Защо закаленото стъкло експлодира произволно?

Автоматичната експлозия на закалено стъкло без пряка механична външна сила се нарича самовзрив на закалено стъкло. Според опита в индустрията скоростта на самовзривяване на обикновеното закалено стъкло е около 1~3‰. Самовзривяването е една от присъщите характеристики на закаленото стъкло.
Има много причини за самовзривяване поради разширяване, които могат накратко да бъдат обобщени, както следва:
①Влиянието на дефектите в качеството на стъклото
A. В стъклото има камъни, примеси и мехурчета: Примесите в стъклото са слабите места на закаленото стъкло и също така са местата, където се концентрира напрежението. Особено ако камъкът се намира в зоната на напрежение на опън на закалено стъкло, това е важен фактор, водещ до експлозия.
Камъните се намират в стъкло и имат различен коефициент на разширение от стъкловидното тяло. Концентрацията на напрежението в зоната на пукнатината около камъка нараства експоненциално след закаляване на стъклото. Когато коефициентът на разширение на камъка е по-малък от този на стъклото, тангенциалното напрежение около камъка е в напрежение. Разпространението на пукнатини, което придружава камъните, може лесно да възникне.
Б. Стъклото съдържа кристали никелов сулфид
Включванията на никелов сулфид обикновено съществуват под формата на малки кристализирани сфери с диаметър 0.1-2 mm. Външният вид е метален и тези включвания са NI3S2, NI7S6 и NI-XS, където X=0-0.07. Само фазата NI1-XS е основната причина за спонтанната експлозия на закалено стъкло.
Известно е, че теоретичният NIS е 379. Съществува процес на фазов преход при C, от шестоъгълната кристална система a-NIS във високотемпературно състояние до тригоналната кристална система B-NI в нискотемпературно състояние, придружен от увеличение на обема от 2,38%. Тази структура се запазва при стайна температура. Ако стъклото се нагрее в бъдеще, преходът към състояние aB може да настъпи бързо. Ако тези отломки са вътре в закаленото стъкло, което е подложено на напрежение на опън, обемното разширение ще причини спонтанна експлозия. Ако a-NIS съществува при стайна температура, той бавно ще се трансформира в състояние B в продължение на няколко години или месеци. Бавното увеличаване на обема по време на този фазов преход може да не причини непременно вътрешно разкъсване.
C. Стъклената повърхност има драскотини, пукнатини, дълбоки пукнатини и други дефекти, дължащи се на неправилна обработка или работа, които лесно могат да причинят концентрация на напрежение или да причинят самоексплозия на закаленото стъкло.
② Неравномерно разпределение на напрежението и отместване в закалено стъкло
Когато стъклото се нагрява или охлажда, температурният градиент, генериран по дебелината на стъклото, е неравномерен и асиметричен. Това прави темперираните продукти склонни да се самовзривяват, а някои предизвикват "взрив на вятъра", когато са охладени. Ако зоната на напрежение на опън е изместена към определена страна на продукта или към повърхността, закаленото стъкло ще се самоексплодира.
③Влияние на степента на темпериране.

Експериментите показват, че когато степента на темпериране се повиши до ниво 1/cm, броят на самоунищоженията достига 20-25%. Може да се види, че колкото по-голям е стресът, толкова по-висока е степента на темпериране и толкова по-голямо е количеството на самовзривяването.

