Почему закаленное стекло случайно взрывается?

Автоматический взрыв закаленного стекла без прямой механической внешней силы называется самовзрывом закаленного стекла. Согласно промышленному опыту, скорость самовзрыва обычного закаленного стекла составляет около 1–3 ‰. Самовзрыв – одна из характерных особенностей закаленного стекла.
Существует множество причин самовзрыва из-за расширения, которые можно кратко резюмировать следующим образом:
①Влияние дефектов качества стекла
А. В стекле есть камни, примеси и пузыри. Примеси в стекле являются слабыми местами закаленного стекла, а также местами концентрации напряжений. Особенно если камень находится в зоне растягивающего напряжения закаленного стекла, это является важным фактором, приводящим к взрыву.
Камни находятся в стекле и имеют другой коэффициент расширения, чем стекловидное тело. Концентрация напряжений в области трещины вокруг камня после закалки стекла возрастает в геометрической прогрессии. Когда коэффициент расширения камня меньше, чем у стекла, касательное напряжение вокруг камня оказывается растягивающим. Распространение трещин, сопровождающее камни, может легко произойти.
Б. Стекло содержит кристаллы сульфида никеля.
Включения сульфида никеля обычно существуют в виде небольших кристаллизованных сфер диаметром 0.1-2мм. Внешний вид металлический, а это включения НИ3С2, НИ7С6 и НИ-ХС, где Х=0-0.07. Только фаза NI1-XS является основной причиной самопроизвольного взрыва закаленного стекла.
Известно, что теоретическая NIS равна 379. При C происходит процесс фазового перехода от гексагональной кристаллической системы a-NIS в высокотемпературном состоянии к тригональной кристаллической системе B-NI в низкотемпературном состоянии, сопровождающийся увеличение объема на 2,38%. Эта структура сохраняется при комнатной температуре. Если стекло в дальнейшем нагреть, переход в состояние aB может произойти быстро. Если этот мусор окажется внутри закаленного стекла, подверженного растягивающим напряжениям, объемное расширение приведет к самопроизвольному взрыву. Если a-NIS существует при комнатной температуре, он будет медленно переходить в состояние B в течение нескольких лет или месяцев. Медленное увеличение объема во время этого фазового перехода не обязательно может вызвать внутренний разрыв.
C. Поверхность стекла имеет царапины, трещины, глубокие трещины и другие дефекты из-за неправильной обработки или эксплуатации, которые могут легко вызвать концентрацию напряжений или привести к самовзрыву закаленного стекла.
② Неравномерное распределение напряжения и смещение в закаленном стекле.
Когда стекло нагревается или охлаждается, градиент температуры, создаваемый по толщине стекла, неравномерен и асимметричен. Из-за этого закаленные изделия имеют тенденцию к самовзрыву, а некоторые при охлаждении производят «взрыв ветра». Если зона растягивающих напряжений будет смещена в определенную сторону изделия или к поверхности, закаленное стекло само взорвется.
③Влияние степени закалки.

Эксперименты показали, что при увеличении степени отпуска до уровня 1/см число саморазрушений достигает 20-25%. Видно, что чем больше напряжение, тем выше степень отпуска и больше величина самовзрыва.

