1.1控制鋼化應(yīng)力
鋼化應(yīng)力越大,硫化鎳結(jié)石的臨界半徑就越小,能引起自爆的結(jié)石就越多。顯然,鋼化應(yīng)力應(yīng)控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi),這樣既可保證鋼化碎片顆粒度滿足有關(guān)標(biāo)準(zhǔn),也能避免高應(yīng)力引起的不必要自爆風(fēng)險(xiǎn)。平面應(yīng)力(鋼化均勻度)應(yīng)越小越好,這樣不僅減小自爆風(fēng)險(xiǎn),而且能提高鋼化玻璃的平整度。己發(fā)展出無(wú)損測(cè)定鋼化玻璃表面壓應(yīng)力的方法和儀器[6]。目前測(cè)定表面應(yīng)力的方法主要有二種:差量表面折射儀法(Differential Surface Refractometry,簡(jiǎn)稱(chēng)DSR)和臨界角表面偏光儀法(Grazing Angle Surface Polarimetry,簡(jiǎn)稱(chēng) GASP)。DSR應(yīng)力儀原理是測(cè)定因應(yīng)力引起的玻璃折射率的變化。當(dāng)一定入射角的光到達(dá)玻璃表面時(shí),由于應(yīng)力雙折射的作用,光束會(huì)分成兩股以不同的臨界角反射,借助測(cè)微目鏡測(cè)出二光束之間的距離,即可計(jì)算出應(yīng)力值。
GASP應(yīng)力儀將激光束導(dǎo)入玻璃表面,在表面附近的薄層中以平行玻璃表面的方向運(yùn)行一小段距離,應(yīng)力雙折射導(dǎo)致激光束發(fā)生干涉 ,測(cè)定干涉條紋的傾角就可計(jì)算出應(yīng)力值。兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。DSR應(yīng)力儀售價(jià)較低、可測(cè)定化學(xué)鋼化玻璃,但操作要求較高、不易掌握、測(cè)量精度相對(duì)較低。GASP應(yīng)力儀工作可靠、精度高、易校驗(yàn),不足之處是價(jià)格較貴。鋼化均勻度(平面應(yīng)力)測(cè)定較簡(jiǎn)單,利用平面透射偏振光就能定性分析。但要定量分析,須使用定量應(yīng)力分析方法,一般常用Senarmont檢偏器旋轉(zhuǎn)法測(cè)定應(yīng)力消光補(bǔ)償角,根據(jù)角度可方便地計(jì)算出應(yīng)力值。
。.2 均質(zhì)處理(HST)
均質(zhì)處理是公認(rèn)的徹底解決自爆問(wèn)題的有效方法。將鋼化玻璃再次加熱到290度左右并保溫一定時(shí)間,使硫化鎳在玻璃出廠前完成晶相轉(zhuǎn)變,讓今后可能自爆的玻璃在工廠內(nèi)提前破碎。這種鋼化后再次熱處理的方法,國(guó)外稱(chēng)作 “Heat Soak Test”,簡(jiǎn)稱(chēng) HST。我國(guó)通常將其譯成“均質(zhì)處理”,也俗稱(chēng) “引爆處理”。從原理上看,均質(zhì)處理似乎很簡(jiǎn)單,許多廠家對(duì)此并不重視,認(rèn)為可隨便選擇外購(gòu)甚至自制均質(zhì)爐。實(shí)際并非如此,玻璃中的硫化鎳夾雜物往往是非化學(xué)計(jì)量的化合物,含有比例不等的其他元素,其相變速度高度依賴(lài)于溫度。 研究結(jié)果表明280度時(shí)的相變速率是250度時(shí)的100倍, 因此必須確保爐內(nèi)的各塊玻璃經(jīng)歷同樣的溫度制度。否則一方面有些玻璃溫度太高,會(huì)引起硫化鎳逆向相變; 另一方面溫度低的玻璃因保溫時(shí)間不夠,使得硫化鎳相變不完全。兩種情況均會(huì)導(dǎo)致無(wú)效的均質(zhì)處理。筆者曾測(cè)試了多臺(tái)均質(zhì)爐的溫度制度,發(fā)現(xiàn)最好的進(jìn)口爐也存在30度以上的溫差,多臺(tái)國(guó)產(chǎn)爐內(nèi)的溫差甚至超過(guò) 55度。這或許解釋了經(jīng)均質(zhì)處理的玻璃仍然出現(xiàn)許多自爆的原因。
