2.自爆機(jī)理及影響因素

　　2.1硫化鎳(NiS)

　　NiS是一種晶體，存在二種晶相:高溫相α-NiS和低溫相β-NiS，相變溫度為379oC.玻璃在鋼化爐內(nèi)加熱時(shí)，因加熱溫度遠(yuǎn)高于相變溫度，NiS全部轉(zhuǎn)變?yōu)?alpha;相。然而在隨后的淬冷過(guò)程中，α-NiS來(lái)不及轉(zhuǎn)變?yōu)?beta;-NiS，從而被凍結(jié)在鋼化玻璃中。在室溫環(huán)境下，α-NiS是不穩(wěn)定的，有逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)?beta;-NiS的趨勢(shì)。這種轉(zhuǎn)變伴隨著約2--4%的體積膨脹，使玻璃承受巨大的相變張應(yīng)力，從而導(dǎo)致自爆。典型的NiS引起的自爆碎片見(jiàn)圖1。圖2是從自爆后玻璃碎片中提取的NiS結(jié)石的掃描電鏡照片，其表面起伏不平、非常粗糙。

             
              圖1：自爆碎片形態(tài)圖玻璃碎片呈放射狀分布，
              放射中心有二塊形似蝴蝶翅膀的玻璃塊，
              俗稱"蝴蝶斑"。NiS結(jié)石位于二塊"蝴蝶斑"的界面上。

             
       圖2：NiS結(jié)石掃描電鏡照片粗糙的表面是硫化鎳結(jié)石的一個(gè)主要特征。

　　Bordeaux和Kasper通過(guò)對(duì)250例自爆的研究，發(fā)現(xiàn)引起自爆的硫化鎳直徑在0.04-0.65

　　mm之間，平均粒徑為0.2mm(圖3)。硫化鎳在玻璃中一般位于張應(yīng)力區(qū)，大部分集中在板

　　芯部位的高張應(yīng)力區(qū)(圖4)。處在壓應(yīng)力區(qū)的NiS，一般不會(huì)導(dǎo)致自爆。

            
             圖3：硫化鎳在玻璃中的位置分布統(tǒng)計(jì)

                   
                   圖4：硫化鎳結(jié)石直徑分布

　　2.2硫化鎳臨界直徑

　　應(yīng)用斷裂力學(xué)的研究方法，Swain推導(dǎo)出下述公式，可計(jì)算引起自爆的NiS的臨界直徑

　　Dc=(πK21c)/(3.55P00.5σ01.5)臨界直徑Dc值取決于NiS周圍的玻璃應(yīng)力值σ0。式中應(yīng)力強(qiáng)度因子K1c=0,76m0.5Mpa，度量相變及熱膨脹的因子P0=615Mpa.

　　2.3鋼化程度

　　鋼化程度實(shí)質(zhì)上可歸結(jié)于玻璃內(nèi)應(yīng)力的大小。Jacob[5]給出了玻璃表面壓應(yīng)力值與50x50

　　mm范圍內(nèi)碎片顆粒數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)糸(圖5)。

             

　　板芯張應(yīng)力在數(shù)值上等于表面壓應(yīng)力值的一半。美國(guó)ASTMC1048標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:鋼化玻璃的表

　　面應(yīng)力范圍為大于69Mpa、熱增強(qiáng)玻璃為24-52Mpa。我國(guó)幕墻玻璃標(biāo)準(zhǔn)則規(guī)定應(yīng)力范圍為:鋼化玻璃95Mpa以上、半鋼化24-69Mpa。

　　計(jì)算得到不同鋼化程度玻璃的NiS臨界直徑Dc如表1: