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    玻璃的通性

    在自然界中固体物质存在着晶态和非晶态两种状态,所谓非晶态是以不同方法获得的以结构无序为主要特征的固体物质状态。玻璃态是非晶态固体的一种,玻璃中的原子不像晶体那样在空间作远程有序排列,而近似于液体,具有近程有序排列。玻璃像固体一样能保持一定的外形,而不像液体那样在自重作用下流动。玻璃态物质具有以下五个特性:  (一)各向同性  玻璃态物质的质点排列总的说是无规则的,是统计均匀的,所以,玻璃中不存在内应力时,其物理化学性质(如硬度、弹性模量、热膨胀系数、热传导系数、折射率、导电率等)在任何方向上都是相同的。但当玻璃中存在应力时,结构均匀性就遭到破坏,玻璃就显示出各向异性,例如产生双折射现象。此外,由于玻璃表面与内部结构上的差异,其表面与内部的性质也不相同。  (二)介稳性  所谓玻璃处于介稳状态,是因为玻璃是由熔体急剧冷却而得,由于在冷却过程中粘度急剧增大,质点来不及作形成晶体的有规则排列,系统的内能不是处于**值,而是处于介稳状态;但尽管玻璃处于较高能态,由于常温下粘度很大,因而实际上不能自发地转化为晶体;只有在一定的外界条件下,即必须克服物质由玻璃态转化为晶态的势垒,才能使玻璃析晶。因此,从热力学的观点看,玻璃态是不稳定的,但从动力学的观点看,它又是稳定的。因为它虽具有自发放热转化为内能较低的晶体的倾向,但在常温下,转变为晶态的几率很小,所以说玻璃处于介稳状态。  (三)无固定熔点  玻璃态物质由固体转变为液体是在一定温度区间(转化温度范围内)进行的,它与结晶态物质不同,没有固定熔点。当物质由熔体向固体转化时,如果是结晶过程,在系统中必有新相生成,并且在结晶温度,许多性质等方面发生突变。但是,当物质由熔体向固态玻璃转化时,随着温度的逐渐降低,熔体的粘度逐渐增大,**形成固态玻璃。此凝固过程是在较宽温度范围内完成的,始终没有新的晶体生成。从熔体向固态玻璃过渡的温度范围决定于玻璃的化学组成,一般波动在几十到几百度内。因此玻璃没有固定的熔点,而只有一个软化温度范围。在此范围内,玻璃由粘性体经粘塑性体、粘弹性体逐渐转变成为弹性体。这种性质的渐变过程正是玻璃具有良好加工性能的基础。  (四)性质变化的连续性和可逆性  玻璃态物质从熔融状态到固体状态的性质变化过程是连续的和可逆的。所谓连续变化,是由于除能够形成连续固熔体外,二元以上晶体化合物有固定的原子和分子比,因此,它们的性质变化不是连续的。但玻璃则不同,在玻璃形成范围内,由于化学成分可以连续变化,因此玻璃的一些物理性质必然随其所含各氧化物组分的变化而连续变化。性质变化的可逆性,是指玻璃由固体向熔融态或相反过程可以多次进行,而不会伴随新相生成。
  • 03
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    玻璃的密度