Решение для самовзрыва закаленного стекла
1. Уменьшите значение напряжения закаленного стекла.
Распределение напряжений в закаленном стекле таково, что две поверхности закаленного стекла находятся под напряжением сжатия, внутренний слой - напряжением растяжения, а распределение напряжений по толщине стекла аналогично параболе. Центр толщины стекла является вершиной параболы, где растягивающее напряжение максимально; две стороны, расположенные рядом с двумя поверхностями стекла, испытывают сжимающее напряжение; поверхность нулевого напряжения расположена примерно на 1/3 толщины. Анализируя физический процесс закалки и быстрого охлаждения, можно увидеть, что поверхностное натяжение закаленного стекла и максимальное внутреннее растягивающее напряжение имеют грубую числовую пропорциональную зависимость, то есть растягивающее напряжение составляет от 1/2 до 1/3 от сжимающее напряжение. Отечественные производители обычно используют поверхностное натяжение закаленного стекла. Натяжение установлено на уровне около 100 МПа, но реальная ситуация может быть выше. Растягивающее напряжение самого закаленного стекла составляет около 32 МПа ~ 46 МПа, а предел прочности стекла составляет 59 МПа ~ 62 МПа. Пока напряжение, создаваемое расширением сульфида никеля, составляет 30 МПа, этого достаточно, чтобы вызвать самовзрыв. Если поверхностное напряжение уменьшится, растягивающее напряжение, присущее закаленному стеклу[1], соответственно уменьшится, что поможет снизить вероятность самовзрыва.
Американский стандарт ASTMC1048 предусматривает, что диапазон поверхностных напряжений закаленного стекла превышает 69 МПа; полузакаленное (термоармированное) стекло — 24МПа ~ 52МПа. Стандарт стекла для навесных стен BG17841 предусматривает, что диапазон напряжений полузакаленного стекла составляет 24<δ≤69mpa. my="" country's="" march="" 1="" this="" year="" the="" implemented="" new="" national="" standard="" gb15763.2-2005="" "safety="" glass="" for="" construction="" part="" 2:="" tempered="" glass"="" requires="" that="" its="" surface="" stress="" should="" not="" be="" less="" than="" 90mpa.="" this="" is="" 5mpa="" lower="" than="" the="" 95mpa="" specified="" in="" the="" old="" standard,="" which="" is="" beneficial="" to="" reducing="">
2. Сделайте напряжение стекла равномерным.
Неравномерное напряжение закаленного стекла значительно увеличит скорость самовзрыва, которая достигла уровня, который нельзя игнорировать. Самовзрыв, вызванный неравномерным напряжением, иногда бывает очень концентрированным. В частности, скорость самовзрыва конкретной партии изогнутого закаленного стекла может достигать шокирующей степени тяжести, и самовзрыв может происходить постоянно. Основными причинами являются локальная неравномерность напряжений и отклонение растянутого слоя в направлении толщины. Определенное влияние также имеет качество самого исходного стеклянного листа. Неравномерное напряжение значительно снижает прочность стекла, что эквивалентно увеличению внутреннего растягивающего напряжения в определенной степени, тем самым увеличивая скорость самовзрыва. Если напряжение закаленного стекла можно распределить равномерно, скорость самовзрыва можно эффективно снизить.
3. Обработка горячим способом (HST).
Объяснение теплового воздействия. Обработка горячим вымачиванием также называется обработкой гомогенизации, широко известной как «детонация». Термическая обработка заключается в нагреве закаленного стекла до 290 градусов ± 10 градусов и поддержании его в тепле в течение определенного периода времени, что побуждает сульфид никеля быстро завершить кристаллическую фазовую трансформацию в закаленном стекле, в результате чего закаленное стекло становится может взорваться после использования, и его заранее искусственно сломают на заводе. Печь для термической выдержки, тем самым уменьшая самовзрыв закаленного стекла при использовании после установки. В этом методе в качестве теплоносителя обычно используется горячий воздух. За рубежом его называют «HeatSoakTest», или сокращенно HST, что дословно переводится как обработка термовыдержкой.
Трудности с тепловыделением. В принципе, термообработка не является ни сложной, ни трудной. Но на самом деле добиться этого технологического показателя очень сложно. Исследования показывают, что существует множество специфических химических структурных формул сульфида никеля в стекле, таких как Ni7S6, NiS, NiS1.01 и т. д. Мало того, что пропорции различных компонентов различаются, но они также могут быть легированы другими элементами. Скорость его фазового перехода сильно зависит от температуры. Исследования показывают, что скорость фазового перехода при 280 градусах в 100 раз выше, чем при 250 градусах, поэтому необходимо следить за тем, чтобы каждый кусок стекла в печи находился в одинаковом температурном режиме. В противном случае, с одной стороны, стекло с низкой температурой не может быть полностью фазово изменено из-за недостаточного времени сохранения тепла, что ослабляет эффект теплового пропитывания. С другой стороны, когда температура стекла слишком высока, это может даже вызвать обратное фазовое превращение сульфида никеля, создавая еще большую скрытую опасность. Обе ситуации могут сделать прогревание неэффективным или даже контрпродуктивным. Равномерность температуры при работе печи горячего вымачивания очень важна. Три года назад разница температур в печи при горячей выдержке изоляции в большинстве бытовых печей горячей выдержки достигала даже 60 градусов. Нередки случаи, когда импортные печи имеют перепад температур около 30 градусов. Таким образом, даже несмотря на то, что некоторые закаленные стекла подверглись нагреву, уровень самовзрыва остается высоким.
Новые стандарты будут более эффективными. Фактически, процесс и оборудование горячего погружения постоянно совершенствуются. В немецком стандарте DIN18516 в редакции 1990 года указано время выдержки 8 часов, а в стандарте prEN14179-1:2001(E) время выдержки сокращено до 2 часов. Эффект от процесса горячего погружения по новому стандарту очень значителен, и существуют четкие статистические технические показатели: после горячего погружения его можно снизить до одного случая самовзрыва на 400 тонн стекла. С другой стороны, печи горячего погружения постоянно совершенствуют свою конструкцию и конструкцию, а также значительно улучшается равномерность нагрева, что в основном может соответствовать требованиям процесса горячего погружения. Например, скорость самовзрыва термообработанного стекла компании CSG Group достигла технических показателей новых европейских стандартов и показала весьма удовлетворительные результаты в проекте нового аэропорта Гуанчжоу площадью 120 м2. .
Хотя термообработка не может гарантировать, что самовзрыв никогда не произойдет, она снижает вероятность самовзрыва и действительно решает проблему самовзрыва, от которой страдают все стороны проекта. Поэтому тепловое вымачивание является наиболее эффективным, единогласно признанным в мире методом полного решения проблемы самовзрыва.