玻璃为什么会爆玻璃怎么会自然爆开

现如今，玻璃越来越受到消费者的青睐，不但有磨砂玻璃、热熔玻璃、彩绘玻璃等装饰效果较强的艺术玻璃，还有各种功能型玻璃，例如隔音降噪的夹胶玻璃、中空玻璃和隔热阻燃的防火玻璃等。本篇文章将介绍玻璃碎裂的原理，帮助大家增广见闻。

一、玻璃为什么会爆

钢化玻璃的爆开现象.

钢化玻璃在无直接机械外力作用下发生的自动性炸裂叫做钢化玻璃的爆开.爆开是钢化玻璃固有的特性之一.

产生片爆的原因很多,简单地归纳以下几种:

①玻璃质量缺点的影响

A.玻璃中有结石、杂质:玻璃中有杂质是钢化玻璃的薄弱点,也是应力集中处.特别是结石若处在钢化玻璃的张应力区是导致炸裂的重要因素.

结石存在于玻璃中,与玻璃体有着不同的膨胀系数.玻璃钢化后结石周围裂纹区域的应力集中成倍地增加.当结石膨胀系数小于玻璃,结石周围的切向应力处于受拉状态.伴随结石而存在的裂纹扩展较易发生.

B.玻璃中含有硫化镍结晶物

硫化镍夹杂物一般以结晶的小球体存在,直径在0.1—2㎜.外表呈金属状,这些杂夹物是NI3S2,NI7S6和NI—XS,其中X=0—0.07.只有NI1—XS相是造成钢化玻璃自发炸碎的主要原因.

已知理论上的NIS在379.C时有一相变过程,从高温状态的a—NIS六方晶系转变为低温状态B—NI三方晶系过程中,伴随出现2.38%的体积膨胀.这一结构在室温时保存下来.如果以后玻璃受热就可能迅速出现a—B态转变.如果这些杂物在钢化玻璃受张应力的内部,则体积膨胀会引起自发炸裂.如果室温时存在a—NIS,经过数年、数月也会慢慢转变到B态,在这一相变过程中体积缓慢加大末必造成内部破裂.

C.玻璃表面因加式过程或操作不当造成有划痕、炸口、深爆边等缺点,易造成应力集中或导致钢化玻璃爆开.

②钢化玻璃中应力分布不均匀、偏移

玻璃在加热或冷却时沿玻璃厚度方向产生的温度梯度不均匀、不对称.使钢化制品有爆开的趋向,有的在激冷时就产生“风爆”.如果张应力区偏移到制品的某一边或者偏移到表面则钢化玻璃形成爆开.

③钢化程度的影响,实验证明,当钢化程度提高到1级/㎝时爆开数达20—25%.由此可见应力越大钢化程度越高,爆开量也越大.

二、玻璃怎么会自然爆开

1.产品制作质量原因:

玻璃质量缺点的影响如有玻璃内有杂质,或是玻璃表面因加工过程操作不当造成有划痕、炸口、深爆边等缺点,都会导致钢化玻璃爆开.玻璃在加热或冷却时沿玻璃厚度方向产生的温度梯度不均匀、不对称.使钢化制品有爆开的趋向,有的在激冷时就产生“风爆”.

2.制作工艺和技术原因:

钢化玻璃内部的硫化镍膨胀是导致钢化玻璃爆开的主要原因.玻璃经钢化处理后,表面层形成压应力.内部板芯层呈张应力,压应力和张应力共同构成一个平衡体.玻璃本身是一种脆性材料,耐压但不耐拉,所以玻璃的大部分破碎是张应力引发的.

钢化玻璃中硫化镍晶体发生相变时,其体积膨胀,处于玻璃板芯张应力层的硫化镍膨胀使钢化玻璃内部产生更大的张应力,当张应力超过玻璃自身所能承受的较限时,就会导致钢化玻璃爆开.国外研究证明:玻璃主料石英砂或砂岩带入镍,燃料及辅料带入硫,在1400℃~1500℃高温熔窑燃烧熔化形成硫化镍.当温度超过1000℃时,硫化镍以液滴形式随机分布于熔融玻璃液中.当温度降至797℃时,这些小液滴结晶固化,硫化镍处于高温态的αNiS晶相(六方晶体).当温度继续降至379℃时,发生晶相转变成为低温状态的βNiS(三方晶系),同时伴随着2.38%的体积膨胀.这个转变过程的快慢,既取决于硫化镍颗粒中不同组成物(包括Ni7S6、NiS、NiS1.01)的百分比含量,还取决于其周围温度的高低.如果硫化镍相变没有转换完全,则即使在自然存放及正常使用的温度条件下,这一过程仍然继续,只是速度很低而已.

当玻璃钢化加热时,玻璃内部板芯温度约620℃,所有的硫化镍都处于高温态的αNiS相.随后,玻璃进入风栅急冷,玻璃中的硫化镍在379℃发生相变.与浮法退火窑不同的是,钢化急冷时间很短,来不及转变成低温态βNiS而以高温态硫化镍α相被“冻结”在玻璃中.快速急冷使玻璃得以钢化,形成外压内张的应力统一平衡体.在已经钢化了的玻璃中硫化镍相变低速持续地进行着,体积不断膨胀扩张,对其周围玻璃的作用力随之加大.钢化玻璃板芯本身就是张应力层,位于张应力层内的硫化镍发生相变时体积膨胀也形成张应力,这两种张应力叠加在一起,足以引发钢化玻璃的破裂即爆开.

简单的说,镍元素在高温状态下非常的小,但在常温状态下,又会变大.钢化玻璃在加热过程中镍元素会变小,但在急速冷却时并没有来及变回到常温状态时的体型,所以钢化玻璃会爆开.国家规定,钢化玻璃的爆开率为3‰.

相关概念

玻璃

玻璃是非晶无机非金属材料，一般是用多种无机矿物(如石英砂、硼砂、硼酸、重晶石、碳酸钡、石灰石、长石、纯碱等)为主要原料，另外加入少量辅助原料制成的。它的主要成分为二氧化硅和其他氧化物。普通玻璃的化学组成是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2或Na2O·CaO·6SiO2等，主要成分是硅酸盐复盐，是一种无规则结构的非晶态固体。广泛应用于建筑物，用来隔风透光，属于混合物。另有混入了某些金属的氧化物或者盐类而显现出颜色的有色玻璃，和通过物理或者化学的方法制得的钢化玻璃等。有时把一些透明的塑料（如聚甲基丙烯酸甲酯）也称作农业生产体系玻璃。

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