1、概述：

鋼化(huà)玻璃以其優良性能正越來(lái)越多(duō)地應用(yòng)在建築工程、交通(tōng)工具、生活起居、生産科研等不同的(de)領域，改變了(le)城(chéng)市建築的(de)風格，也(yě)爲我們的(de)生活和(hé)工作帶來(lái)了(le)許多(duō)的(de)便利。爲保證鋼化(huà)玻璃的(de)質量，國家頒布了(le)鋼化(huà)玻璃的(de)質量标準，并将其列入強制認證的(de)産品，必須取得(de)3C證書(shū)才準予進入市場(chǎng)。但鋼化(huà)玻璃自爆問題始終無法回避。

   2、鋼化(huà)玻璃自爆診斷

   2.1自爆及其分(fēn)類

鋼化(huà)玻璃自爆可(kě)以表述爲鋼化(huà)玻璃在無外部直接作用(yòng)的(de)情況下(xià)而自動發生破碎的(de)現象。在鋼化(huà)加工、貯存、運輸、安裝、使用(yòng)等過程中均可(kě)發生鋼化(huà)玻璃自爆。自爆按起因不同可(kě)分(fēn)爲兩種：一是由玻璃中可(kě)見缺陷引起的(de)自爆，例如結石、砂粒、氣泡、夾雜(zá)物(wù)、缺口、劃傷、爆邊等；二是由玻璃中硫化(huà)鎳（NiS）雜(zá)質膨脹引起的(de)自爆。

這(zhè)是兩種不同類型的(de)自爆，應明(míng)确分(fēn)類，區(qū)别對(duì)待，采用(yòng)不同方法來(lái)應對(duì)和(hé)處理(lǐ)。前者一般目視可(kě)見，檢測相對(duì)容易，故生産中可(kě)控。後者則主要由玻璃中微小的(de)硫化(huà)鎳顆粒體積膨脹引發，無法目測檢驗，故不可(kě)控。在實際運作和(hé)處理(lǐ)上，前者一般可(kě)以在安裝前剔除，後者因無法檢驗而繼續存在，成爲使用(yòng)中的(de)鋼化(huà)玻璃自爆的(de)主要因素。硫化(huà)鎳類自爆後更換難度大(dà)，處理(lǐ)費用(yòng)高(gāo)，同時(shí)會伴随較大(dà)的(de)質量投訴及經濟損失，造成業主的(de)不滿甚至更爲嚴重的(de)其他(tā)後果。所以，硫化(huà)鎳引發的(de)自爆是我們討(tǎo)論的(de)重點。

2.2鋼化(huà)玻璃自爆機理(lǐ)

鋼化(huà)玻璃内部的(de)硫化(huà)鎳膨脹是導緻鋼化(huà)玻璃自爆的(de)主要原因。玻璃經鋼化(huà)處理(lǐ)後，表面層形成壓應力。内部闆芯層呈張應力，壓應力和(hé)張應力共同構成一個(gè)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(de)大(dà)部分(fēn)破碎是張應力引發的(de)。

鋼化(huà)玻璃中硫化(huà)鎳晶體發生相變時(shí)，其體積膨脹，處于玻璃闆芯張應力層的(de)硫化(huà)鎳膨脹使鋼化(huà)玻璃内部産生更大(dà)的(de)張應力，當張應力超過玻璃自身所能承受的(de)極限時(shí)，就會導緻鋼化(huà)玻璃自爆。國外研究證明(míng)：玻璃主料石英砂或砂岩帶入鎳，燃料及輔料帶入硫，在1400℃～1500℃高(gāo)溫熔窯燃燒熔化(huà)形成硫化(huà)鎳。當溫度超過1000℃時(shí)，硫化(huà)鎳以液滴形式随機分(fēn)布于熔融玻璃液中。當溫度降至797℃時(shí)，這(zhè)些小液滴結晶固化(huà)，硫化(huà)鎳處于高(gāo)溫态的(de)α-NiS晶相（六方晶體）。當溫度繼續降至379℃時(shí)，發生晶相轉變成爲低溫狀态的(de)β-NiS（三方晶系），同時(shí)伴随著(zhe)2.38%的(de)體積膨脹。這(zhè)個(gè)轉變過程的(de)快(kuài)慢(màn)，既取決于硫化(huà)鎳顆粒中不同組成物(wù)（包括Ni7S6、NiS、NiS1.01）的(de)百分(fēn)比含量，還(hái)取決于其周圍溫度的(de)高(gāo)低。如果硫化(huà)鎳相變沒有轉換完全，則即使在自然存放及正常使用(yòng)的(de)溫度條件下(xià)，這(zhè)一過程仍然繼續，隻是速度很低而已。

