摘　要：介绍钢化玻璃特性及生产工艺，探讨了厨具(灶具、吸油烟机等)用钢化玻璃自爆原因及解决方法。

关键词：厨具　钢化玻璃　自爆

Reasons and Solutions of Self-explosion of Toughened Glass for Kitchen Utensils

Abstract：The characteristics and production technology of toughened glass are introduced．The reasons and solutions of self-explosion of toughened glass for kitchen utensils such as cooking appliances and range hood are discussed．

Keywords：kitchen utensil；toughened glass；self-explosion

钢化玻璃自爆一直困扰着钢化玻璃生产厂家及选用钢化玻璃的厨具(灶具、吸油烟机等)生产厂家。据不完全统计，目前我国大部分钢化玻璃生产厂家生产的钢化玻璃自爆率为0.3％～0.5％，个别厂家生产的钢化玻璃自爆率还要高。本文针对厨具用钢化玻璃(采用物理钢化法生产)的自爆原因及解决办法进行探讨。

1　钢化玻璃特性及生产工艺

①特性

钢化玻璃具有抗弯强度高、抗冲击强度高、热稳定性好以及光洁、透明等特点。钢化玻璃的抗弯强度是普通玻璃的3～5倍，抗冲击强度是普通玻璃的5～10倍。钢化玻璃在遇超强冲击破坏时，碎片成分散细小颗粒状，无尖锐棱角，因此又称安全玻璃。钢化玻璃耐骤冷骤热性能比普通玻璃高2～3倍，一般可承受l50℃以上的温差变化，有优异的防热炸裂性能。

②生产工艺

钢化玻璃采用普通平板玻璃或浮法玻璃(称为玻璃原片)加工处理而成，普通平板玻璃要求选用特选品或一等品，浮法玻璃要求选用优等品或一级品。

目前，生产钢化玻璃的工艺有物理钢化法、化学钢化法。物理钢化法是将玻璃在钢化炉内加热到低于软化温度，然后迅速送入冷却装置，用一定压力的常温气流进行淬冷。玻璃外层首先收缩硬化，由于玻璃的热导率小，此时玻璃内部仍处于高温状态，待玻璃内部开始硬化时，已经硬化的外层将阻止内层的收缩，从而使得先硬化的外层产生压应力，后硬化的内层产生张应力。正是由于玻璃表面的这种压应力的存在，当外力作用于该表面时，必须先抵消这部分压应力，这就大大提高了玻璃的机械强度。常见的建筑幕墙玻璃及厨具上的钢化玻璃一般采用物理钢化法生产。

化学钢化法是将普通平板玻璃或浮法玻璃通过离子交换方法，将玻璃表面成分改变，使玻璃表面形成一层压应力层。

2　钢化玻璃自曝原因及解决方法

钢化玻璃自爆主要由自身应力导致，采用物理钢化工艺生产的钢化玻璃表层存在压应力，内层存在张应力，使玻璃得以强化，任何打破应力平衡的因素均将导致钢化玻璃发生自爆。导致钢化玻璃自爆的主要原因有：玻璃原片因素、加工因素、钢化玻璃面板结构设计不合理。

2．1　玻璃原片因素

由玻璃原片因素引起的钢化玻璃自爆可分为两种：一种是由玻璃原片中可见缺陷引起的自爆，例如砂粒等夹杂物、气泡、缺口、崩边、暗裂等；另一种是由玻璃原片中硫化镍(NiS)杂质膨胀引起的自爆。这是两种不同类型的自爆，应区别对待，采用不同方法来应对和处理。前者一般目视可见，检测相对容易，在生产中可控。后者主要由玻璃原片中微小的硫化镍颗粒体积膨胀引发，无法目测检验，在生产中不可控。在实际生产中，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原因。

对于现有浮法玻璃制造工艺，不可避免会有硫化镍夹杂。在浮法玻璃生产线安装阶段，熔窑钢结构焊接将产生大量镍化合物，在玻璃原片制造过程中镍化合物与燃料及混配料(生产浮法玻璃的原料)中的硫形成硫化镍。硫化镍是一种晶体，存在两种晶相：高温相a-硫化镍、低温相b-硫化镍，晶相转变温度为379℃。浮法玻璃在钢化炉内加热时，由于加热温度远高于晶相转变温度，硫化镍全部转变为高温相a-硫化镍。在随后的淬冷过程中，a-硫化镍来不及转变为b-硫化镍，被冻结在钢化玻璃中。在室温环境下，a-硫化镍是不稳定的，有逐渐相变为b-硫化镍的趋势，这种相变最长会持续几年，并伴随着2％～4％的体积膨胀。当体积膨胀到足以打破原有钢化玻璃的应力平衡时，将导致钢化玻璃自爆。由硫化镍杂质引起的钢化玻璃自爆见图1。自2002年起，厨具钢化玻璃面板已广泛采用防爆膜(网)工艺，即使钢化玻璃自爆后仍附着在防爆膜(网)上，不仅保证了使用者的安全，而且为鉴别自爆原因提供了完整的实物。

