現(xiàn)如今，玻璃越來越受到消費(fèi)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(qiáng)的藝術(shù)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(jī)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(chǎn)生片爆的原因很多,簡單地歸納以下幾種:

        ①玻璃質(zhì)量缺點(diǎn)的影響

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

        結(jié)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(jié)石周圍裂紋區(qū)域的應(yīng)力集中成倍地增加.當(dāng)結(jié)石膨脹系數(shù)小于玻璃,結(jié)石周圍的切向應(yīng)力處于受拉狀態(tài).伴隨結(jié)石而存在的裂紋擴(kuò)展較易發(fā)生.

        B.玻璃中含有硫化鎳結(jié)晶物

        硫化鎳夾雜物一般以結(jié)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)變.如果這些雜物在鋼化玻璃受張應(yīng)力的內(nèi)部,則體積膨脹會引起自發(fā)炸裂.如果室溫時存在a—NIS,經(jīng)過數(shù)年、數(shù)月也會慢慢轉(zhuǎn)變到B態(tài),在這一相變過程中體積緩慢加大末必造成內(nèi)部破裂.

        C.玻璃表面因加式過程或操作不當(dāng)造成有劃痕、炸口、深爆邊等缺點(diǎn),易造成應(yīng)力集中或?qū)е落摶ＡП_.

        ②鋼化玻璃中應(yīng)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(chǎn)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(chǎn)生“風(fēng)爆”.如果張應(yīng)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(dāng)鋼化程度提高到1級/㎝時爆開數(shù)達(dá)20—25%.由此可見應(yīng)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(chǎn)品制作質(zhì)量原因:

        玻璃質(zhì)量缺點(diǎn)的影響如有玻璃內(nèi)有雜質(zhì),或是玻璃表面因加工過程操作不當(dāng)造成有劃痕、炸口、深爆邊等缺點(diǎn),都會導(dǎo)致鋼化玻璃爆開.玻璃在加熱或冷卻時沿玻璃厚度方向產(chǎn)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(chǎn)生“風(fēng)爆”.

        2.制作工藝和技術(shù)原因:

        鋼化玻璃內(nèi)部的硫化鎳膨脹是導(dǎo)致鋼化玻璃爆開的主要原因.玻璃經(jīng)鋼化處理后,表面層形成壓應(yīng)力.內(nèi)部板芯層呈張應(yīng)力,壓應(yīng)力和張應(yīng)力共同構(gòu)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(yīng)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(yīng)力層的硫化鎳膨脹使鋼化玻璃內(nèi)部產(chǎn)生更大的張應(yīng)力,當(dāng)張應(yīng)力超過玻璃自身所能承受的較限時,就會導(dǎo)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(dāng)溫度超過1000℃時,硫化鎳以液滴形式隨機(jī)分布于熔融玻璃液中.當(dāng)溫度降至797℃時,這些小液滴結(jié)晶固化,硫化鎳處于高溫態(tài)的α-NiS晶相(六方晶體).當(dāng)溫度繼續(xù)降至379℃時,發(fā)生晶相轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(dāng)玻璃鋼化加熱時,玻璃內(nèi)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(jìn)入風(fēng)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(zhuǎn)變成低溫態(tài)β-NiS而以高溫態(tài)硫化鎳α相被“凍結(jié)”在玻璃中.快速急冷使玻璃得以鋼化,形成外壓內(nèi)張的應(yīng)力統(tǒng)一平衡體.在已經(jīng)鋼化了的玻璃中硫化鎳相變低速持續(xù)地進(jìn)行著,體積不斷膨脹擴(kuò)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(yīng)力層,位于張應(yīng)力層內(nèi)的硫化鎳發(fā)生相變時體積膨脹也形成張應(yīng)力,這兩種張應(yīng)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(guān)概念

玻璃

        玻璃是非晶無機(jī)非金屬材料，一般是用多種無機(jī)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(xué)組成是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2或Na2O·CaO·6SiO2等，主要成分是硅酸鹽復(fù)鹽，是一種無規(guī)則結(jié)構(gòu)的非晶態(tài)固體。廣泛應(yīng)用于建筑物，用來隔風(fēng)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(xué)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系玻璃。

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