      玻璃的密度表示玻璃单位体积的质量,主要决定于玻璃的化学组成、温度和热历史,也与玻璃的原子堆积紧密程度、配位数有关,是表征玻璃结构的一个标志。  玻璃的密度与化学组成关系密切。玻璃组成不同密度相差很大。各种玻璃制品中,石英玻璃的密度*小,为2000kg/m3,普通钠钙硅玻璃为2500——2600kg/m3。而含有PbO,Bi2O3,Ta2O5,WO3的玻璃密度可达6000kg/m3。甚至某些防辐射玻璃的密度可高达8000kg/m3。  玻璃的密度随温度升高而下降。一般工业玻璃,当温度由20℃升高到1300℃时,密度下降约为 6% —— 12%,在弹性形变范围内,密度的下降与玻璃的热膨胀系数有关。  玻璃的热历史是指玻璃从高温冷却,通过 Tf —— Tg区域时的经历,包括在该区域停留时间和冷却速度等具体情况在内。热历史影响到固体玻璃结构以及与结构有关的许多性质。其对玻璃密度影响为:  (1)玻璃从高温状态冷却时,淬冷玻璃的密度比退火玻璃的小。  (2)在一定退火温度下保温一定时间后,玻璃密度趋向平衡。  (3)冷却速度越快,偏离平衡密度越多,其Tg值也越高。所以,在生产上退火质量的好坏可在密度上明显地反映出来。  在玻璃生产中常出现事故,如配方计算错误、配合料称量差错、原料化学组成波动等,这些均可引起玻璃密度的变化。因此,玻璃工厂常将测定密度作为控制玻璃生产的手段。
  • 03
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    生产工艺对钢化玻璃质量的影响

      玻璃钢化工艺有三个基本要求,只有满足这些基本要求才能生产出合格的产品:  首先,玻璃必须加热到要求的温度,玻璃表面各个部分的温度要均匀,相差不能太大,玻璃表面与中间也不能相差太大。要控制此项主要掌握三个方面:  第一,根据电炉的负载情况,选择合理的加热温度并有效的控制炉内温度。玻璃在钢化炉的加热主要有:传导,辐射和对流,这里所说的电炉的负载不是指电炉里玻璃占有的面积,而是指玻璃厚度、加热温度与加热时间的关系,目前大部分厂家所使用的钢化电炉的加热段一般都可分为很多个很小的加热区,每个区都可由上位计算机单独控制,在正常的情况下,在电炉中央加热元件加热区域内,总有玻璃在吸热,在电炉的这种区域内,一直有玻璃存在,这是区域性的,加热效果也是区域性的,如果电炉内某个区的热消耗超过加热效果,这个区内的温度就开始下降,这就是超负荷现象,玻璃钢化的成功与否主要决定于玻璃板温度**的地方,一旦电炉有超负荷现象,电炉温度就会出现下降,致使玻璃在冷却段里冷却时造成破碎。加热温度的设定,要根据所钢化的玻璃的厚度,要钢化的玻璃越薄,温度就要越高,要钢化的玻璃越厚,温度就要越低,对于加热温度的控制,操作人员要明白电炉温度与加热时间的相互关系以及电炉温度对厚薄不同的玻璃变化值,所以笔者不能明确地指出哪种温度设定**,因为温度的选择还在很大程度上决定于原片玻璃的质量。另外,加热系统测得的底部温度并不是辊子的温度,而是钢化炉底部加热元件补偿辊子上玻璃吸收热量后的平均温度,由于这个原因,所测的温度一般较高,比所测得的上部温度要高一些,所以一般情况下钢化炉上部的温度设定比下部温度要高一些。下面笔者举一个控制炉温的例子,假如我们在生产中,要使玻璃从加热炉到急冷室的温度提高10℃。  第二,选择合理的加热时间。钢化炉的加热功率是一定的,通常设定的加热时间(电炉的加热时间)约为每毫米厚度玻璃为35-40秒,例如:6mm厚度的玻璃的加热时间大约为:6×38秒=228秒,此种计算方法适应于厚度小于12mm厚的的玻璃的普通平钢化玻璃,当玻璃的厚度在12mm-19mm时,加热时间的基本计算方法是每1mm厚度玻璃约为40-45秒种。生产弯钢化玻璃时,加热时间每毫米厚度的玻璃增加2。5-5秒。