當玻璃鋼化(huà)加熱(rè)時(shí)，玻璃内部闆芯溫度約620℃，所有的(de)硫化(huà)鎳都處于高(gāo)溫态的(de)α-NiS相。随後，玻璃進入風栅急冷(lěng)，玻璃中的(de)硫化(huà)鎳在379℃發生相變。與浮法退火窯不同的(de)是，鋼化(huà)急冷(lěng)時(shí)間很短，來(lái)不及轉變成低溫态β-NiS而以高(gāo)溫态硫化(huà)鎳α相被“凍結”在玻璃中。快(kuài)速急冷(lěng)使玻璃得(de)以鋼化(huà)，形成外壓内張的(de)應力統一平衡體。在已經鋼化(huà)了(le)的(de)玻璃中硫化(huà)鎳相變低速持續地進行著(zhe)，體積不斷膨脹擴張，對(duì)其周圍玻璃的(de)作用(yòng)力随之增大(dà)。鋼化(huà)玻璃闆芯本身就是張應力層，位于張應力層内的(de)硫化(huà)鎳發生相變時(shí)體積膨脹也(yě)形成張應力，這(zhè)兩種張應力疊加在一起，足以引發鋼化(huà)玻璃的(de)破裂即自爆。

進一步實驗表明(míng)：對(duì)于表面壓應力爲100MPa的(de)鋼化(huà)玻璃，其内部的(de)張應力爲45MPa左右。此時(shí)張應力層中任何直徑大(dà)于0.06mm的(de)硫化(huà)鎳均可(kě)引發自爆。另外，根據自爆研究統計結果分(fēn)析，95%以上的(de)自爆是由粒徑分(fēn)布在0.04mm～0.65mm之間的(de)硫化(huà)鎳引發。根據材料斷裂力學計算(suàn)出硫化(huà)鎳引發自爆的(de)平均粒徑爲0.2mm.因此，國内外玻璃加工行業一緻認定硫化(huà)鎳是鋼化(huà)玻璃自爆的(de)主要原因。

鋼化(huà)玻璃自爆還(hái)有一些其他(tā)因素：玻璃開槽及鑽孔的(de)不合理(lǐ)、玻璃原片質量較差、厚度不均如壓花玻璃、應力分(fēn)布不均例如彎鋼化(huà)玻璃及區(qū)域鋼化(huà)玻璃等。2.3自爆率

國内的(de)自爆率各生産廠家并不一緻，從3%～0.3%不等。原行業标準JGJ113-96版中提到玻璃備料要多(duō)出使用(yòng)量的(de)3％。一般自爆率是按片數爲單位計算(suàn)的(de)，沒有考慮單片玻璃的(de)面積大(dà)小和(hé)玻璃厚度，所以不夠準确，也(yě)無法進行更科學的(de)相互比較。爲統一測算(suàn)自爆率，必須确定統一的(de)假設。定出統一的(de)條件：每5～8噸玻璃含有一個(gè)足以引發自爆的(de)硫化(huà)鎳；每片鋼化(huà)玻璃的(de)面積平均爲1.8平米；硫化(huà)鎳均勻分(fēn)布。則計算(suàn)出6mm厚的(de)鋼化(huà)玻璃計算(suàn)自爆率爲0.34%～0.54%，即6mm鋼化(huà)玻璃的(de)自爆率約爲3‰～5‰。這(zhè)與國内高(gāo)水(shuǐ)平加工企業的(de)實際值基本吻合。

實際上，國内建築工程上鋼化(huà)玻璃自爆率通(tōng)常都在8‰～3‰之間，所以說鋼化(huà)玻璃自爆率平均爲5‰。其他(tā)組合産品如鋼化(huà)夾層、鋼化(huà)中空玻璃（按産品結構中各層鋼化(huà)玻璃厚度總和(hé)計）的(de)自爆率數值（見表1）。也(yě)可(kě)以此爲據，反推給定面積和(hé)結構的(de)組合産品平均自爆數量（見表2）。或者由具體自爆片數、單片面積、總數量而計算(suàn)自爆率（見表3）。

