Чому загартоване скло випадково вибухає?

Автоматичний вибух загартованого скла без прямої механічної зовнішньої сили називається самовибухом загартованого скла. Згідно з галузевим досвідом, швидкість самовибуху звичайного загартованого скла становить близько 1~3‰. Самовибух є однією з властивих властивостей загартованого скла.
Існує багато причин для самовибуху через розширення, які можна коротко підсумувати таким чином:
①Вплив дефектів якості скла
A. У склі є каміння, домішки та бульбашки: домішки в склі є слабкими місцями загартованого скла, а також місцями, де концентрується напруга. Особливо, якщо камінь знаходиться в зоні напруги розтягування загартованого скла, це є важливим фактором, що призводить до вибуху.
Камені знаходяться в склі і мають інший коефіцієнт розширення, ніж склоподібне тіло. Концентрація напруги в зоні тріщини навколо каменю експоненціально зростає після загартування скла. Коли коефіцієнт розширення каменю менший, ніж у скла, дотична напруга навколо каменю розтягується. Поширення тріщин, яке супроводжує каміння, може легко статися.
B. Скло містить кристали сульфіду нікелю
Включення сульфіду нікелю зазвичай існують у формі малих кристалізованих сфер діаметром 0.1-2 мм. Зовнішній вигляд металевий, і ці включення є NI3S2, NI7S6 і NI-XS, де X=0-0.07. Лише фаза NI1-XS є основною причиною спонтанного вибуху загартованого скла.
Відомо, що теоретична NIS дорівнює 379. Існує процес фазового переходу на C, від гексагональної кристалічної системи a-NIS у високотемпературному стані до тригональної кристалічної системи B-NI у низькотемпературному стані, що супроводжується обсяг розширення 2,38%. Така структура зберігається при кімнатній температурі. Якщо скло буде нагріватися в майбутньому, перехід стану aB може відбутися швидко. Якщо ці уламки знаходяться всередині загартованого скла, яке піддається розтягуванню, розширення об’єму призведе до спонтанного вибуху. Якщо a-NIS існує при кімнатній температурі, він повільно трансформується в стан B протягом кількох років або місяців. Повільне збільшення об’єму під час цього фазового переходу не обов’язково може викликати внутрішній розрив.
C. Скляна поверхня має подряпини, тріщини, глибокі тріщини та інші дефекти внаслідок неправильної обробки або експлуатації, які можуть легко спричинити концентрацію напруги або спричинити самовибух загартованого скла.
② Нерівномірний розподіл напруги та зсув у загартованому склі
Коли скло нагрівається або охолоджується, температурний градієнт, що створюється вздовж товщини скла, є нерівномірним і асиметричним. Через це загартовані продукти мають тенденцію до самовибуху, а деякі викликають «вибух вітру» при охолодженні. Якщо зона напруги розтягування зміщена до певної сторони виробу або до поверхні, загартоване скло самовибухне.
③Вплив ступеня відпустки.

Досліди показали, що при збільшенні ступеня загартування до рівня 1/см кількість самознищень досягає 20-25%. Можна побачити, що чим більше напруга, тим вище ступінь загартування і тим більше кількість самовибуху.