带开洞或开槽的玻璃时,加热时间要在此计算方法上多5%。带尖角(小于30°角)的玻璃和灰玻加热时间在此计算方法上要多2。5%。下面笔者举一个控制炉温的例子,来诠释加热温度和加热时间,假如我们在生产钢化6mm的玻璃,加热温度为705℃,加热时间215秒,要使玻璃从加热炉到急冷室的温度提高10℃,有两种方法可以使之实现:第一种方法,是将电炉温度提高10℃;第二种方法是增加加热时间,电炉的温度保持不变。注意:玻璃温度接近钢化温度前的加热速度较慢,我们要了解这样一个基本的原则:如果电炉的的温度设定变化了几度,我们也要使玻璃的加热温度同样也变化相同的温度,就要改变加热时间±t秒,才能使玻璃从电炉里出来的温度在±t秒的时间内保持不变。  第三,要实现加热的均匀,玻璃在放片台的布置也很重要。放片的合理布置主要是为了保证电炉内纵向和横向负载的均匀性,也就是说,每炉玻璃的放片布置以及各炉的间隙时间要均匀。我们要明白从加热炉到急冷室过程中的温度规律,必须弄清玻璃板布置所取决的因素:当玻璃沿电炉前后移动时,玻璃边缘邻近的辊子所处的区域容易过热,这种现象在两块玻璃之间的辊子表面上也容易发生。在实际的生产当中,如果玻璃板在钢化炉内一直以相同的放片布置向前运动,各个辊子温差就相对的明显,结果放片位置一变化,玻璃就会在加热炉内弯形或者在急冷室里破碎。为了得到**的钢化效果,我们要记住放片时的注意事项:为了避免纵向玻璃板间的空隙导致辞电炉的温度过高,放片台上玻璃板摆放的越合理,越容易保持辊子温度一致性,也就是说放片时纵向出现间隙,下一次放片时要补上这个空隙。另外,在比较长的纵向空隙(大于等于二分之一)内放下一炉的的玻璃,其不良效果要比在整个纵向长度内放玻璃明显得多,这是因为这个温度高的空隙在加热一开始就受到了影响,要有充分的时间才能使温度均衡下来。  其次,玻璃尽可能以*快的冷却速度进行冷却,冷却速度取决于玻璃厚度和玻璃的其它性能,玻璃的两个面的冷却要均衡;钢化过程中冷却阶段的理想冷却介质是干燥的冷空气,单位面积的大约冷却能力是确定了的,因此5mm玻璃所需要的冷却能力相当于6mm玻璃的两倍以上,同样12mm玻璃所需要的冷却能力相当只有10mm玻璃的一半以下,由于这个原因,考虑到玻璃厚度对冷却速度的影响,因此可以这样说:5mm玻璃冷却速度是6mm玻璃的四倍,12mm玻璃的冷却速度只有6mm的1/4。  第四,在钢化过程中玻璃要不停的运动,玻璃表面上不能有划伤及变形留下的痕迹。这个运动包括括玻璃在加热炉内的热摆运动,热摆运动是为了使玻璃表面各个部分的加热均匀;同时也包括玻璃在风冷段中的冷摆运动,冷摆运动是为了玻璃各个部分的钢化均匀,保证玻璃的碎块均匀。对原板玻璃的质量的要求,原板玻璃不能有层杂,爆边,划伤,气泡等,这些情况都能引起玻璃在风冷破碎。
  • 03
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    玻璃气泡产生与消失的机理