由硫化镍杂质引起的钢化玻璃自爆起爆点(钢化玻璃裂纹成放射状，均有起爆点)位于钢化玻璃中部，起爆点位置有两小块多边形组成的类似两片蝴蝶翅膀的图案(称为蝴蝶斑)，仔细观察两小块多边形公用边(蝴蝶的躯干部分)，应有肉眼可见的黑色小颗粒(硫化镍结石)。若起爆点位于玻璃边缘，一般是由于钢化玻璃未经过倒角磨边处理或边缘有缺口、崩边、暗裂，造成应力集中，裂纹逐渐发展造成的。

防止硫化镍杂质造成自爆的方法是对钢化玻璃进行均质处理，均质处理是公认的解决钢化玻璃自爆问题的有效方法。均质处理是采用均质炉将钢化玻璃再次加热并保温一定时间，使硫化镍在钢化玻璃出厂前完成晶相转变，使得有自爆倾向的钢化玻璃在出厂前破碎。

2．2　加工因素

①冷加工缺陷

由于玻璃属于脆性材质，冷加工(开孔、切割等)过的边缘易存在一些细微的缺口、崩边和不易察觉的暗裂，易存在冷加工缺陷的位置如灶具钢化玻璃面板的燃烧器位置(方形或圆形)、开关旋钮孔位置。在随后的钢化过程中存在冷加工缺陷的部分玻璃原片将出现自爆，而在钢化过程中未出现自爆的在使用过程中仍易自爆。为降低冷加工缺陷导致的自爆，应提高玻璃原片的冷加工精度，选用满足精度要求的工具，消除加工过程中的振动，对开孔、切割边缘进行倒角(圆)处理，并在开孔、切割、倒角(圆)等工序中采用水冷却，防止局部过热。

②热加工

热加工引起的钢化玻璃自爆主要原因是：钢化炉加热、冷却不均匀；过度钢化；均质炉内钢化玻璃叠放间距不够，造成单片玻璃受热不均。

造成钢化炉加热、冷却不均匀的主要原因为：a．局部发热丝烧断，造成局部温度不均匀；b．钢化炉无热平衡装置，造戒炉体温度不均匀；c．因维修保养不善，风栅段(用于输送淬冷空气)局部出现风嘴堵塞现象，造成玻璃冷却不均；d．玻璃原片摆放超出淬冷空气冷却范围，造成玻璃冷却不均。

钢化炉加热温度过高或加热时间过长以及冷却强度过大，均易造成玻璃原片的过度钢化。过度钢化玻璃不仅抗冲击强度低，也很容易发生自爆，破碎后颗粒度很小。

由以上分析可知，为避免热加工引起的钢化玻璃自爆，应控制钢化炉、均质炉的工艺参数，加强设备维护保养，合理摆放玻璃。另外，经钢化后的玻璃不宜再进行开孔、倒角(圆)等处理，否则会破坏已形成的应力结构，使钢化玻璃自爆概率增大。

2．3　钢化玻璃面板结构设计不合理

①开孔设计不合理

厨具设计人员对钢化玻璃特性不十分了解，往往造成钢化玻璃面板孔设计不合理。如：开孔位置距边角过近、倒角过小、开孔过多、方形孔直角抹圆半径过小等，这些都易使钢化玻璃出现自爆。某厂家开发的一款欧式吸油烟机的烟管基座为方形，与之配套的钢化玻璃面板方形开孔直角处虽采取了抹圆处理，但圆弧半径仅为3mm。在运送过程中，多次出现玻璃面板自爆情况，跌落试验发现钢化玻璃面板的起爆点位于方孔直角处，因此在设计时应尽量避免抹圆半径过小的直角开孔设计。

②未考虑玻璃的热胀冷缩

某厂家生产的4眼、5眼燃气灶具，钢化玻璃面板面积、灶具底盒较大，用户反馈自爆率高。经测试，当钢化玻璃面板表面温度达到100℃以上时，钢化玻璃面板两头略微翘起，向中间折弯，最终从中间开孔处破裂，出现自爆。分析原因，主要是由于钢化玻璃受热后膨胀，由于钢化玻璃面板与底盒膨胀率不同，加之钢化玻璃面板两侧固定，钢化玻璃面板膨胀后向中间形成挤压，最终导致在中间开孔部位破裂。

因此，在产品设计阶段应充分考虑灶具钢化玻璃面板与底盒膨胀率的差异，并避免支架、炊具重量直接或间接地作用于钢化玻璃面板上，并在钢化玻璃面板与底盒之间增设支撑。

③弧形结构

弧形钢化玻璃面板的应力分布远不如平板钢化玻璃面板均匀，在设计时应避免弧形钢化玻璃面板直接承重。

④钢化玻璃面板边缘设计

有些生产厂家为追求外观效果，或为满足钢化玻璃面板边缘与铝框的配合，将钢化玻璃面板边缘设计成斜边结构。厚度为8mm的玻璃原片，经斜边加工后边缘处厚度减薄4～6mm。钢化后边缘处的应力比较集中，增大了钢化玻璃自爆概率。对于厚度为8mm的钢化玻璃面板，若边缘采用斜边结构，减薄量不应超过2mm。

3　结语

钢化玻璃广泛应用于厨具行业，安全性应引起高度重视，预防自爆技术值得进一步研究。

本文作者：张建海  刘文博  陈军

作者单位：中国市政工程华北设计研究总院

  中山市嘉骏玻璃制品有限公司