強化ガラスが直接の機械的外力を受けずに自動的に爆発することを、強化ガラスの自己爆発といいます。業界の経験によると、通常の強化ガラスの自己爆発率は約1〜3‰です。自己爆発は強化ガラスの固有の特性の1つです。
膨張による自己爆発には多くの理由がありますが、簡単にまとめると次のようになります。
①ガラス品質欠陥の影響
A. ガラスに石、不純物、気泡が混入しています。ガラス内の不純物は強化ガラスの弱点であり、応力が集中する場所でもあります。特に、石が強化ガラスの引張応力領域にある場合、爆発につながる重要な要因となります。
石はガラスの中にあり、ガラス体とは異なる膨張係数を持っています。ガラスの強化後、石の周りの亀裂領域での応力集中は指数関数的に増加します。石の膨張係数がガラスの膨張係数よりも小さい場合、石の周りの接線応力は引張状態になります。石に伴う亀裂の伝播は容易に発生する可能性があります。
B. ガラスには硫化ニッケル結晶が含まれている
硫化ニッケル介在物は、通常、直径 0.1-2mm の小さな結晶球の形で存在します。外観は金属的で、これらの介在物は NI3S2、NI7S6、および NI-XS であり、X=0-0.07 です。NI1-XS 相のみが、強化ガラスの自然爆発の主な原因です。
理論上のNISは379であることが知られています。Cでは、高温状態のa-NIS六方晶系から低温状態のB-NI三方晶系への相転移プロセスがあり、2.38％の体積膨張を伴います。この構造は室温で保存されます。将来ガラスが加熱されると、aB状態転移が急速に発生する可能性があります。これらの破片が引張応力を受ける強化ガラス内にある場合、体積膨張により自然爆発が発生します。a-NISが室温で存在する場合、数年または数か月かけてゆっくりとB状態に変換されます。この相転移中のゆっくりとした体積増加は、必ずしも内部破裂を引き起こすとは限りません。
C. 不適切な加工や操作により、ガラス表面に傷、ひび割れ、深いひび割れなどの欠陥が生じ、応力集中を引き起こしたり、強化ガラスが自己爆発したりする可能性があります。
② 強化ガラスの不均一な応力分布とオフセット
ガラスを加熱または冷却すると、ガラスの厚さに沿って生成される温度勾配は不均一で非対称になります。これにより、強化製品は自己爆発する傾向があり、冷却すると「風爆発」を起こすものもあります。引張応力ゾーンが製品の特定の側面または表面にオフセットされている場合、強化ガラスは自己爆発します。
③焼戻し度合いの影響
実験により、焼き入れ度合いを1/cmレベルまで上げると、自己爆発の回数は20-25%に達することが示されています。ストレスが大きいほど、焼き入れ度合いが高くなり、自己爆発の量が増えることがわかります。
強化ガラスの自己爆発ソリューション
1.強化ガラスの応力値を下げる
強化ガラスの応力分布は、強化ガラスの2つの表面が圧縮応力を受け、コア層が引張応力を受け、ガラスの厚さにわたる応力分布が放物線に似ていることです。ガラスの厚さの中心は放物線の頂点であり、引張応力が最大になる場所です。ガラスの2つの表面に近い2つの側面は圧縮応力を受けています。ゼロ応力面は厚さの約1/3にあります。焼き入れと急冷の物理的プロセスを分析すると、強化ガラスの表面張力と最大内部引張応力は大まかに数値的に比例関係にあることがわかります。つまり、引張応力は圧縮応力の1/2〜1/3です。国内メーカーは一般的に強化ガラスの表面張力を100MPa前後に設定していますが、実際はもっと高い場合があります。 強化ガラス自体の引張応力は約32MPa～46MPaで、ガラスの引張強度は59MPa～62MPaです。硫化ニッケルの膨張によって発生する張力が30MPaであれば、自己爆発を引き起こすのに十分です。表面応力が減少すれば、強化ガラス[1]に固有の引張応力もそれに応じて減少し、自己爆発の発生を減らすのに役立ちます。
アメリカ規格ASTMC1048では、強化ガラスの表面応力範囲は69MPa以上、半強化（熱強化）ガラスは24MPa～52MPaと規定されています。カーテンウォールガラス規格BG17841では、半強化ガラスの応力範囲は24MPa～52MPaと規定されています。<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.ガラスの応力を均一にする
