燃氣灶鋼化玻璃面板常見爆裂形式及原因分析

馮凱

摘 要：本文闡述了燃氣灶用鋼化玻璃面板的幾種常見失效形式，并對各種失效原因進行了分析。針對每種失效形式，給出燃氣灶生產廠家和 消費者改善性建議。對降低燃氣灶鋼化玻璃面板爆裂，提高鋼化玻璃面板燃氣灶使用安全性有積極作用。

關鍵詞：燃氣灶;鋼化玻璃面板;鋼化玻璃爆裂;自爆;熱應力

Abstract：This article states the common failure modes of tempered glass top sheet of gas hob， and analyses the reason of each failure mode. Base on each failure mode， porposes improvement for gas hob producers and customers. This will make significant contribution to decrease tempered glass top sheet of gas hob shattering， as to gurantee customersusing safety.

Keywords：Gas Hob;Tempered Glass Top Sheet;Tempered Glass Shatter;Self Explosion;Thermal Stress

普通玻璃的主要成分為二氧化硅和其他硅酸鹽和氧化物。鋼化玻璃是一種預應力玻璃，為提高玻璃的強度，通常使用化學或物理的方法，在玻璃表面形成壓應力，玻璃承受外力時首先抵消表層應力，從而提高了承載能力，增強玻璃自身抗風壓性，寒暑性，沖擊性等。

玻璃物理鋼化的原理，就是形成永久預應力的原理。玻璃在加熱爐內進行加熱處理，當玻璃加熱到軟化溫度，然后對玻璃進行急冷處理，使用低溫高速的氣流吹玻璃表面，使玻璃急速降溫，這時玻璃的外層首先收縮硬化，由于玻璃的導熱系數小，玻璃內部仍然是高溫高膨脹狀態。待內部玻璃開始冷卻硬化時，已經硬化的外層阻止內層的收縮，從而使先硬化的外層產生壓應力，后硬化的內層產生張應力。

當外力作用于鋼化玻璃表面時必須先抵消預應力，此種處理工藝大大提高玻璃的機械強度。鋼化玻璃由于工藝特殊，產生了較普通玻璃高4-10倍的機械強度。加上其印刷著色后外觀美麗大方，易清潔，被廣泛應用于各行業。然而，由于其特有的制造工藝，鋼化玻璃表面有較大的殘余應力。當殘余應力的平衡狀態被打破時，其體內的能量瞬時釋放出來，玻璃爆裂，并伴隨很大是聲響，對使用者造成一定程度的驚嚇。對于燃氣灶臺鋼化玻璃面板，其爆裂和表現形式大致分為以下幾種：

1 機械沖擊

當鋼化玻璃受到剛性機械沖擊，且機械沖擊應力超過鋼化玻璃面板極限值時，玻璃會從沖擊點產生起爆點，裂縫迅速向整片玻璃延展。呈蜘蛛網狀。如何避免燃氣灶鋼化玻璃面板此類沖擊的失效？眾所周知，鋼化玻璃的強度較普通玻璃高出4倍左右，所以，一般的機械沖擊無法對鋼化玻璃面板造成破壞。作為用戶使用時僅需注意一下幾點：

①不要用鋼絲刷等尖銳物體擦拭玻璃，以免造成玻璃表面劃傷，玻璃表面劃傷在一定程度上影響玻璃使用壽命;

②勿用尖銳剛性物體沖擊玻璃表面，勿用堅硬物體碰撞鋼化玻璃邊緣和拐角處;

③尖銳物體沖擊玻璃表面，由于受力面積小，易產生較大應力，一般認為當應力達到70MPa或以上時，玻璃有爆裂風險。

一般的鍋具的底部為平底或弧形，即便撞擊到玻璃表面上，也很難達到70MPa的應力。

而鋼化玻璃面板的邊緣和倒角處，由于外形相對尖銳，受到撞擊時接觸面積較小，容易產生較大應力，應力一旦超過玻璃所能承受應力，玻璃迅速從撞擊點向四周起爆。

作為燃氣灶制造商，設計時，應盡量避免將鋼化玻璃面板四個倒角設計的太小。建議將倒角做到R10及以上。另外，將玻璃周邊處理成較圓滑的圓弧角，對于改善玻璃邊緣受到撞擊造成的破碎有一定改善。

