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异质颗粒引起的钢化玻璃自爆的机理

发布时间:2016/7/22

从玻璃自爆裂纹源的蝴蝶斑碎片,均找到在界面 上的破坏源小颗粒,直径约为0. 1〜0. 4mm。这些小 颗粒都是在距玻璃表面有一定深度的拉应力层,首先由于颗粒膨胀在玻璃的拉应力区引起局部一 次开裂,进而产生二次破裂和整体破碎。

进一步分析这些破坏源小颗粒的形貌和成分,将 这些碎片在相同的条件下进行扫描电镜观察和能谱分 析。结果表明导致钢化玻璃自爆的杂质颗粒不仅仅是 硫化镍颗粒,很多情况下是由于其他的异质相颗粒如 单质多晶硅、氧化铝和硅铝酸钠等引起的。正是由于 很多自爆现象都是由这些异质相颗粒所引起的,所以 国内外钢化玻璃企业针对硫化镍所进行的均质处理, 并不能完全避免钢化玻璃服役过程中的自爆现象。

由于单质多晶硅、氧化铝和硅铝酸钠等颗粒造成 钢化玻璃自爆的机理非常类似,所以我们以典型的异质颗粒单质多晶硅为例说明这类颗粒引起的

钢化玻璃自爆的机理。典型的异质颗粒单质多晶硅的截面图以及沿图中白线所采集的 能谱分析结果。颗粒大部分都是圆球形状的,表面非常圆滑,如图26-22所示。测得其显微硬度 值为6. 5GPa,比周边的玻璃硬度(5.4GPa)要高一些。单质硅的膨胀系数约为(3〜5)X10—6

K-1,而普通钠钙硅玻璃的膨胀系数大约是其两倍。在玻璃的降温过程中,周边的玻璃对单质硅 球形颗粒产生越来越大的压应力,反之单质硅微粒对周边的玻璃形成相同的径向压应力和切向拉 应力。对于物理钢化玻璃,表面受压应力,中间是与表面压应力保持平衡的拉应力区。单质硅颗 粒周围的切向拉应力与钢化玻璃的拉应力叠加,使得颗粒周围垂直于玻璃面的平面拉应力达到最 大,当这种局部拉应力达到一定程度就可导致玻璃破裂。同时当最大拉应力接近玻璃的断裂强度 便形成一种危险的不稳定系统,一旦有温度变化或者外部受力,局部应力峰值就可能超过强度值 而发生破坏。颗粒边缘处的玻璃受到挤压,并在切向有幵裂的痕迹。玻璃 中的局部应力主要是由于玻璃和单质硅颗粒的膨胀系数之差所引起。根据弹性理论,这种挤压应 力主要由温差和两种材料膨胀系数之差及弹性系数所决定。在颗粒周边的玻璃中应力状态是球对 称分布,并且随距离而快速衰减,径向和切向应力的绝对值相差一倍,即最大径向应力的绝对值 是同一点切向应力的两倍。

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