1、1钢化玻璃的自爆问题摘要：钢化玻璃自爆是由玻璃中硫化镍(NiS)相变引起的体积膨胀所导致。自爆率一般为 2%左右。引起自爆的硫化镍直径在 0.040.65 mm 之间，平均粒径为 0.2 mm，硫化镍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。钢化程度及钢化均匀度都是通过影响临界直径数值继而影响自爆率。解决自爆的对策主要有：控制钢化应力,均质处理(HST)等。 关键词：钢化玻璃;自爆;硫化镍;应力;均质处理 中图分类号: TQ171 文献标识码：A 一、导言 钢化玻璃自爆问题一直困挠着广大玻璃钢化厂及玻璃用户。自爆可发生在工厂库房中及出厂后若干年之内。不时见到有关玻璃台板、淋浴
2、房、工矿灯具玻璃、烤炉门玻璃、玻璃幕墙等钢化玻璃制品自爆的报道。广义自爆一般定义为钢化玻璃在无直接外力作用下发生自动炸裂的现象。实际上，钢化加工过程中的自动爆裂与贮存、运输、使用过程中的自爆是二个完全不同的概念，二者不可混淆。前者一般由玻璃中的砂粒、气泡等夹杂物及人为造成的缺口、刮伤、爆边等工艺缺陷引起的。后者则主要由玻璃中硫化镍(NiS)相变引起的体积膨胀所导致。只有后者才会引起严重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镍的，最大可能的来源2是设备上使用的各种含镍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镍的
3、凝结物。硫毫无疑问来源于配合料中及燃料中的含硫成份。 二、自爆机理及影响因素（一）硫化镍(NiS) NiS 是一种晶体，存在二种晶相：高温相 -NiS 和低温相 -NiS，相变温度为 379 。 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 相。然而在随后的淬冷过程中， -NiS 来不及转变为 -NiS，从而被冻结在钢化玻璃中。在室温环境下，-NiS 是不稳定的，有逐渐转变为-NiS 的趋势。这种转变伴随着约 2%-4%的体积膨胀，使玻璃承受巨大的相变张应力，从而导致自爆。 （二）钢化程度钢化程度实质上可归结于玻璃内应力的大小。Jacob 给出了玻璃表面压应力值与 50
4、mm 50 mm 范围内碎片颗粒数之间的对应关糸。玻璃表面应力与碎片数的关糸，板芯张应力在数值上等于表面压应力值的 1/2。 （三）钢化均匀度钢化均匀度是指同一块玻璃不同区域的应力一致性，可测定由同一块玻璃平面各部分的加热温度及冷却强度不一致产生的平面应力(area stress)，这种应力叠加在厚度应力上，使一些区域的实际板芯张应力上升，引起临界直径 Dc 值下降，最终导致自爆率增加。三、解决自爆的对策（一）控制钢化应力如上所述，钢化应力越大，硫化镍结石的临界半径就越小，能引起自爆的结石就越多。显然，钢化应力应控制在适当的范围内，这样既可保证钢化碎片颗粒度满足有关标准，也能避免高应力引起的不
5、必要自爆风险。平面应力(钢化均匀度)应越小越好，这样不仅减小自爆风险，而且能提高钢化玻璃的平整度。己发展3出无损测定钢化玻璃表面压应力的方法和仪器。目前测定表面应力的方法主要有二种:差量表面折射仪法和临界角表面偏光仪法。两种方法各有优缺点。DSR 应力仪售价较低、可测定化学钢化玻璃，但操作要求较高、不易掌握、测量精度相对较低。GASP 应力仪工作可靠、精度高、易校验，不足之处是价格较贵。钢化均匀度(平面应力)测定较简单，利用平面透射偏振光就能定性分析。 （二）均质处理(HST)均质处理是公认的彻底解决自爆问题的有效方法。将钢化玻璃再次加热到 290左右并保温一定时间，使硫化镍在玻璃出厂前完成晶
6、相转变，让今后可能自爆的玻璃在工厂内提前破碎。这种钢化后再次热处理的方法，国外称作 “Heat Soak Test”，简称 HST。我国通常将其译成“均质处理” ，也俗称 “引爆处理” 。 1.均质炉 均质炉必须采用强制对流加热的方式加热玻璃。对流加热靠热空气加热玻璃，加热元件布置在风道中，空气在风道中被加热，然后进入炉内。这种加热方式可避免元件直接辐射加热玻璃，引起玻璃局部过热。只有全部玻璃的温度达到至少 280并保温至少 2 小时，均质处理才能达到满意的效果。 2.玻璃堆置方式均质炉内的玻璃片之间是热空气的对流通道，因此玻璃的堆置方式对于均质处理的质量是极其重要的。首先玻璃的堆置方向应顺应
7、气流方向，不可阻碍空气流股。其次，玻璃片与片之间的空隙须足够大，分隔物不能堵塞空气通道，玻璃片之间至少须有 20 mm 的间隙，片之间不能直接接触。对于大片玻璃，玻璃很容易因相互紧贴引起4温差过大而破碎。3.均质温度制度均质处理的温度制度也是决定均质质量的一个决定性因素。根据 1994 年以来的大量研究成果， 2000 年的欧洲新标准讨论稿规定：均质炉内玻璃的温度在 290 +/-10下保温 2 小时。多年累积的数据分析表明，严格按新标准均质处理过的玻璃，发生后续自爆的概率在 0.01 以下。 （三）浮法玻璃生产工艺 玻璃中的硫化镍夹杂物是导致钢化玻璃自爆的本质原因，人们自然地想到是否有可能在浮法玻璃生产过程中减少或消除此杂质。从技术角度看，目前世界上最先进的玻璃缺陷自动检测仪也只能检测大于 0.2 mm的点缺陷，试图在浮法生产线上将有缺陷的玻璃全部挑出来几乎是不可能的。 四、结语硫化镍相变是导致钢化玻璃自爆的主要原因，彻底解决钢化玻璃自爆的唯一办法是进行科学有效地均质处理。在日常生产中控制钢化应力及钢化均匀度也能有效地减少自爆发生。