Решение за самовзривяване от закалено стъкло
1. Намалете стойността на напрежението на закаленото стъкло
Разпределението на напрежението в закаленото стъкло е, че двете повърхности на закаленото стъкло са под напрежение на натиск, основният слой е под напрежение на опън, а разпределението на напрежението по дебелината на стъклото е подобно на парабола. Центърът на дебелината на стъклото е върхът на параболата, където напрежението на опън е максимално; двете страни, близки до двете повърхности на стъклото, са напрежение на натиск; повърхността с нулево напрежение е разположена приблизително на 1/3 от дебелината. Чрез анализиране на физическия процес на темпериране и бързо охлаждане може да се види, че повърхностното напрежение на закаленото стъкло и максималното вътрешно напрежение на опън имат груба числена пропорционална връзка, тоест напрежението на опън е 1/2 до 1/3 от напрежението на натиск. Местните производители обикновено използват повърхностното напрежение на закаленото стъкло като Напрежението е настроено на около 100 MPa, но действителната ситуация може да е по-висока. Напрежението на опън на самото закалено стъкло е около 32MPa ~ 46MPa, а якостта на опън на стъклото е 59MPa ~ 62MPa. Докато напрежението, генерирано от разширяването на никелов сулфид, е 30MPa, то е достатъчно, за да предизвика самовзрив. Ако напрежението на повърхността се намали, напрежението на опън, присъщо на закаленото стъкло [1], ще бъде съответно намалено, като по този начин ще се намали появата на самовзрив.
Американският стандарт ASTMC1048 предвижда диапазонът на повърхностно напрежение на закалено стъкло да е по-голям от 69MPa; полузакаленото (топлинно подсилено) стъкло е 24MPa ~ 52MPa. Стандартът за окачено стъкло BG17841 предвижда диапазонът на напрежение на полузакаленото стъкло да е 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. Направете напрежението на стъклото равномерно
Неравномерното напрежение на закаленото стъкло ще увеличи значително скоростта на самовзривяване, която е достигнала ниво, което не може да бъде пренебрегнато. Самовзривяването, причинено от неравномерен стрес, понякога е много концентрирано. По-специално, скоростта на самовзривяване на конкретна партида извито закалено стъкло може да достигне шокираща степен на сериозност и самовзривяването може да се случи непрекъснато. Основните причини са локално неравномерно напрежение и отклонение на напрегнатия слой по посока на дебелината. Качеството на самия оригинален стъклен лист също оказва известно влияние. Неравномерното напрежение значително ще намали якостта на стъклото, което е еквивалентно на увеличаване на вътрешното напрежение на опън до определена степен, като по този начин увеличава скоростта на самовзривяване. Ако напрежението на закаленото стъкло може да бъде равномерно разпределено, скоростта на самовзривяване може да бъде ефективно намалена.
3. Обработка с горещо накисване (HST)
Обяснено затопляне. Обработката с горещо накисване се нарича още обработка с хомогенизиране, известна като "детонация". Обработката с топлинно потапяне е загряване на закаленото стъкло до 290 градуса ±10 градуса и поддържане топло за определен период от време, което подтиква никеловия сулфид бързо да завърши трансформацията на кристалната фаза в закаленото стъкло, причинявайки закаленото стъкло, което е вероятно ще експлодират след употреба, за да бъдат изкуствено счупени предварително във фабриката. Пещ за нагряване, като по този начин се намалява самоексплозията на закалено стъкло, което се използва след монтажа. Този метод обикновено използва горещ въздух като среда за нагряване. В чужбина се нарича "HeatSoakTest" или накратко HST, което буквално се превежда като обработка с топлинно накисване.
Трудности при затопляне. По принцип термичното третиране не е нито сложно, нито трудно. Но всъщност е много трудно да се постигне този индикатор на процеса. Изследванията показват, че има много специфични химични структурни формули на никелов сулфид в стъкло, като Ni7S6, NiS, NiS1.01 и т.н. Не само пропорциите на различните компоненти варират, но те също могат да бъдат легирани с други елементи. Скоростта на неговата фазова промяна е силно зависима от температурата. Изследванията показват, че скоростта на промяна на фазата при 280 градуса е 100 пъти по-голяма от тази при 250 градуса, така че е необходимо да се гарантира, че всяко парче стъкло в пещта изпитва същия температурен режим. В противен случай, от една страна, стъклото с ниска температура не може да бъде напълно фазово променено поради недостатъчно време за запазване на топлината, което отслабва ефекта от топлинното накисване. От друга страна, когато температурата на стъклото е твърде висока, това може дори да причини обратна фазова трансформация на никелов сулфид, причинявайки по-големи скрити опасности. И двете ситуации могат да направят накисването чрез топлина неефективно или дори контрапродуктивно. Равномерността на температурата, когато пещта за горещо накисване работи, е толкова важна. Преди три години температурната разлика в пещта по време на гореща изолация в повечето домашни пещи за горещо накисване дори достигна 60 градуса. Не е необичайно вносните пещи да имат температурни разлики от около 30 градуса. Следователно, въпреки че част от закаленото стъкло е било потопено на топлина, скоростта на самовзривяване остава висока.
Новите стандарти ще бъдат по-ефективни. Всъщност процесът на горещо потапяне и оборудването непрекъснато се подобряват. Германският стандарт DIN18516 определя време на задържане от 8 часа в изданието от 1990 г., докато стандартът prEN14179-1:2001(E) намалява времето на задържане до 2 часа. Ефектът от процеса на горещо потапяне според новия стандарт е много значителен и има ясни статистически технически показатели: след горещо потапяне той може да бъде намален до един случай на самовзрив на 400 тона стъкло. От друга страна, пещите за горещо потапяне непрекъснато подобряват своя дизайн и структура, а равномерността на нагряване също е значително подобрена, което може да отговори основно на изискванията на процеса на горещо потапяне. Например скоростта на самовзривяване на топлинно обработеното стъкло на CSG Group е достигнала техническите показатели на новите европейски стандарти и се е представила изключително задоволително в проекта от 120000-квадратни метра ново летище Гуанджоу .
Въпреки че обработката с топлинно накисване не може да гарантира, че никога няма да настъпи самовзрив, тя намалява появата на самовзрив и наистина решава проблема със самовзривяването, който измъчва всички страни в проекта. Следователно топлинното накисване е най-ефективният метод, единодушно признат в света за пълно решаване на проблема със самовзривяването.