    玻璃气泡产生和消失机理  研究玻璃气泡,首先要分析气泡中气体的来源,气体与玻璃液的相互作用,玻璃液物理化学性能对气泡产生或消失过程产生的影响。  玻璃气泡中的气体,通常来源于以下几个方面:  (1)原料颗粒间隙中的气体以及原料表面吸附的气体  在配合料熔制初期,这类气体就不断挥发或蒸发,在上升过程中形成大气泡上浮而逸出玻璃液,一般不会直接导致玻璃产品中出现可见气泡。除非原料粒度控制不当,配合料结团没有熔化充分,气体无法排出。  (2)盐类分解放出的气体  配合料中存在大量的碳酸盐,硫酸盐和硝酸盐,这些盐类受热分解,产生大量的微小气泡,由于盐类分解产生的气体数量多,约占配合料重量的15一20%,与形成的玻璃液相比,体积大出许多倍,这些气体的大量释放和不断移动,促进了热交换效率的提高,加速了配合料的熔化,改善了玻璃成分的均匀性和温度的均匀性,但是,这类气体形成的气泡得不到及时的消除将形成玻璃气泡。  (3)外界因素产生的气体  耐火材料中析出气体,有害杂质成分与玻璃液作用产生的气体,这些气体形成的玻璃气泡在正常生产中消失时间长,消失难度大,但这种情况比较少见。  玻璃液降温太快或温度发生大的波动,或者由于种种原因,玻璃的氧化还原状态发生大的波动,这些因素综合作用,使玻璃液中各种气体的溶解度发生波动,释放出大量的微小的二次气泡。这种气泡的特征是直径小而数量多。  有时由于料方计算错误或料方执行过程中发生加料错误,引起池窑内玻璃成分大幅度波动,玻璃中气体的溶解度发生波动,产生大量的玻璃气泡。  玻璃气泡在澄清过程中的*终消失有两种方式:一种是小气泡不断长大变成大气泡,由于密度差异气泡不断上浮,*终逸出玻璃液而消失。另一种是微小气泡,随着温度的降低,气体在玻璃中的溶解度增加,由于表面张力作用,气泡中存在几种成分的气体,由于气泡直径小,压力高,气体迅速被玻璃吸收,随着直径变小,气泡压力不断升高,*终气泡中的气体全部溶入玻璃液中。小气泡完全消失。  玻璃气泡的影响要素  2.1温度  玻璃温度的高低,直接影响着玻璃液的粘度,表面张力,以及气体在玻璃液中的溶解度。  在玻璃熔窑内,玻璃澄清过程是在热点高温区域内进行的,大的气泡不断长大而上浮,小的气泡不断缩小而被玻璃液吸收。玻璃热点的控制方法很多,在熔窑的纵向形成纵向温度分布曲线,使玻璃液形成两个大的循环对流,熔化率的大小,出料量的波动,燃料的分布和燃烧火焰的组织,玻璃氧化还原状态等因素都会显著地影响到热点区域的温度高低和温度的稳定。此外,鼓泡技术或电助熔技术的使用都能明显改善玻璃的热点状态,促进玻璃液的澄清。  2.2时间  玻璃中大气泡的长大上浮消失过程以及玻璃液对小气泡的吸收过程,都必须在特定的温度范围和特定的时间范围内才能完成。  熔化过程中的一些因素,如熔化池玻璃液深度,池底玻璃液温度,熔化率,玻璃液对流情况,玻璃的氧化还原状态,池底电助熔或池底鼓泡等因素,能明显影响玻璃气泡的消失过程。如果气泡消失时间不够,*终将残留于玻璃液中形成玻璃气泡。  2.3玻璃的氧化还原状态  澄清剂的选用对玻璃氧化还原状态影响较大,澄清剂在1300℃以上促进玻璃气泡的消失过程。  近年来随着人们环保意识的增强,玻璃产品档次的提高,开发出很多复合型澄清剂,由于作用和价格不同,企业对澄清剂的选择多样化。  玻璃配合料COD值的日常检测和控制,玻璃液中变价金属价态的稳定性控制,影响到池底温度的高低以及玻璃的氧化还原状态,*终影响到气体在玻璃中的溶解度。
  • 03
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    钢化玻璃自爆原因分析与解决方法

