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汽车门窗玻璃为什么容易自爆

 车主袁先生问:

  我的车停放在车库里,第二天早上打开库房,发现一块窗玻璃破了。我环顾四周,车库没有被盗现象,说明玻璃是自爆的。换玻璃时,沈阳正美安装师说,车门窗玻璃自爆现象很多。为什么呢?请用通俗的语言,给我们车主讲解一下原理或原因。
 
  沈阳正美汽车玻璃技师答:
  汽车门窗玻璃自爆现象的确很多,因为它大多是钢化玻璃。可以这样说:凡是钢化玻璃,都有发生自爆的可能(建筑用钢化玻璃自爆现象更多);自爆,只能发生在钢化玻璃上,夹层玻璃一般不会发生自爆;自爆往往是突发性的,不可预知的,许多时候是在车辆行驶时突然自爆的,令车主猝不及防,极有可能造成灾难性的后果。像这位车主这样,积极了解钢化玻璃自爆的原因和机理,对减少和防止事故发生是至关重要的。
  钢化玻璃为什么会自爆呢?
  一般认为,玻璃自爆起因为两种:一是由玻璃中可见缺陷引起的自爆,如表面划痕或边缘缺陷的发展等。二是由玻璃中硫化镍(NiS)杂质发生相变膨胀引起的自爆。前者检测相对容易,在更换玻璃时可控。后者则主要由玻璃中微小的硫化镍颗粒体积膨胀引发,无法简易检验,故不可控。在实际处理上,前者一般可以在安装前剔除,后者因无法检验而继续存在,成为使用中钢化玻璃自爆的主要因素,一般提到的自爆均指后一种情况。
  在后一种情况下,钢化玻璃的自爆起因于拉应力层中的杂质颗粒引起的应力集中。自爆的共同特征是破坏源处都有一对蝴蝶形状的碎片(蝴蝶斑),蝴蝶斑中间的界面上通常为破坏源发生点,并能在界面的拉力层找出引起破坏的杂质颗粒。
  硫化镍微粒引起钢化玻璃自爆的机理已经得到广泛的研究。硫化镍是一种晶体,存在高温相和低温相,相变温度为379℃。生产中,玻璃在钢化炉内加热时,因为加热温度高于相变温度,硫化镍全部转化为高温相。在随后的淬冷过程中,高温相来不及转变为低温相,从而被冻结在钢化玻璃中。在室温环境下,高温相是不稳定的,有逐渐转变为低温相的趋势。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。
  凡是自爆的玻璃,都能通过专用仪器找到在界面上的破坏源小颗粒,直径约为0.1-0.4mm。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它的异质相颗粒如单质多晶硅、氧化铝和硅铝酸钠等引起的。用扫描电镜观察和能谱分析发现,颗粒大部分都是圆球形状的,表面非常圆滑,与玻璃表面形成了一定的拉应力。当这种局部拉应力达到一定程度,就可导致玻璃破裂。
  综合以上所言,简而言之,玻璃中的裂纹萌发和扩展,主要是由于异质颗粒引起的残余拉应力和玻璃本身残余应力综合作用所导致。导致这种局部应力集中的原因可以分为两类:一类是在相变膨胀过程所产生的应力,另一类是由于异质颗粒与玻璃基体的热膨胀系数不匹配而产生的应力。
如何减少由微粒引起的自爆?
  国内外的很多钢化玻璃厂家都采用对钢化玻璃进行均质处理工艺来预防自爆,但实际应用效果表明,进行均质处理后的钢化玻璃,在服役过程中仍然会发生自爆现象。可以这样说,钢化玻璃自爆,目前仍是“玻璃癌症”。
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