2 鋼化玻璃自爆

盡管燃氣灶面板用鋼化玻璃要求鋼化前玻璃原片需采用優等品，單由于原材料問題，原片本身會有一定比例的雜質，主要為肉眼不可見的NiS，所以，鋼化玻璃會有一定比例的自爆，行業一般規定0.1-0.3%。如果鋼化玻璃里有雜質，即便不對其造成任何操作，其仍有爆裂的風險。鋼化玻璃會從雜質所在點處起爆。其于面板受尖銳物體撞擊產生的爆裂不同之處在于，起爆點具有鮮明的“蝴蝶斑”。

如果通過電鏡掃描，能在蝴蝶斑中心看到NiS結石。這類鋼化玻璃的失效形式，從用戶端無法解決，需要玻璃原片制造商控制玻璃主料石英砂/砂巖帶入鎳的含量。鋼化玻璃制造商可通過優選玻璃原片，達到降低此類鋼化玻璃自爆率的目的。

3 用戶的超常規使用

超常規使用導致爐頭周邊產生過高溫度，在玻璃邊緣特定的區域形成較大熱應力，造成應力集中，當應力超過玻璃鋼化殘余應力時，玻璃由應力集中區起爆，并迅速向整個面板擴展。

當給灶具左側灶頭施加熱負荷時，對于常見的矩形鋼化玻璃面板，鋼化玻璃面板邊緣有兩點為熱應力集中區，位于面板左側和后方。當熱應力達到鋼化玻璃所能承受極限時，玻璃將從其中的某一薄弱點開始起爆。

通過實驗室干燒鐵盤、沙鍋等模擬測試，我們得到了同樣的失效模式。

如圖1為用戶使用了鑄鐵“聚能環”導致鋼化玻璃面板在承受超高熱輻射后，造成右側熱應力集中，從右側點起爆。

另外，用戶在使用帶鋼化玻璃面板灶具時，要特別注意控制干燒情形。以免鋼化玻璃爐頭處受熱過高，從而造成熱應力過大，爆裂。

燃氣灶制造商可以通過在灶具上設置過溫自保功能，例如在爐頭處設置防干燒功能，以實現干燒閉閥目的;也可以通過在點火控制器內設置過溫保護功能，實現過溫斷電，將電磁閥斷開，從而實現切斷燃氣，斷火，對面板實現控溫保護。

對于無此過溫保護功能的燃氣灶，建議生產廠家宜選用不銹鋼面板，或熱膨脹系數較小微晶玻璃等陶瓷基面板作為材料。以免用戶使用過程中由于過溫造成鋼化玻璃面板的熱應力集中引起爆。

是另一種原因引起的爆裂，由于玻璃面板局部受到高溫，局部膨脹引起的爆裂。此爆裂形式和上述起爆點從邊緣起爆形式不同。從玻璃正面看不到明顯確切起爆點，其爆裂裂紋匯集到問題爐頭水盤邊緣處。此類玻璃爆裂，多因為，用戶在使用機器過程中，擦拭或移動爐頭后未將爐頭放置到位，造成密封面漏氣，燃氣在規定火孔以外地方燃燒，這種情況極容易造成火焰串入面板下方，造成回火。高溫火焰烤到玻璃局部，造成局部溫度過高，局部膨脹，爆裂。其表現出另一個明顯的特征是裂紋不是直射放射型，而是呈水紋狀。

針對此類問題，生產制造商除指導用戶正確使用保養燃氣灶外，理應采取適當措施避免爐頭放置不到位情況產生。

可在點火針處，設置較深的定位銷子，做防呆處理，爐頭放置不到位，不允許點火。或將爐頭和機體部分采用過盈裝配方式或其他方式，將爐頭鎖定在整機上，使之不容易竄動。其次，亦可通過正確設計爐頭火蓋重心的位置，使之具有自我找正，自動定心的功能。

此外，較大的玻璃爐頭孔，可使玻璃遠離漏火造成的局部高溫，減少局部過高溫度造成的局部高膨脹。