     钢化玻璃自爆原因及解决办法  自爆及其分类  钢化玻璃自爆可以表述为钢化玻璃在无外部直接作用的情况下而自动发生破碎的现象。在钢化加工、贮存、运输、安装、使用等过程中均可发生钢化玻璃自爆。自爆按起因不同可分为两种:一:是由玻璃中可见缺陷引起的自爆,例如结石、砂粒、气泡(词条“气泡”由行业大百科提供)、夹杂物、缺口、划伤、爆边等;:二:是由玻璃中硫化镍(NiS)杂质膨胀引起的自爆。这是两种不同类型的自爆,应明确分类,区别对待,采用不同方法来应对和处理。前者一般目视可见,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,无法目测检验,故不可控。  在实际运作和处理上,前者一般可以在安装前剔除,后者因无法检验而继续存在,成为使用中的钢化玻璃自爆的主要因素。硫化镍类自爆后更换难度大,处理费用高,同时会伴随较大的质量投诉及经济损失,造成业主的不满甚至更为严重的其他后果。所以,硫化镍引发的自爆是我们讨论的重点。  钢化玻璃自爆机理  钢化玻璃内部的硫化镍膨胀是导致钢化玻璃自爆的主要原因。玻璃经钢化处理后,表面层形成压应力(词条“压应力”由行业大百科提供)。内部板芯层呈张应力,压应力和张应力共同构成一个平衡体。  玻璃本身是一种脆性材料,耐压但不耐拉,所以玻璃的大部分破碎是张应力引发的。钢化玻璃中硫化镍晶体发生相变时,其体积膨胀,处于玻璃板芯张应力层的硫化镍膨胀使钢化玻璃内部产生更大的张应力,当张应力超过玻璃自身所能承受的极限时,就会导致钢化玻璃自爆。  国外研究证明:玻璃主料石英砂或砂岩(词条“砂岩”由行业大百科提供)带入镍,燃料及辅料带入硫,在1400℃——1500℃高温熔窑(词条“熔窑”由行业大百科提供)燃烧熔化形成硫化镍。  当温度超过1000℃时,硫化镍以液滴形式随机分布于熔融玻璃液中。当温度降至797℃时,这些小液滴结晶固化,硫化镍处于高温态的α-NiS晶相(六方晶体)。当温度继续降至  379℃时,发生晶相转变成为低温状态的β-NiS(三方晶系),同时伴随着2.38%的体积膨胀。这个转变过程的快慢,既取决于硫化镍颗粒中不同组成物(包括Ni7S6、NiS、NiS1.01)的百分比含量,还取决于其周围温度的高低。  如果硫化镍相变没有转换完全,则即使在自然存放及正常使用的温度条件下,这一过程仍然继续,只是速度很低而已。  当玻璃钢化加热时,玻璃内部板芯温度约620℃,所有的硫化镍都处于高温态的α-NiS相。随后,玻璃进入风栅急冷,玻璃中的硫化镍在379℃发生相变。与浮法退火窑(词条“退火窑”由行业大百科提供)不同的是,钢化急冷时间很短,来不及转变成低温态β-NiS而以高温态硫化镍α相被“冻结”在玻璃中。快速急冷使玻璃得以钢化,形成外压内张的应力统一平衡体。  在已经钢化了的玻璃中硫化镍相变低速持续地进行着,体积不断膨胀扩张,对其周围玻璃的作用力随之增大。钢化玻璃板芯本身就是张应力层,位于张应力层内的硫化镍发生相变时体积膨胀也形成张应力,这两种张应力叠加在一起,足以引发钢化玻璃的破裂即自爆。  进一步实验表明:对于表面压应力100MPa的钢化玻璃,其内部的张应力为45MPa左右。此时张应力层中任何直径大于0.06mm的硫化镍均可引发自爆。另外,根据自爆研究统计结果分析,95%以上的自爆是由粒径分布在0.04mm——0.65mm之间的硫化镍引发。根据材料断裂力学计算出硫化镍引发自爆的平均粒径为0.2mm.因此,国内外玻璃加工行业一致认定硫化镍是钢化玻璃自爆的主要原因。