chapter 5 玻璃的热处理与加工解析

3) 玻璃的厚度
相同的淬火条件，玻璃越厚，淬火程度越高。因此在非平板 玻璃制品淬火时，要求厚度均匀、厚度差不能太大，否则会因应 力分布不均而破裂。
5.2 玻璃的加工
玻璃制品的加工：冷加工、热加工和表面处理 玻璃的冷加工又称机械加工，在常温下，通过机械方法
来改变玻璃及玻璃制品的外形和表面状态的过程，称为
2、玻璃的淬火工艺
1)风冷淬火 玻璃 电加热淬火炉
包装 2)液冷淬火 制品 加热 液冷 洗涤 检验
风栅急冷
性能检测
包装
3、影响玻璃淬火的工艺因素 淬火温度、冷却速度、玻璃的化学组成、厚度。 1) 淬火温度
玻璃急冷时的温度。淬火冷却速度越快，淬火程度越大。
2) 玻璃的组成
应力与玻璃的热膨胀系数、弹性模量及温度差成正比 ，与泊 松比成反比，因此，淬火程度与玻璃的组成有关。
2、退火温度 玻璃转变温度Tg附近某一温度。保温时能消除玻璃各 部分的温度梯度，使应力松驰。 退火上限温度，3min能消除应力的95%； 退火下限温度，3min能消除应力的5%； 一次退火：玻璃制品成型后立即进行的 退火工艺； 二次退火：制品冷却以后再进行退火的工艺
二、玻璃的退火
3、玻璃退火制度
将玻璃制品加热到转变温度Tg以上，然后在冷却介质中急速 均匀冷却，在这一过程中玻璃的内层和表面将产生很大的温度 梯度，由此产生的应力因玻璃的粘滞流动而被松驰，造成了有 温度梯度而无应力的状态。冷却到最后，温度梯度逐渐消除， 松驰的应力即转化为永久应力，从而在玻璃表面形成均匀分布 的压应力层。
根据淬冷介质的不同，分为风冷淬火和液冷淬火。 1、淬火玻璃的特性 1) 抗弯强度
第五章 玻璃的热处理及其加工
主要内容：
玻璃的退火与淬火 玻璃的加工
5.1
一、玻璃的应力
玻璃的退火与淬火
分为三类：热应力、结构应力和机械应力 1、玻璃的热应力 由于温度差而产生的内应力称为热应力。分为：
1) 暂时应力：在温度低于应变点时，玻璃处于弹性
变形温度范围，在经受不均匀温度变化时产生热应力。
在应变点以上冷却时，玻璃外层受张应力，内层 为压应力，此时玻璃也具有粘弹性，呈可塑状态， 受力后产生位移和变形，使由温度产生的内应力消 失。这一过程称为应力松驰过程。
冷却到应变点以下，玻璃为弹性体，应力变化与暂时
应力的变化情况相同。到室温时，可消除应变点以下产
生的应力，但不能消除应变点以上所产生的应力，此时
式中：∆n以光程差表示的玻璃内残留内应力
3)
慢冷阶段
6 (1 ) h0 E ( a 2 3 x 2 )
冷却速度(℃ /min)：
式中： 为膨胀系数；E为弹性模量；为导热系数； 为泊松比； h0 冷却速度；a制品厚度的一半；
x 应力测试点离壁厚中线的一半。
E 0.45 对一般工业玻璃： 6 (1 )
当温度梯度消失，应力也消失。
把温度低于应变点
以下、无应力的玻璃
板进行双面均匀自然
冷却至室温、其在冷 却过程中玻璃板内的 温度分布和应力分布 情况见图。
2) 永久应力 温度梯度消失，表面与内部温度为常温时，内部残 留的热应力。 将玻璃加热到高 于应变点的温度， 均热后自然冷却， 经一定时间后，玻 璃中温度场分布为 抛物线分布。
化学作用论：英国的普莱斯顿和苏联的格列宾希科夫， 先后提出在玻璃的磨光过程中，不仅仅是机械作用， 而且存在着物理、化学的作用，是以上三种或其中两 种理论的综合。
一、冷加工--玻璃抛光的机理
玻璃的抛光机理
对玻璃的抛光机理的认识，目前存在着不同的见解， 有些见解还带有假说性质，比较公认的是相互交错 的机械、化学和物理化学作用的概念，来解释抛光 过程的生产效率及抛光表面质量的影响等比较确切。
因此
0.45h0 (a 2 3 x 2 )( MPa)
4)
快冷阶段
玻璃在应变点以下温度冷却，只产生暂时应力。只
要应力不超过其极限强度，就可提高冷却速度。 最大冷却速度：
hc 65 / a
2
生产上采用较低的冷却速度如计算值的15%－ 20%，甚至采用： h 2 / a 2 c
三、玻璃的淬火
表面为压应力、内部为张应力。
2、玻璃中的结构应力
玻璃因化学组成不均导致结构上的不均匀布产生的 应力。
3、机械应力
由外力作用在玻璃上引起的应力，当外力除去时，
应力随之消失，此应力称为机械应力。
二、玻璃的退火
1、退火的概念 消除玻璃制品在成形与热加工后残留在制品内的永 久应力的过程称为退火。 退火的目的：防止炸裂和提高玻璃的机械强度。
抗弯强度比一般玻璃大4~5倍。厚度5~6mm的淬火玻璃的抗 弯强度可达167MPa。
2) 抗冲击强度 抗弯强度比一般玻璃大几倍。
3)
热稳定性
淬火后可承受更宽范围温度变化(250~320 ℃)，普 通玻璃只有70~100 ℃，热稳定性提高。 4) 其他性能
淬火玻璃破坏时，首先发生在内层。由张应力作用引 起破坏的裂纹传播速度很大，同时外层的压应力有保持 破碎的内层不易散落的作用，因此淬火玻璃在破坏时， 只产生没有尖锐角的小碎片，因此它亦称为安全玻璃。
四个阶段：
加热阶段、均热阶段、 慢冷阶段、快冷阶段
1)
加热阶段 加热速度: 20/a2 ~30/a2 (℃ /min)。
光学玻璃一般小于5/a2 ，a为制品厚度的一半，单位 为cm。 2) 均热阶段
退火温度：比退火温度上限温度低20~30 ℃。 保温时间t: t ＝70/a2 ~120/a2 ；
2 a 或按应力容许值进行计算： t 520 n
研磨玻璃断面（凹陷层及裂纹层） h－平均凹陷层 f－平均裂纹层 F－最大裂纹层
二、玻璃制品的源自文库加工
玻璃制品的热加工原理与成形的原理相似，主要 是利用玻璃粘度随温度改变的特性以及表面张力与 导热系数来进行的。各种类型的热加工、都必须把 制品加热到一定的温度，由于玻璃的粘度随温度升 高而减小，同时玻璃导热系数较小，所以能采取局 部加热的方法，在需要热加工的地方使之局部达到 变形、软化，甚至熔化流动，以进行切割、钻孔、 焊接等加工。
冷（机械）加工。
冷（机械）加工的基本方法有：研磨与抛光、切割、磨
砂、喷砂、刻花、砂雕、钻孔和切削等。
一、冷加工--玻璃研磨机理
磨削作用论：1665年虎克提出研磨是用磨料将玻璃磨削 到一定的形状，抛光是研磨的延伸；从而使玻璃表面光 滑，纯粹是机械作用。这一认识延续至十九世纪末。 流动层论：以英国学者雷莱、培比为代表，认为玻璃 抛光时，表面有一定的流动性，也称可塑层。可塑层 的流动，把毛面的研磨玻璃表面填平。