钢化玻璃自爆源和自爆机理详析

　　1我国钢化玻璃自爆的研究现状

　　随着社会的发展和科学技术的进步，玻璃在人们的日常工作和生活中的应用越来越广泛。为提高玻璃的安全性和强度，钢化玻璃普遍使用于汽车风挡、建筑幕墙、家具灶具等制品。但是，由于玻璃本身是一种脆性材料，其抗拉强度远低于抗压强度，在断裂过程中几乎没有任何塑性变形，破坏往往是突发性的和灾难性的。到目前为止，国际上还没有行之有效的方法避免玻璃产品的突发性破坏。汽车玻璃的自爆、建筑幕墙玻璃破碎下“玻璃雨”、浴室玻璃突然炸裂、钢化玻璃茶几和灶具等的破碎伤人事件仍然不断被报道。在繁华的市区，钢化玻璃制品成了“定时炸弹”，特别对于悬挂于高层建筑上的玻璃幕墙，任何一起幕墙玻璃的破裂或坠落事故都可能造成灾难性的后果。近几年来，幕墙玻璃的安全隐患越来越多，已经引起了国内外专家和各国政府的关注[1-5]。 　　中国是世界上玻璃幕墙**多的国家（超过世界总量的一半），玻璃幕墙的安全问题不容忽视。到2004年底，我国已建成了约1.1亿平方米的各式建筑幕墙（包括采光屋面），占世界总量的50％以上，其中明框、隐框约占全部幕墙的60％左右。近几年，玻璃幕墙破裂事故频繁发生，例如上海日报2006年8月2日报导，上海锦江国际购物中心外36层玻璃幕墙上一块玻璃突然坠落，溅落的玻璃碎片洒落到大楼门前约40平方米范围的人行道和马路上。2006年6月20日辽宁晚报报导，大连市一栋高楼20层的一块玻璃幕墙掉下，碎片砸伤16人。2006年6月，深圳又发生一起玻璃幕墙坠落砸死小学男生的不幸事件。2006年9月8日，南京市山西路某大厦一块玻璃幕墙从13楼坠落，砸伤6名行人。2006年7月31日晚，上海市中信泰富大厦玻璃幕墙爆裂，下了一场长达75分钟的“玻璃雨”，2人受伤。 　　显然，了解钢化玻璃自爆的真正原因和机理，对减少和防止事故发生是至关重要的。一般认为玻璃自爆起因可分为两种：一是由玻璃中可见缺陷引起的自爆，如表面划痕或边缘缺陷的发展等。二是由玻璃中硫化镍（NiS）杂质发生相变膨胀引起的自爆。前者检测相对容易，故生产中可控。后者则主要由玻璃中微小的硫化镍颗粒体积膨胀引发，无法简易检验，故不可控。在实际处理上，前者一般可以在安装前剔除，后者因无法检验而继续存在，成为使用中钢化玻璃自爆的主要因素，一般提到的自爆均指后一种情况。由于硫化镍引发的自爆无法预测，且在服役中的自爆会造成较大的经济损失，被称为“玻璃癌症”。所以，本工作的目的就在于研究钢化玻璃的自爆源类型和机理，从而减少和防止钢化玻璃自爆事故的发生。 　　 　　2研究方法与过程

　　一般情况下，钢化玻璃的自爆起因于拉应力层中的杂质颗粒引起的应力集中。其典型的破坏形貌如图1所示。自爆的共同特征是破坏源处都有一对蝴蝶形状的碎片（蝴蝶斑），蝴蝶斑中间的界面上通常为破坏源发生点，并能在界面的拉力层找出引起破坏的杂质颗粒。为明晰钢化玻璃的自爆机理，本研究收集了9块钢化玻璃自爆现场的玻璃碎片，并对自爆源进行了分析。在自爆源处的蝴蝶斑块状的玻璃碎片上，均发现横断截面上存在微小颗粒，通过扫描电镜（LEO,Oberkochen,Germany）观察并进行局部颗粒成分分析，并采用有限元方法从理论上分析自爆产生的机理，从而完善钢化玻璃自爆的机理。 　　　　 　　3钢化玻璃自爆机理的研究结果

　　3.1硫化镍微粒引起钢化玻璃自爆的机理 　　硫化镍微粒引起钢化玻璃自爆的机理已经得到广泛的研究[6-9]。图2为典型的硫化镍微粒形貌图，图3为相应的能谱分析结果。硫化镍是一种晶体，存在高温相和低温相，相变温度为379℃。玻璃在钢化炉内加热时，因为加热温度高于相变温度，硫化镍全部转化为高温相。在随后的淬冷过程中，高温相来不及转变为低温相，从而被冻结在钢化玻璃中。在室温环境下，高温相是不稳定的，有逐渐转变为低温相的趋势。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。为了减少由硫化镍微粒引起的自爆，可以对钢化玻璃进行均质处理[10,11]。国内外的很多钢化玻璃厂家都采用了均质处理工艺来预防自爆，但实际应用效果表明，进行均质处理后的钢化玻璃，在服役过程中仍然会发生自爆现象。