钢化玻璃自爆还有一些其他因素:玻璃开槽及钻孔的不合理、玻璃原片质量较差、厚度不均如压花玻璃、应力分布不均例如弯钢化玻璃及区域钢化玻璃等。  中国建筑装饰协会幕墙工程委员会受建设部委托,对北京、上海、天津、重庆、西安、武汉、深圳、哈尔滨、厦门、温州10个城市进行了既有幕墙安全状况调查,调查样本的选取是在10个城市自检自查基础上,由城市建设行政主管部门推荐提供的120项既有建筑幕墙项目,在本次调查中,幕墙玻璃破损437块。全玻幕墙此次调查有17项,其中10项发现大玻璃碎裂,共计68块,玻璃肋断裂3块,还发现很多玻璃幕墙无肋玻璃。中空玻璃(词条“中空玻璃”由行业大百科提供)漏气180块,镀膜玻璃脱膜现象个别城市也比较多。调查中发现了9项有重要隐患的幕墙工程,占调查项目总数的9.38%.如果去掉钢化玻璃自爆破裂,比例下降到2.3%。幕墙门窗采用钢化玻璃致使玻璃幕墙和门窗的玻璃破裂事故居高不下,改变这种状况已迫在眉捷。  本文根据国内、外幕墙和门窗的玻璃破裂事故的分析,建议幕墙及门窗应采用防飞散玻璃。钢化玻璃自爆及其分类1、钢化玻璃自爆分类从钢化玻璃诞生开始,就伴随着自爆问题。钢化玻璃自爆可以表述为钢化玻璃在无外部直接作用的情况下而自动发生破碎的现象。在钢化加工、贮存、运输、安装、使用等过程中均可发生钢化玻璃自爆。  自爆按起因不同可分为两种:  一是由玻璃中可见缺陷引起的自爆,例如结石、砂粒、气泡、夹杂物、缺口、划伤、爆边等;  二是由玻璃中硫化镍(NIS)杂质和异质相颗粒引起钢化玻璃自爆。  BALLANTYNE于1961年**提出钢化玻璃自爆的硫化镍机制。BORDEAUX和KASPERr通过250例自爆的研究,发现引起自爆的硫化镍直径在0.04——0.65mm之间,平均粒径为0.2mm。新发现异质相颗粒引起钢化玻璃自爆。  这是两种不同类型的自爆,应明确分类,区别对待,采用不同方法来应对和处理。前者一般目视可见,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,无法目测检验,故不可控。在实际运作和处理上,前者一般可以在安装前剔除,后者因无法检验而继续存在,成为使用中的钢化玻璃自爆的主要因素。  不可控钢化玻璃自爆的特点  钢化玻璃原因不清自爆的问题,责任难明。自爆时间没有确定性,可能是刚出炉,也可能是出厂后1——2月,也有出厂1——2年才自爆的,引起钢化玻璃较多自爆的时间可能是产品生产完成后的4——5年。  据不完全了解,大部份厂家产品的概率是3‰左右的自爆率;个别厂家产品的概率可能还要高。钢化玻璃自爆的根本原因是因为玻璃中含有硫化镍及异质相颗粒杂质,杂质是如何混入的现还未根本查清,玻璃中是如何混入镍的,**可能的来源是设备上使用的各种含镍合金部件及窑炉上使用的各种耐热合金。对于烧油的熔窑,曾报道在小炉中发现富镍的凝结物。硫毫无疑问来源于配合料中及燃料中的含硫成份。当温度超过1000℃时,硫化镍以液滴形式存在于熔融玻璃中,这些小液滴的固化温度为797℃。1克硫化镍就能生成约1000个直径为0.15mm的小结石。硫化镍可以在生产完成后任何时候发生,故现在还不能完全杜绝,至今无有效地防止办法称为“玻璃幕墙的癌症”。  “玻璃幕墙的癌症”出自**建筑师福斯特之口:那年,由斯特事务所设计的伦敦市政厅几块从地板到天花板高度的玻璃破裂。这座市政厅靠近伦敦塔桥,全部用玻璃做覆面,承包商不得不着手检查所有的内部玻璃。