現(xiàn)如今，玻璃越來越受到消費者的青睞，不但有磨砂玻璃、熱熔玻璃、彩繪玻璃等裝飾效果較強的藝術玻璃，還有各種功能型玻璃，例如隔音降噪的夾膠玻璃、中空玻璃和隔熱阻燃的防火玻璃等。本篇文章將介紹玻璃碎裂的原理，幫助大家增廣見聞。

一、玻璃為什么會爆

        鋼化玻璃的爆開現(xiàn)象.

        鋼化玻璃在無直接機械外力作用下發(fā)生的自動性炸裂叫做鋼化玻璃的爆開.爆開是鋼化玻璃固有的特性之一.

        產生片爆的原因很多,簡單地歸納以下幾種:

        ①玻璃質量缺點的影響

        A.玻璃中有結石、雜質:玻璃中有雜質是鋼化玻璃的薄弱點,也是應力集中處.特別是結石若處在鋼化玻璃的張應力區(qū)是導致炸裂的重要因素.

        結石存在于玻璃中,與玻璃體有著不同的膨脹系數(shù).玻璃鋼化后結石周圍裂紋區(qū)域的應力集中成倍地增加.當結石膨脹系數(shù)小于玻璃,結石周圍的切向應力處于受拉狀態(tài).伴隨結石而存在的裂紋擴展較易發(fā)生.

        B.玻璃中含有硫化鎳結晶物

        硫化鎳夾雜物一般以結晶的小球體存在,直徑在0.1—2㎜.外表呈金屬狀,這些雜夾物是NI3S2,NI7S6和NI—XS,其中X=0—0.07.只有NI1—XS相是造成鋼化玻璃自發(fā)炸碎的主要原因.

        已知理論上的NIS在379.C時有一相變過程,從高溫狀態(tài)的a—NIS六方晶系轉變?yōu)榈蜏貭顟B(tài)B—NI三方晶系過程中,伴隨出現(xiàn)2.38%的體積膨脹.這一結構在室溫時保存下來.如果以后玻璃受熱就可能迅速出現(xiàn)a—B態(tài)轉變.如果這些雜物在鋼化玻璃受張應力的內部,則體積膨脹會引起自發(fā)炸裂.如果室溫時存在a—NIS,經過數(shù)年、數(shù)月也會慢慢轉變到B態(tài),在這一相變過程中體積緩慢加大末必造成內部破裂.

        C.玻璃表面因加式過程或操作不當造成有劃痕、炸口、深爆邊等缺點,易造成應力集中或導致鋼化玻璃爆開.

        ②鋼化玻璃中應力分布不均勻、偏移

        玻璃在加熱或冷卻時沿玻璃厚度方向產生的溫度梯度不均勻、不對稱.使鋼化制品有爆開的趨向,有的在激冷時就產生“風爆”.如果張應力區(qū)偏移到制品的某一邊或者偏移到表面則鋼化玻璃形成爆開.

        ③鋼化程度的影響,實驗證明,當鋼化程度提高到1級/㎝時爆開數(shù)達20—25%.由此可見應力越大鋼化程度越高,爆開量也越大.

二、玻璃怎么會自然爆開

        1.產品制作質量原因:

        玻璃質量缺點的影響如有玻璃內有雜質,或是玻璃表面因加工過程操作不當造成有劃痕、炸口、深爆邊等缺點,都會導致鋼化玻璃爆開.玻璃在加熱或冷卻時沿玻璃厚度方向產生的溫度梯度不均勻、不對稱.使鋼化制品有爆開的趨向,有的在激冷時就產生“風爆”.

        2.制作工藝和技術原因:

        鋼化玻璃內部的硫化鎳膨脹是導致鋼化玻璃爆開的主要原因.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(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較限時,就會導致鋼化玻璃爆開.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)鋼化玻璃的破裂即爆開.

        簡單的說,鎳元素在高溫狀態(tài)下非常的小,但在常溫狀態(tài)下,又會變大.鋼化玻璃在加熱過程中鎳元素會變小,但在急速冷卻時并沒有來及變回到常溫狀態(tài)時的體型,所以鋼化玻璃會爆開.國家規(guī)定,鋼化玻璃的爆開率為3‰.

相關概念

玻璃

        玻璃是非晶無機非金屬材料，一般是用多種無機礦物(如石英砂、硼砂、硼酸、重晶石、碳酸鋇、石灰石、長石、純堿等)為主要原料，另外加入少量輔助原料制成的。它的主要成分為二氧化硅和其他氧化物。普通玻璃的化學組成是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2或Na2O·CaO·6SiO2等，主要成分是硅酸鹽復鹽，是一種無規(guī)則結構的非晶態(tài)固體。廣泛應用于建筑物，用來隔風透光，屬于混合物。另有混入了某些金屬的氧化物或者鹽類而顯現(xiàn)出顏色的有色玻璃，和通過物理或者化學的方法制得的鋼化玻璃等。有時把一些透明的塑料（如聚甲基丙烯酸甲酯）也稱作農業(yè)生產體系玻璃。

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