钢化玻璃破损分析

摘　要：钢化玻璃就是传统的平板玻璃经过热处理，通过淬冷或其他方法使其表面形成应压力层，从而使玻璃的那热性和抗压力性大大的提高，这些玻璃因为其具有较高的压力抗拒效果，耐热性都高于普通玻璃，因此具有较广的应用背景，同时，钢化玻璃破损后，不是像普通玻璃那样四分五裂，而是形成粒状的碎片，因此破损所带来的伤害也远远低于普通玻璃。尽管如此，钢化玻璃还是具有破损的可能，钢化玻璃的破损与普通玻璃在机理上是不一样的，本文从钢化玻璃的品种和性能入手，介绍了钢化玻璃的使用领域，接下来重点分析了钢化玻璃的破损原因，同时结合破损原因分析了应对钢化玻璃破损的办法。

关键词：钢化玻璃; 破损; 原因; 应对措施
钢化玻璃的品种及性能
全钢化玻璃
　　玻璃加热到钢化温度后，用相同的冷却强度对整片玻璃进行均匀的冷却。由此制得的钢化玻璃，其表面应力分布均匀。当其破碎时，整片玻璃碎成不规则的网状小块。这种产品称为全钢化玻璃，通常简称为钢化玻璃。有关研究证明，要使钢化玻璃具有稳定的强度，在表面以下大约1/6厚度内产生压缩应力最为适宜，比如美国玻璃热处理学会规定压应力层应为厚度的15％。钢化玻璃不能切割，因为当玻璃表面受到损伤，而且损伤深度贯穿压缩应力层达到张应力层的一瞬间，它就会立即全部破碎。钢化玻璃的表面硬度与非钢化制品并无差别。钢化玻璃的边部抗冲击强度极弱，在运输、存放和使用中要尤其注意。
区域钢化玻璃
　　汽车前风挡玻璃如果采用全钢化玻璃，当其破损时存在着不能确保视野的危险，所以上世纪70年代出现了一种使驾驶人员视野部分的玻璃破碎时碎片较为粗大的区域钢化玻璃。区域钢化玻璃出现后，在美国和日本等发达国家得到广泛推广，并形成法律。
　　区域钢化玻璃的生产就是将一片玻璃划分为周边和主视区，并使用专门的、冷却强度分布不一的风栅进行冷却处理，专门的风栅会使玻璃周边区的冷却强度大，主视区冷却强度小。经这种冷却方法冷却后，玻璃呈现不同的应力分布，即周边的应力小而密，主视区应力大而稀。所以区域钢化玻璃的最大特点是：当玻璃破碎肘，周边区碎成不规则的网状小块，而主视区的碎片则较大(规定在半径100mm的圆内允许有3块16～25cm的碎片)。由此可以看出区域钢化玻璃在汽车上使用属于安全玻璃，而在建筑上则不属于安全玻璃，所以区域钢化玻璃严禁在建筑上使用。
热增强玻璃
　　实践证明，厚度3 mm以下的玻璃用普通物理钢化法很难做到完全钢化，只能做成半钢化玻璃。当半钢化玻璃破损时，其碎片比钢化玻璃破损碎片要大得多，并且半钢化玻璃并不象钢化玻璃易于自爆，所以人们为满足玻璃幕墙及大规格玻璃的使用，开发出一种叫热增强玻璃(半钢化玻璃)的产品。
　　热增强玻璃(半钢化玻璃)是玻璃在加热炉加热到一定温度后移至冷却室冷却，其机械强度达到未处理玻璃两倍左右即可。2003年12月国家四部委联合发布的《建筑安全玻璃管理规定》中明文规定“单片半钢化玻璃(热增强玻璃)、单片夹丝玻璃不属于安全玻璃”。所以在建筑上使用热增强玻璃时必须加工成夹层玻璃或安全中空玻璃方可使用。
钢化玻璃的使用领域
建筑领域的广泛应用
　　现代建筑为了制造舒适的生活环境和便利的工作条件，对建筑材料也提出了越来越高的要求，玻璃已从传统的采光到现在的多功能用途开始转变，要求玻璃安全、环保、结实等，在建筑领域，玻璃应用于玻璃墙玻璃窗、玻璃护栏、玻璃家具等，应用空间非常广阔，在建筑领域内的应用要求玻璃具有较高的硬度、抗热性同时兼具美观等等要求，而这些都需要玻璃具有钢化的标准。
农业生产的广泛应用
　　钢化玻璃在农业中的应用主要是指在农业温室中的应用，钢化玻璃的农业温室具有较强的抗冲击能力和机械强度，能够承载冰雹和暴雨的击打，随着绿色农业技术的发展，对钢化玻璃在农业中的广泛应用提出了越来越高的要求，农业温室(棚)的发展势头越来越大，温室的数量及其规模都在大幅度增加，而温室顶棚的材料也由塑料薄膜开始向钢化玻璃发展。尽管使用钢化玻璃比使用塑料薄膜一次性投资高，但长期的效益是明显的，所以钢化玻璃应满足农业温室不断增长的需要。
其他使用途径
　　除了农业生产中的应用和建筑领域中的应用以外，还有在化学工艺中的应用工，因为钢化玻璃具有高的硬度，也具有很高的抗腐蚀性和耐酸耐碱的性能，因此在化工厂中的应用既可以保证一些常规材料无法满足的生产要求，也提高了安全的性能，因为钢化玻璃即使发生了爆裂，其碎片也是连接在一起的粒状碎片，大大降低了对人员的伤害。另外，其他的用途还有在海滩设施中的应用。
钢化玻璃的破损原因
玻璃本身质量问题
　　玻璃在生产过程中出现质量上的缺陷是导致钢化玻璃破损和爆破的主要原因，例如玻璃边缘的裂纹、玻璃表面的划伤、玻璃的炸口、爆边等等都是玻璃爆破隐患因素，出现这种情况的原因主要有：在玻璃的抛光和打磨过程中使玻璃的边缘出现裂痕，或是玻璃的钢化过程中，加热和淬火不当，从而使玻璃的温度变化不均匀而导致玻璃的应力面不规则，还有一个原因就是玻璃在使用前遭受的外力挤压和损伤。为了防止由于玻璃的边部和外观质量而引起的钢化玻璃的自爆，最有效的办法是良好的磨边质量，磨边深度要超过玻璃厚度的三分之一，对于边部的爆边，进行砂纸打磨，使贝壳状缺损过渡均匀。另外，玻璃在加工、搬运、安装过程中，对玻璃边部必须进行适当的保护，尽量避免玻璃表面与其他坚硬的物体碰撞、摩擦造成深划伤。
玻璃形状结构的设计问题
　　钢化玻璃如果在设计的时候出现不当的形状和规格，也可能导致钢化玻璃在使用过程中出现爆破或破损，产品的设计缺陷主要指玻璃在挖孔、钻孔和挖角的时候出现的不合理设计，开孔或开洞太接近玻璃的边缘，两个孔或洞的位置太接近等都可能会导致破损，还有就是在挖角的时候，角度过于尖锐，或是拐角过长等都可能会使钢化玻璃的应力过于集中，这些都是钢化玻璃破损的常见原因。通常来说，对玻璃上开孔、开洞、挖角部分进行设计时，对于厚度在12 mm以下的玻璃可接受的孔边距为1.5×玻璃厚度；对于厚度在12 mm以上的玻璃可接受的孔边距为2×玻璃厚度。
钢化的工艺质量问题
　　如果钢化玻璃在钢化过程中出现的钢化程度过高，也会导致玻璃容易破损，评价钢化玻璃破损情况的主要指