大伦敦市议会发言人说,根据初步调查,问题出在玻璃含有镍硫化物上,也就是说,在建造过程中玻璃被镍元素污染,镍和玻璃中的硫化物进行化学反应,造成破裂。硫化镍类自爆后更换难度大,处理费用高,同时会伴随较大的质量投诉及经济损失,造成业主的不满甚至更为严重的其他后果。称之为“玻璃幕墙的癌症”。3、钢化玻璃自爆率及自爆原因  1、自爆率  国内的自爆率各生产厂家并不一致,从3%——0.3%不等。一般自爆率是按片数为单位计算的,没有考虑单片玻璃的面积大小和玻璃厚度,所以不够准确,也无法进行更科学的相互比较。为统一测算自爆率,必须确定统一的假设。定出统一的条件:每5——8吨玻璃含有一个足以引发自爆的硫化镍;每片钢化玻璃的面积平均为1.8m2;硫化镍均匀分布。则计算出6mm厚的钢化玻璃计算自爆率为0.64%——0.54%,即6mm钢化玻璃的自爆率约为3‰——5‰。这与国内高水平加工企业的实际值基本吻合。  即使完全按标准生产,也不能彻底避免钢化玻璃自爆。大型建筑物轻易就会用上几百吨玻璃,这意味着玻璃中硫化镍和异质相杂质存在的几率很大,所以钢化玻璃虽经热浸处理(词条“热浸处理”由行业大百科提供),自爆依然不可避免4、钢化玻璃不可控自爆的原因钢化玻璃不可控自爆的来源不仅是传统认识中的nis微粒,还有许多其它异质相颗粒。玻璃中的裂纹萌发和扩展主要是由于在颗粒附近处产生的残余应力所导致的。这类应力可分为两类,一类是相变膨胀过程中的相变应力,另一类是由热膨胀系数不匹配产生的残余应力。硫化镍(nis)及异质相颗粒。玻璃内部包含硫化镍杂质,以小水晶状态存在,在一般情况下,不会造成玻璃破损,但是由于钢化玻璃重新加热,改变了硫化镍杂质的相态,硫化镍的高温α态在玻璃急冷时被冻结,他们在恢复到β态可能需要几年的时间,由于低温β态的硫化镍杂质将产生体积增大,在玻璃内部产生局部的应力集中,这时钢化玻璃自爆将发生。然而,仅仅比较大的杂质将引起自爆,而且仅仅当杂质在拉应力的核心部位时才能发生钢化玻璃自爆。  nis是一种晶体,存在二种晶相:高温相α-nis和低温相β-nis,相变温度为379℃,玻璃在钢化炉内加热时,因加热温度远高于相变温度,nis全部转变为α相。然而在随后的淬冷过程中,α-nis来不及转变为β-nis,从而被冻结在钢化玻璃中。在室温环境下,α-nis是不稳定的,有逐渐转变为β-nis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。从自爆后玻璃碎片中提取的nis结石的扫描电镜照片中可看到,其表面起伏不平、非常粗糙。  异质相颗粒引起钢化玻璃自爆,可以破裂源处玻璃碎片的横截面照片中看到,一个球形微小颗粒引起的**开裂痕迹与二次碎裂的边界区。  如何鉴别钢化玻璃的自爆首先看起爆点(钢化玻璃裂纹呈放射状,均有起始点)是否在玻璃中间,如在玻璃边缘,一般是因为玻璃未经过倒角磨边处理或玻璃边缘有损伤,造成应力集中,裂纹逐渐发展造成的;如起爆点在玻璃中部,看起爆点是否有两小块多边形组成的类似两片蝴蝶翅膀似的图案(蝴蝶斑),如有仔细观察两小块多边形公用边(蝴蝶的躯干部分)应有肉眼可见的黑色小颗粒(硫化镍结石),则可判断是自爆的;否则就应是外力破坏的。玻璃自爆典型特征是蝴蝶斑。玻璃碎片呈放射状分布,放射中心有二块形似蝴蝶翅膀的玻璃块,俗称“蝴蝶斑”。nis结石位于二块"蝴蝶斑"的界面上。  