上述計算(suàn)表明(míng)：鋼化(huà)玻璃的(de)單片面積越大(dà)，自爆可(kě)能性越大(dà)；玻璃結構越厚，自爆可(kě)能性越大(dà)。這(zhè)也(yě)和(hé)實際情況吻合。但某些具體情況達到了(le)每27片就有一例自爆，各方不能接受，所以必須尋求對(duì)策，并找出可(kě)靠的(de)解決方法。

2.4鋼化(huà)玻璃自爆解決方案

Ø        降低鋼化(huà)玻璃的(de)應力值

鋼化(huà)玻璃中應力的(de)分(fēn)布是鋼化(huà)玻璃的(de)兩個(gè)表面爲壓應力，闆芯層處于張應力，在玻璃厚度上應力分(fēn)布類似抛物(wù)線。玻璃厚度的(de)中央是抛物(wù)線的(de)頂點，即張應力最大(dà)處；兩側接近玻璃兩表面處是壓應力；零應力面大(dà)約位于厚度的(de)1/3處。通(tōng)過分(fēn)析鋼化(huà)急冷(lěng)的(de)物(wù)理(lǐ)過程，可(kě)知鋼化(huà)玻璃表面張力和(hé)内部的(de)最大(dà)張應力在數值上有粗略的(de)比例關系，即張應力是壓應力的(de)1/2～1/3.國内廠家一般将鋼化(huà)玻璃表面張力設定在100MPa左右，實際情況可(kě)能更高(gāo)一些。鋼化(huà)玻璃自身的(de)張應力約爲32MPa～46MPa，玻璃的(de)抗張強度是59MPa～62MPa，隻要硫化(huà)鎳膨脹産生的(de)張力在30MPa，則足以引發自爆。若降低其表面應力，相應地會降低鋼化(huà)玻璃本身自有的(de)張應力，從而有助于減少自爆的(de)發生。

美(měi)國标準ASTMC1048中規定鋼化(huà)玻璃的(de)表面應力範圍爲大(dà)于69MPa；半鋼化(huà)（熱(rè)增強）玻璃爲24MPa～52MPa.幕牆玻璃标準BG17841則規定爲半鋼化(huà)應力範圍24<δ≤69MPa.我國今年3月(yuè)1日實施的(de)新國家标準GB15763.2-2005《建築用(yòng)安全玻璃第2部分(fēn)：鋼化(huà)玻璃》要求其表面應力不應小于90MPa.這(zhè)比此前老标準中規定的(de)95MPa降低了(le)5MPa，有利于減少自爆。

Ø        使玻璃的(de)應力均勻一緻

鋼化(huà)玻璃的(de)應力不均，會明(míng)顯增大(dà)自爆率，已經到了(le)不容忽視的(de)程度。應力不均引發的(de)自爆有時(shí)表現得(de)非常集中，特别是彎鋼化(huà)玻璃的(de)某具體批次的(de)自爆率會達到令人(rén)震驚的(de)嚴重程度，且可(kě)能連續發生自爆。其原因主要是局部應力不均和(hé)張力層在厚度方向的(de)偏移，玻璃原片自身質量也(yě)有一定的(de)影(yǐng)響。應力不均會大(dà)幅降低玻璃的(de)強度，在一定程度上相當于提高(gāo)了(le)内部的(de)張應力，從而自爆率提高(gāo)了(le)。如果能使鋼化(huà)玻璃的(de)應力均勻分(fēn)布，則可(kě)有效降低自爆率。

Ø        熱(rè)浸處理(lǐ)（HST）

熱(rè)浸解釋。熱(rè)浸處理(lǐ)又稱均質處理(lǐ)，俗稱“引爆”。熱(rè)浸處理(lǐ)是将鋼化(huà)玻璃加熱(rè)到290℃±10℃，并保溫一定時(shí)間，促使硫化(huà)鎳在鋼化(huà)玻璃中快(kuài)速完成晶相轉變，讓原本使用(yòng)後才可(kě)能自爆的(de)鋼化(huà)玻璃人(rén)爲地提前破碎在工廠的(de)熱(rè)浸爐中，從而減少安裝後使用(yòng)中的(de)鋼化(huà)玻璃自爆。該方法一般用(yòng)熱(rè)風作爲加熱(rè)的(de)介質，國外稱作“HeatSoakTest”，簡稱HST，直譯爲熱(rè)浸處理(lǐ)。