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标就是从破损后的碎块进行观察，碎块越小说明表面压力越大，钢化程度越高，就容易造成玻璃的表面应力越大，自爆就越容易发生，所以在玻璃的钢化中，要从加热温度和钢化风压入手，避免加热温度过高，冷却时钢化风压过大，在实际的生产中，必须依据玻璃的厚度和颜色制造出一条适合自己的产品设计参数，并对钢化的各项参数调整进行严格的控制。
玻璃安装过程的不当
　　玻璃安装的不合适也可能造成破损，主要是指玻璃安装时没有有效的原型与安装框架的匹配，造成玻璃承受过大的外力，如果玻璃的弧度和安装框架不相吻合，使用外力强迫安装，就会使玻璃承载过大的外力从而导致玻璃有可能爆裂，另一方面就是玻璃与金属钉的直接接触等都会造成玻璃的炸裂。
原片玻璃中硫化镍的影响
　　由硫化镍引起的爆破，玻璃在爆破后不会散开，并且可以在玻璃破损的端点找到一个“8”字型的蝴蝶状图案,原材料中含有硫化镍的主要原因在于白云石、长石、钾长石、钠长石的存在，当玻璃中含有硫化镍时，玻璃的破损可能大大的增加，主要原因就是硫化镍的膨胀系数和玻璃有很大的差别，硫化镍的晶相转变产生于高温和低温之间，为了避免由硫化镍造成玻璃的破损，就要在制作工艺上下功夫，一要进行有效的检查，避免硫化镍等杂质含与玻璃之中，另一方面要在玻璃生产成品的后期进行有效的均质处理。
钢化玻璃破损的应对办法
降低钢化玻璃的应力值
　　钢化玻璃中应力的分布是钢化玻璃的两个表面为压应力，板芯层处于张应力，在玻璃厚度上应力分布类似抛物线。通过分析钢化急冷的物理过程，可知钢化玻璃表面张力和内部的最大张应力在数值上有粗略的比例关系，即张应力是压应力的1/2～1/3.只要硫化镍膨胀产生的张力30MPa，则足以引发自爆。若降低其表面应力，相应地会降低钢化玻璃本身自有的张应力，从而有助于减少自爆的发生。
使玻璃的应力均匀一致
　　钢化玻璃的应力不均，会明显增大自爆率，其原因主要是局部应力不均和张力层在厚度方向的偏移，应力不均会大幅降低玻璃的强度，在一定程度上相当于提高了内部的张应力，从而自爆率提高了。如果能使钢化玻璃的应力均匀分布，则可有效降低自爆率。
热浸处理
　　热浸解释又称均质处理，即将钢化玻璃加热到290℃±10℃，并保温一定时间，促使硫化镍在钢化玻璃中快速完成晶相转变，让原本使用后才可能自爆的钢化玻璃人为地提前破碎在工厂的热浸炉中，从而减少安装后使用中的钢化玻璃自爆。
参考文献