1.3均質(zhì)爐
均質(zhì)爐必須采用強(qiáng)制對(duì)流加熱的方式加熱玻璃。對(duì)流加熱靠熱空氣加熱玻璃,加熱元件布置在風(fēng)道中,空氣在風(fēng)道中被加熱,然后進(jìn)入內(nèi)。這種加熱方式可避免元件直接輻射加熱玻璃,引起玻璃局部過(guò)熱。
對(duì)流加熱的效果依賴(lài)于熱空氣在爐內(nèi)的循環(huán)路線,因此均質(zhì)爐內(nèi)的氣體流股必須經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì),總的原則是盡可能地使?fàn)t內(nèi)氣流通暢、溫度均勻。即使發(fā)生玻璃破碎,碎片也不能堵塞氣流通路。只有全部玻璃的溫度達(dá)到至少280度并保溫至少2小時(shí),均質(zhì)處理才能達(dá)到滿意的效果。然而在日常生產(chǎn)中,控制爐溫只能依據(jù)爐內(nèi)的空氣溫度。因此必須對(duì)每臺(tái)爐子進(jìn)行標(biāo)定試驗(yàn),找出玻璃溫度與爐內(nèi)空氣溫度之間的關(guān)糸。爐內(nèi)的測(cè)溫點(diǎn)必須足夠多,以滿足處理工藝的需要。
。.4玻璃堆置方式
均質(zhì)爐內(nèi)的玻璃片之間是熱空氣的對(duì)流通道,因此玻璃的堆置方式對(duì)于均質(zhì)處理的質(zhì)量是極其重要的。首先玻璃的堆置方向應(yīng)順應(yīng)氣流方向,不可阻礙空氣流股。其次,玻璃片與片之間的空隙須足夠大,分隔物不能堵塞空氣通道,玻璃片之間至少須有20 mm的間隙,片之間不能直接接觸。對(duì)于大片玻璃,玻璃很容易因相互緊貼引起溫差過(guò)大而破碎。
。.5均質(zhì)溫度制度
均質(zhì)處理的溫度制度也是決定均質(zhì)質(zhì)量的一個(gè)決定性因素。1990年版的德國(guó)標(biāo)準(zhǔn) DIN 18516籠統(tǒng)規(guī)定了均質(zhì)爐內(nèi)的平均爐溫為 290 +/-10度,保溫時(shí)間長(zhǎng)達(dá)8小時(shí)。實(shí)踐證明按此標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行均質(zhì)處理的玻璃自爆率還是較高,結(jié)果并不理想。因此,根據(jù)1994年以來(lái)的大量研究成果, 2000年的歐洲新標(biāo)準(zhǔn)討論稿將規(guī)定改為: 均質(zhì)爐內(nèi)玻璃的溫度在290 +/-10oC下保溫2小時(shí)。多年累積的數(shù)據(jù)分析表明,嚴(yán)格按新標(biāo)準(zhǔn)均質(zhì)處理過(guò)的玻璃,發(fā)生后續(xù)自爆的概率在0.01以下。此概率的意義是: 每1萬(wàn)平方米玻璃,在1年之內(nèi)再發(fā)生1例自爆的概率小于1%。由此才可自信地稱(chēng)鋼化玻璃為 “安全玻璃”。
。.6浮法玻璃生產(chǎn)工藝
玻璃中的硫化鎳夾雜物是導(dǎo)致鋼化玻璃自爆的本質(zhì)原因,人們自然地想到是否有可能在浮法玻璃生產(chǎn)過(guò)程中減少或消除此雜質(zhì)。從技術(shù)角度看,目前世界上最先進(jìn)的玻璃缺陷自動(dòng)檢測(cè)儀也只能檢測(cè)大于0.2 mm的點(diǎn)缺陷,試圖在浮法生產(chǎn)線上將有缺陷的玻璃全部挑出來(lái)幾乎是不可能的。
有報(bào)導(dǎo)在浮法原料中添加硫酸鋅或硝酸鋅能有效地減少硫化鎳結(jié)石的數(shù)量。硫酸鋅或硝酸鋅都是強(qiáng)氧化劑,能將玻璃中的硫化物氧化成酸鹽,后者能被玻璃液吸收,從而減少或消除硫化鎳結(jié)石。