燃气灶钢化玻璃面板常见爆裂形式及原因分析

冯凯

摘 要：本文阐述了燃气灶用钢化玻璃面板的几种常见失效形式，并对各种失效原因进行了分析。针对每种失效形式，给出燃气灶生产厂家和 消费者改善性建议。对降低燃气灶钢化玻璃面板爆裂，提高钢化玻璃面板燃气灶使用安全性有积极作用。

关键词：燃气灶;钢化玻璃面板;钢化玻璃爆裂;自爆;热应力

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为二氧化硅和其他硅酸盐和氧化物。钢化玻璃是一种预应力玻璃，为提高玻璃的强度，通常使用化学或物理的方法，在玻璃表面形成压应力，玻璃承受外力时首先抵消表层应力，从而提高了承载能力，增强玻璃自身抗风压性，寒暑性，冲击性等。

玻璃物理钢化的原理，就是形成永久预应力的原理。玻璃在加热炉内进行加热处理，当玻璃加热到软化温度，然后对玻璃进行急冷处理，使用低温高速的气流吹玻璃表面，使玻璃急速降温，这时玻璃的外层首先收缩硬化，由于玻璃的导热系数小，玻璃内部仍然是高温高膨胀状态。待内部玻璃开始冷却硬化时，已经硬化的外层阻止内层的收缩，从而使先硬化的外层产生压应力，后硬化的内层产生张应力。

当外力作用于钢化玻璃表面时必须先抵消预应力，此种处理工艺大大提高玻璃的机械强度。钢化玻璃由于工艺特殊，产生了较普通玻璃高4-10倍的机械强度。加上其印刷着色后外观美丽大方，易清洁，被广泛应用于各行业。然而，由于其特有的制造工艺，钢化玻璃表面有较大的残余应力。当残余应力的平衡状态被打破时，其体内的能量瞬时释放出来，玻璃爆裂，并伴随很大是声响，对使用者造成一定程度的惊吓。对于燃气灶台钢化玻璃面板，其爆裂和表现形式大致分为以下几种：

1 机械冲击

当钢化玻璃受到刚性机械冲击，且机械冲击应力超过钢化玻璃面板极限值时，玻璃会从冲击点产生起爆点，裂缝迅速向整片玻璃延展。呈蜘蛛网状。如何避免燃气灶钢化玻璃面板此类冲击的失效？众所周知，钢化玻璃的强度较普通玻璃高出4倍左右，所以，一般的机械冲击无法对钢化玻璃面板造成破坏。作为用户使用时仅需注意一下几点：

①不要用钢丝刷等尖锐物体擦拭玻璃，以免造成玻璃表面划伤，玻璃表面划伤在一定程度上影响玻璃使用寿命;

②勿用尖锐刚性物体冲击玻璃表面，勿用坚硬物体碰撞钢化玻璃边缘和拐角处;

③尖锐物体冲击玻璃表面，由于受力面积小，易产生较大应力，一般认为当应力达到70MPa或以上时，玻璃有爆裂风险。

一般的锅具的底部为平底或弧形，即便撞击到玻璃表面上，也很难达到70MPa的应力。

而钢化玻璃面板的边缘和倒角处，由于外形相对尖锐，受到撞击时接触面积较小，容易产生较大应力，应力一旦超过玻璃所能承受应力，玻璃迅速从撞击点向四周起爆。

作为燃气灶制造商，设计时，应尽量避免将钢化玻璃面板四个倒角设计的太小。建议将倒角做到R10及以上。另外，将玻璃周边处理成较圆滑的圆弧角，对于改善玻璃边缘受到撞击造成的破碎有一定改善。

2 钢化玻璃自爆

尽管燃气灶面板用钢化玻璃要求钢化前玻璃原片需采用优等品，单由于原材料问题，原片本身会有一定比例的杂质，主要为肉眼不可见的NiS，所以，钢化玻璃会有一定比例的自爆，行业一般规定0.1-0.3%。如果钢化玻璃里有杂质，即便不对其造成任何操作，其仍有爆裂的风险。钢化玻璃会从杂质所在点处起爆。其于面板受尖锐物体撞击产生的爆裂不同之处在于，起爆点具有鲜明的“蝴蝶斑”。

如果通过电镜扫描，能在蝴蝶斑中心看到NiS结石。这类钢化玻璃的失效形式，从用户端无法解决，需要玻璃原片制造商控制玻璃主料石英砂/砂岩带入镍的含量。钢化玻璃制造商可通过优选玻璃原片，达到降低此类钢化玻璃自爆率的目的。

3 用户的超常规使用

超常规使用导致炉头周边产生过高温度，在玻璃边缘特定的区域形成较大热应力，造成应力集中，当应力超过玻璃钢化残余应力时，玻璃由应力集中区起爆，并迅速向整个面板扩展。

当给灶具左侧灶头施加热负荷时，对于常见的矩形钢化玻璃面板，钢化玻璃面板边缘有两点为热应力集中区，位于面板左侧和后方。当热应力达到钢化玻璃所能承受极限时，玻璃将从其中的某一薄弱点开始起爆。

通过实验室干烧铁盘、沙锅等模拟测试，我们得到了同样的失效模式。

如图1为用户使用了铸铁“聚能环”导致钢化玻璃面板在承受超高热辐射后，造成右侧热应力集中，从右侧点起爆。

另外，用户在使用带钢化玻璃面板灶具时，要特别注意控制干烧情形。以免钢化玻璃炉头处受热过高，从而造成热应力过大，爆裂。

燃气灶制造商可以通过在灶具上设置过温自保功能，例如在炉头处设置防干烧功能，以实现干烧闭阀目的;也可以通过在点火控制器内设置过温保护功能，实现过温断电，将电磁阀断开，从而实现切断燃气，断火，对面板实现控温保护。

对于无此过温保护功能的燃气灶，建议生产厂家宜选用不锈钢面板，或热膨胀系数较小微晶玻璃等陶瓷基面板作为材料。以免用户使用过程中由于过温造成钢化玻璃面板的热应力集中引起爆。

是另一種原因引起的爆裂，由于玻璃面板局部受到高温，局部膨胀引起的爆裂。此爆裂形式和上述起爆点从边缘起爆形式不同。从玻璃正面看不到明显确切起爆点，其爆裂裂纹汇集到问题炉头水盘边缘处。此类玻璃爆裂，多因为，用户在使用机器过程中，擦拭或移动炉头后未将炉头放置到位，造成密封面漏气，燃气在规定火孔以外地方燃烧，这种情况极容易造成火焰串入面板下方，造成回火。高温火焰烤到玻璃局部，造成局部温度过高，局部膨胀，爆裂。其表现出另一个明显的特征是裂纹不是直射放射型，而是呈水纹状。

针对此类问题，生产制造商除指导用户正确使用保养燃气灶外，理应采取适当措施避免炉头放置不到位情况产生。

可在点火针处，设置较深的定位销子，做防呆处理，炉头放置不到位，不允许点火。或将炉头和机体部分采用过盈装配方式或其他方式，将炉头锁定在整机上，使之不容易窜动。其次，亦可通过正确设计炉头火盖重心的位置，使之具有自我找正，自动定心的功能。

此外，较大的玻璃炉头孔，可使玻璃远离漏火造成的局部高温，减少局部过高温度造成的局部高膨胀。