Розчин самовибуху із загартованого скла
1. Зменшити значення напруги загартованого скла
Розподіл напруги в загартованому склі полягає в тому, що дві поверхні загартованого скла перебувають під напругою стиску, внутрішній шар перебуває під напругою розтягування, а розподіл напруги по товщині скла подібний до параболи. Центром товщини скла є вершина параболи, де розтягуюча напруга максимальна; дві сторони, близькі до двох поверхонь скла, є напругою стиску; поверхня нульового напруження розташована приблизно на 1/3 товщини. Аналізуючи фізичний процес загартування та швидкого охолодження, можна побачити, що поверхневий натяг загартованого скла та максимальна внутрішня напруга розтягування мають грубу чисельну пропорційну залежність, тобто напруга розтягування становить від 1/2 до 1/3 від напруга стиску. Вітчизняні виробники, як правило, використовують поверхневий натяг загартованого скла. Напруга встановлена ​​на рівні близько 100 МПа, але фактична ситуація може бути вищою. Напруга розтягування загартованого скла становить близько 32 МПа ~ 46 МПа, а міцність на розрив скла становить 59 МПа ~ 62 МПа. Поки напруга, створена розширенням сульфіду нікелю, становить 30 МПа, цього достатньо, щоб викликати самовибух. Якщо поверхневе напруження зменшується, напруга розтягування, притаманна загартованому склу [1], буде відповідно зменшена, таким чином допомагаючи зменшити виникнення самовибуху.
Американський стандарт ASTMC1048 передбачає, що діапазон поверхневої напруги загартованого скла перевищує 69 МПа; напівзагартоване (термоармоване) скло становить 24 МПа ~ 52 МПа. Стандарт навісного скла BG17841 передбачає, що діапазон напруги напівзагартованого скла становить 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. Зробити напругу скла рівномірним
Нерівномірне навантаження на загартоване скло значно збільшить швидкість самовибуху, яка досягла рівня, який неможливо ігнорувати. Самовибух, викликаний нерівномірною напругою, іноді буває дуже концентрованим. Зокрема, швидкість самовибуху певної партії вигнутого загартованого скла може досягати шокуючого ступеня тяжкості, і самовибух може відбуватися постійно. Основними причинами є локальна нерівномірність напружень і відхилення напруженого шару в напрямку товщини. Певний вплив має і сама якість оригінального скляного листа. Нерівномірне напруження значно зменшить міцність скла, що еквівалентно певному збільшенню внутрішньої напруги розтягування, тим самим збільшуючи швидкість самовибуху. Якщо навантаження на загартоване скло можна розподілити рівномірно, швидкість самовибуху може бути ефективно зменшена.
3. Обробка гарячим замочуванням (HST)
Пояснення про замочування в теплі. Обробка гарячим замочуванням також називається гомогенізацією, широко відомою як «детонація». Теплова обробка полягає в тому, щоб нагріти загартоване скло до 290 градусів ±10 градусів і підтримувати його в теплі протягом певного періоду часу, що спонукає сульфід нікелю швидко завершити фазове перетворення кристала в загартоване скло, викликаючи загартоване скло, яке є може вибухнути після використання, щоб бути штучно зламаний заздалегідь на заводі. Нагрівальна піч, тим самим зменшуючи самовибух загартованого скла, що використовується після встановлення. Цей метод зазвичай використовує гаряче повітря як теплоносій. За кордоном це називається «HeatSoakTest», або скорочено HST, що дослівно перекладається як обробка термозамочуванням.
Труднощі теплового замочування. В принципі, термообробка не є ні складною, ні важкою. Але насправді досягти цього показника процесу дуже складно. Дослідження показують, що існує багато специфічних хімічних структурних формул сульфіду нікелю в склі, таких як Ni7S6, NiS, NiS1.01 тощо. Не тільки пропорції різних компонентів змінюються, але вони також можуть бути леговані іншими елементами. Швидкість його зміни фази сильно залежить від температури. Дослідження показують, що швидкість зміни фази при 280 градусах в 100 разів перевищує швидкість при 250 градусах, тому необхідно переконатися, що кожен шматок скла в печі відчуває однаковий температурний режим. В іншому випадку, з одного боку, скло з низькою температурою не може бути повністю фазоперетворено через недостатній час збереження тепла, що послаблює ефект теплового просочення. З іншого боку, коли температура скла надто висока, це може навіть викликати зворотне фазове перетворення сульфіду нікелю, викликаючи більші приховані небезпеки. Обидві ситуації можуть зробити замочування теплом неефективним або навіть контрпродуктивним. Дуже важлива рівномірність температури під час роботи печі для нагрівання. Три роки тому різниця температур у печі під час гарячої ізоляції в більшості побутових печей із гарячим замочуванням досягала навіть 60 градусів. Нерідкі випадки, коли в імпортних печах різниця температур становить близько 30 градусів. Таким чином, навіть якщо деяке загартоване скло було нагріто, швидкість самовибуху залишається високою.
Нові стандарти будуть більш ефективними. Фактично, процес гарячого занурення та обладнання постійно вдосконалювалися. Німецький стандарт DIN18516 визначив час витримки 8 годин у виданні 1990 року, тоді як стандарт prEN14179-1:2001(E) скоротив час витримки до 2 годин. Ефект від процесу гарячого занурення за новим стандартом дуже значний, і є чіткі статистичні технічні показники: після гарячого занурення він може бути зведений до одного випадку самовибуху на 400 тонн скла. З іншого боку, печі для гарячого занурення постійно вдосконалюють свою конструкцію та структуру, а рівномірність нагріву також значно покращилася, що в основному може відповідати вимогам процесу гарячого занурення. Наприклад, швидкість самовибуху термічно обробленого скла CSG Group досягла технічних показників нових європейських стандартів і показала себе надзвичайно задовільно в проекті нового аеропорту Гуанчжоу площею 120 квадратних метрів. .
Хоча термообробка не може гарантувати, що самовибух ніколи не відбудеться, вона зменшує виникнення самовибуху та справді вирішує проблему самовибуху, яка мучить усі сторони проекту. Таким чином, теплове замочування є найефективнішим одностайно визнаним у світі методом повного вирішення проблеми самовибуху.