为钢化玻璃在无直接外力作用卜

2、发生H动炸裂的现彖。实际上，钢化加工过程中的自动曝裂与贮存、运输、使用过程中的自曝是二个完全不同的概念,二者不可混淆。前者一般山玻璃中的砂粒、气泡等夹杂物及人为造成的缺口、刮伤、爆边等T艺缺陷引起的。后者则主要山玻璃中硫化银(nis)相变引起的体积膨胀所导致⑵。只有后者才会引起严巫的质量问题及社会关注，所以一般提到的自爆均指后一种情况。目前还不能确切地知道玻璃中是如何混入鎳的,最大可能的来源是设备上使用的各种禽银合金部件及窑炉上使用的各种耐热合金。对于烧油的熔窑，曾报道在小炉中发现富鎳的凝结物。硫奄无疑问來源于配合料中及燃料中的含硫成份

3、。当温度超过4000OC时，硫化银以液滴形式存在「熔融玻璃中，这些小液滴的固化温度为797oco1克硫化银就能生成约1000个直径为0.15mm的小结石。2.自爆机理及影响因素2.1硫化®(nis)nis是一种晶体，存在二种晶相：高温相a-nis和低温相p-nis,相变温度为379oc.玻璃在钢化炉内加热时，因加热温度远高于相变温度，nis全部转变为a相。然而在随后的淬冷过程中,a-nis来不及转变为P-nis,从而被冻结在钢化玻璃中。在室温环境卜a-nis是不稳定的，仃逐渐转变为P-nis的趋势。这种转变伴随看约2-4%的体积膨胀，使

4、玻璃承受巨大的相变张应力，从而导致IH曝。典烈的nis引起的H爆碎片见图仁图2是从H爆后玻璃碎片中提収的nis结右的扫描电镜照片，其表面起伏不平、非常粗糙。上。图2.nis结石扌彳描电镜照片粗糙的表面是硫化图1.LI爆碎片形态图鎳结右的一个主要特征。bordeaux和kasper通过对250例自爆的研究[3],发现引起自爆的硫化银直径在0.04—0.65mmZ间，平均粒径为0.2mm（图3）。硫化银在玻璃中一般位于张应力区，大部分集中在板芯部位的高张应力区（图4）。处在压应力区的nis,—般不会导致自爆。图3.硫化银在玻璃中的位置分布统

5、计图4.硫化银结石直径分布2.2硫化银临界宜径应用断裂力学的研究方法，swain推导出下述公式[4],可计算引起自爆的nis的临界直径dedc=（Trk21c）/（3.55p00.5o01.5）临界直径de值取决于nis周围的玻璃应力值crO。式中应力强度因了k1c=0,76m0.5mpa,度量相变及热膨胀的因子p0=615mpa.2.3钢化程度钢化程度实质匕可归结于玻璃内应力的大小。jacob[5]给出了玻璃表面压应力值与50x50mm范由内碎片颗粒数之间的对应关糸（图5）。图5.玻璃表面应力与碎片数的关糸板芯张应力在数值卜.等于表面

6、压应力值的一半。美国astmC1048标准规定:钢化玻璃的表面应力范围为大于69mpa、热增强玻璃为24—52mpa。我国幕墙玻璃标准则规定应力范围为：钢化玻璃95mpa以上、半钢化24—69mpa。计算得到不同钢化程度玻璃的nis临界宜径de如表1:表1.玻璃的应力范I韦I及计算的相应硫化银结右的临界直径热增强玻璃astmc1048全钢化玻璃astmc1048板芯应力mpa1220263540506070临界宜径dc(pm)4962301559981584435显然，应力越大，临界宜径就越小，能引起自爆的nis颗粒也就越多，H爆率相应

7、就越高。我们在二台不同厂家制造的水平钢化炉上各随机选择了10块规格为275x300x8mm玻璃，用gasp表面应力仪测定了玻璃的表面压应力。，并计算了相应的临界直径de,数据如下表2及表3:表2.国产水平钢化炉(规格2400x3600mm)玻璃表面应力值及临界直径值样品号批次#1#2#3#4#5o(mpa)dc(pm)a(mpa)dc(pm)a(mpa)dc(pm)a(mpa)dc(pm)o(mpa)dc(pm)第一批次906882788673946410951第二批次9068946410951995911547表3.进口水平钢化炉(规

8、格2400x3600mm)玻璃表面应力值及临界宜径值样品号批次#1#2#3#4#5a(mpa)dc(pm)a(mpa)dc(pm)o(mpa)dc(pm)o(mpa)dc(pm)o(mpa)dc(pm)第一