熱(rè)浸難點。從原理(lǐ)上看，熱(rè)浸處理(lǐ)既不複雜(zá)，也(yě)無難度。但實際上達到這(zhè)一工藝指标非常不易。研究顯示，玻璃中硫化(huà)鎳的(de)具體化(huà)學結構式有多(duō)種，如Ni7S6、NiS、NiS1.01等，不但各種成分(fēn)的(de)比例不等，而且可(kě)能摻雜(zá)其他(tā)元素。其相變快(kuài)慢(màn)高(gāo)度依賴于溫度的(de)高(gāo)低。研究表明(míng)，280℃時(shí)的(de)相變速率是250℃時(shí)的(de)100倍，因此必須确保爐内的(de)各塊玻璃經曆同樣的(de)溫度制度。否則一方面溫度低的(de)玻璃因保溫時(shí)間不夠，硫化(huà)鎳不能完全相變，減弱了(le)熱(rè)浸的(de)功效。另一方面，當玻璃溫度太高(gāo)時(shí)，甚至會引起硫化(huà)鎳逆向相變，造成更大(dà)的(de)隐患。這(zhè)兩種情況都會導緻熱(rè)浸處理(lǐ)勞而無功甚至适得(de)其反。熱(rè)浸爐工作時(shí)溫度的(de)均勻性是如此的(de)重要，而三年前多(duō)數國産熱(rè)浸爐熱(rè)浸保溫時(shí)爐内的(de)溫差甚至達到60℃，國外引進爐存在30℃左右的(de)溫差也(yě)不少見。所以有的(de)鋼化(huà)玻璃雖經熱(rè)浸處理(lǐ)，自爆率依然居高(gāo)不下(xià)。

新标準将更有效。實際上，熱(rè)浸工藝和(hé)設備也(yě)一直在不斷地改進中。德國标準DIN18516在90年版中規定的(de)保溫時(shí)間爲8小時(shí)，而prEN14179-1：2001（E）标準則将保溫時(shí)間降到了(le)2小時(shí)。新标準下(xià)熱(rè)浸工藝的(de)效果十分(fēn)顯著，并且有明(míng)确的(de)統計性技術指标：熱(rè)浸後可(kě)降到每400噸玻璃一例自爆。另一方面，熱(rè)浸爐也(yě)在不斷地改進設計和(hé)結構，加熱(rè)均勻性也(yě)得(de)到了(le)明(míng)顯提高(gāo)，基本可(kě)以滿足熱(rè)浸工藝的(de)要求。例如南(nán)玻集團熱(rè)浸處理(lǐ)的(de)玻璃，自爆率達到了(le)歐洲新标準的(de)技術指标，在12萬平米的(de)廣州新機場(chǎng)超大(dà)工程中表現極爲滿意。

盡管熱(rè)浸處理(lǐ)不能保證絕對(duì)不發生自爆，但确實降低了(le)自爆的(de)發生，實實在在地解決了(le)困擾工程各方的(de)自爆問題。所以熱(rè)浸是世界上一緻認可(kě)的(de)徹底解決自爆問題的(de)最有效方法。

研究鋼化(huà)玻璃的(de)自爆，是爲了(le)尋求更好的(de)解決方法。比較不同解決方法的(de)效果和(hé)可(kě)靠性，是爲了(le)進一步降低自爆率，減小自爆引起的(de)損失。綜合上述分(fēn)析比較，結合工程玻璃實際情況，提出幾點建議(yì)僅供參考。

一、合理(lǐ)設計，避免單塊玻璃尺寸超大(dà)、結構超厚。

二、适當降低鋼化(huà)玻璃的(de)應力值。

三、使用(yòng)先進的(de)鋼化(huà)設備，合理(lǐ)操作，減小應力的(de)分(fēn)布不均。

四、重要工程、工程重要部位所使用(yòng)的(de)鋼化(huà)玻璃，應進行熱(rè)浸處理(lǐ)。