強化ガラスの不均一な応力は自己爆発率を大幅に高め、無視できないレベルに達しています。不均一な応力によって引き起こされる自己爆発は、時には非常に集中しています。特に、特定のバッチの曲面強化ガラスの自己爆発率は衝撃的なレベルの深刻さに達する可能性があり、自己爆発が継続的に発生する可能性があります。主な原因は、局所的な不均一な応力と厚さ方向の張力層の偏差です。元のガラスシート自体の品質も一定の影響を与えます。不均一な応力はガラスの強度を大幅に低下させ、これは内部の引張応力をある程度増加させることに相当し、それによって自己爆発率を高めます。強化ガラスの応力を均等に分散できれば、自己爆発率を効果的に低減できます。
3. ホットソーク処理（HST）
ヒートソークについて説明します。ホットソーク処理は均質化処理とも呼ばれ、一般的に「デトネーション」と呼ばれています。ヒートソーク処理は、強化ガラスを290度±10度に加熱し、一定時間保温することで、ニッケル硫化物が強化ガラス内の結晶相転移を迅速に完了するように促し、使用後に爆発する可能性のある強化ガラスを工場で事前に人工的に破壊します。ヒートソーク炉により、設置後の使用中の強化ガラスの自己爆発が減少します。この方法では、一般的に熱風を加熱媒体として使用します。海外では「HeatSoakTest」、略してHSTと呼ばれ、文字通りヒートソーク処理と翻訳されます。
ヒートソーキングの難しさ。原理的には、ヒートソーキング処理は複雑でも難しくもありません。しかし、実際には、このプロセス指標を達成するのは非常に困難です。研究によると、ガラスにはNi7S6、NiS、NiS1.01など、硫化ニッケルの特定の化学構造式が多数あります。さまざまな成分の割合が異なるだけでなく、他の元素がドープされることもあります。その相変化の速度は温度に大きく依存します。研究によると、280度の相変化率は250度の100倍であるため、炉内の各ガラスが同じ温度状態を経験するようにする必要があります。そうしないと、一方では、温度が低いガラスは保温時間が不十分なため完全に相変化できず、ヒートソーキングの効果が弱まります。一方、ガラスの温度が高すぎると、硫化ニッケルの逆相転移を引き起こし、より大きな隠れた危険を引き起こす可能性があります。どちらの状況でも、ヒートソーキングが効果を発揮しないか、逆効果になる可能性があります。 ホットソーク炉が作動しているときの温度の均一性は非常に重要です。3年前、ほとんどの国産ホットソーク炉のホットソーク断熱中の炉内の温度差は60度に達しました。輸入炉では温度差が30度程度になることも珍しくありません。そのため、一部の強化ガラスがヒートソークされているにもかかわらず、自己爆発率は依然として高いままです。
新しい基準はより効果的になります。実際、溶融めっきプロセスと設備は継続的に改善されています。ドイツ規格DIN18516は1990年版で保持時間を8時間に指定していましたが、prEN14179-1：2001（E）規格では保持時間を2時間に短縮しました。新しい基準による溶融めっきプロセスの効果は非常に大きく、明確な統計技術指標があります。溶融めっき後、400トンのガラスあたり1件の自己爆発にまで減らすことができます。一方、溶融めっき炉は設計と構造を絶えず改善しており、加熱の均一性も大幅に向上しており、基本的に溶融めっきプロセスの要件を満たすことができます。たとえば、CSGグループの溶融めっき処理ガラスの自己爆発率は新しい欧州規格の技術指標に達しており、120,000-平方メートルの広州新空港プロジェクトで非常に満足のいくパフォーマンスを発揮しました。
ヒートソーク処理は自己爆発が絶対に発生しないことを保証するものではありませんが、自己爆発の発生を減らし、プロジェクトのすべての関係者を悩ませている自己爆発の問題を真に解決します。したがって、ヒートソーク処理は、自己爆発の問題を完全に解決するための、世界で満場一致で認められた最も効果的な方法です。