径向应力r≥a切向应力r≥a颗粒与玻璃之间界面的应力对于异质颗粒在玻璃基体中,降温过程温差是负的,所以颗粒周边的径向应力是压力,切向应力是拉力。  玻璃中间层球形单质硅颗粒的扫描电镜图像和边缘挤压形貌,颗粒周边的径向应力是压力,切向应力是拉力,所以切向应力是裂纹启始的根源。6、钢化玻璃自爆机理理论探讨1、钢化玻璃自爆是当前玻璃幕墙安全迫切需要解决的重要问题。但是对于安全玻璃的概念,传统的概念是,(全)钢化玻璃属于安全玻璃。其根据除了强度(词条“强度”由行业大百科提供)较高外,主要是由于(全)钢化玻璃破碎时会整块玻璃全部破碎成蜂窝状钝角小颗粒,不易伤人。通过这次调查和众多事故实践,对于这一概念提出了质疑,关于高层建筑玻璃幕墙使用安全玻璃问题,有讨论的必要。对于高层建筑玻璃幕墙使用安全玻璃,其安全的主要担心是玻璃破碎坠落伤人。  这里应该包含三部分要求:  一是玻璃具有足够的强度,使其承受设计荷载不破坏。  二是玻璃万一破裂要具有防碰碎散落性,使其处于破碎状态时保证不会坠落飞散。  三是足够断裂韧度k1c。  2、(全)钢化玻璃具备较高强度和其破坏形态为钝角小颗粒这两个安全因素。  但不具备防破碎散落性这一对高层建筑玻璃幕墙而言关键性的安全因素、因此而带来的不安全后果,(全)钢化玻璃破碎后的大群呈钝角的碎片,从高空散落而下,即使颗粒较小,但速度已很大,同样能伤人。其中的罪魁祸首便是自由落体的重力加速度。对高层建筑玻璃幕墙的玻璃不论何种形态的玻璃碎片,如高层建筑上散落而下,都是危险的甚至是致命的。此外,(全)钢化玻璃自爆破坏无先兆,目前尚无有效的完全防止的方法,是玻璃幕墙的癌症,玻璃自爆破碎和高空散落,高层建筑玻璃幕墙使用(全)钢化玻璃并不安全。  安全是一个相对的概念,是有条件的;不是**的,无条件的。脱离使用条件,仅仅只从其碎片形态来定义玻璃幕墙安全玻璃,是不全面的,钢化玻璃并不是不破裂,只是玻璃之碎粒较小,但碎片容易下落和飞溅而造成意外事故,因此,在很多国外玻璃幕墙技术标准和规范中都明确玻璃幕墙不宜使用单片钢化玻璃,应采用防飞散玻璃,日本高层建筑玻璃幕墙上使用(全)钢化玻璃,必须增贴一层防飞散膜,以确保安全。  “强而不破碎,破碎不散落”,防飞散玻璃才是玻璃幕墙使用的安全玻璃。  3、推荐采用半钢化玻璃。  半钢化玻璃生产采用与钢化玻璃类似的工艺方法.只是冷却(词条“冷却”由行业大百科提供)速度较慢.因此其表面应力略小于钢化玻璃。半钢化玻璃在机械强度(词条“机械强度”由行业大百科提供)、抗风压性能、抗冲击性能和抗热震性方面明显优子普通退火玻璃,较适合使用于玻璃幕墙中。半钢化玻璃特性:强度为普通玻璃的2倍;可以有效地抵抗热应力作用.避免玻璃的热炸裂,一旦破裂.半钢化玻璃裂纹全部是延伸到边.其碎片可以保留在框架内而不会坠落;不易发生钢化玻璃的自爆现象;比钢化玻璃具有更好的平整度(词条“平整度”由行业大百科提供)。  结论  1、国内玻璃幕墙造成危害主要来源是钢化玻璃自爆。  2、钢化玻璃自爆的来源不仅是传统认识中的NiS微粒,还有许多其它异质相颗粒。  3、玻璃中的裂纹萌发和扩展主要是由于在颗粒附近处产生的切向拉应力。  4、钢化玻璃自爆不可控,事前无任何征兆。称为“玻璃幕墙的癌症”。  5、幕墙及门窗应采用防飞散玻璃,推荐采用半钢化玻璃。
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