玻璃性质与工艺手册 玻璃的退火和淬火
chapter 5 玻璃的热处理与加工解析
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
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。
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。
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，
5 玻璃的退火与退火窑(1)
5.1.3 应力的检验
利用玻璃中的内应力使玻璃在光学上成为各 向异性体，影响玻璃光学性能的现象来检验 玻璃中内应力的大小. 玻璃中的内应力可以用光程差表示。 应用偏光仪测定玻璃中单位行程的光程差， 从而可以根据不同玻璃的偏光应力系数B来 计算玻璃中的内应力。
残余应力与玻璃板厚度的关系
5.1.1.3 玻璃退火的标准
5.1.2.2 重要冷却区(B区) 所谓重要冷却区是指玻璃在退火过程中最关 键的区域，因为经退火后的玻璃中的永久应 力的大小及其分布状况，主要决定于玻璃在 此区的冷却速度和温度的分布情况。 主要消除玻璃中残存应力的地方。 出A区温度在510~520℃左右 。
5.1.2.3 冷却区(亦称后退火区，C区)
5 玻璃的退火与退火窑
机械零件的退火 将钢件（钢坯）加热到临界温度以上 30°C~50°C保温一段时间，然后再缓慢 地冷却下来（一般用炉冷），其目的是用来 清除铸、锻、焊零件的内应力，降低硬度， 以易于切削加工，细化金属晶粒，改善组织， 增加韧性。
浮法玻璃的退火是指从锡槽出来的玻璃带， 按一定的温度曲线，进行冷却的过程。其目 的是消除玻璃中的残余内应力和光学不均匀 性，以及稳定玻璃内部的结构。 玻璃的退火可分为两个主要过程：一是内应 力的减弱和消除，二是防止内应力的重新产 生。
一般光学玻璃制品退火要求高些，退火后的 残余应力要求在2～5.0nm/cm之内。 普通钠钙硅玻璃相为100nm/cm。 玻璃退火后的残余应力随玻璃板的厚度增加 而增大。
5.1.1.4 退火温度的确定
玻璃在此塑性变形时的温度范围，称为玻璃的退火 温度范围。 最高退火温度是指在此温度下保温2min，应力可 以消除95%； 最低退火温度是指在此温度下保温2min，应力可 以消除5%。这两个温度构成了玻璃的退火温度范 围。 退火温度的上下限，一般介于50～100℃之间，它 与玻璃本身的特性有关。根据理论计算和生产经验， 浮法玻璃的最高退火温度约为540～570℃。
玻璃的退火工艺
玻璃的退火工艺一、玻璃的退火工艺包括哪几个阶段为了清理玻璃中的应力,必须把玻璃加热到低于玻璃转变温度Tg 附近某一温度进行保温均热,以清理玻璃各部分的温度梯度,使应力松弛,这个选定的保温均热温度称玻璃的退火温度.玻璃在退火温度下,由于粘度很大还不会发生可测得的变形.玻璃的退火上限温度是指在此温度下经过 3min 能清理 95 %的应力;退火下限温度是指在此温度下经 3min 只能清理 5 %的应力,上下限退火温度之间为退火温度范围.大部分器皿玻璃的退火上限温度为550 ± 20 ℃ ,平板玻璃为 550 ~ 570 ℃ 、瓶罐玻璃为550 ~ 600 ℃ .实际上,一般采用的退火温度都比退火上限温度低20 ~ 30 ℃ ,低于退火上限温度50 ~ 150 ℃ 的为退火下限温度. 玻璃的退火温度与其化学组成有关.凡能降低玻璃粘度的组成也能降低退火温度,如碱金属氧化物 Na 2 0 、 K 2 O 等. SiO 2 、 Al 2 O 3 、 CaO 等都增加玻璃粘度,所以随着它们含量的增加其退火温度都提高.玻璃的退火制度与制品的种类、形状、大小、容许的应力值、退火炉内温度分布等情况有关.目前采用的退火制度有多种形式.根据退火原理,退火工艺可分为四个阶段:加热阶段、均热阶段、慢冷阶段和快冷阶段.按上述四个阶段可作出温度-时间曲线,此曲线称退火曲线.1 .加热阶段不同品种的玻璃有不同的退火工艺.有的玻璃在成型后直接进入退火炉进行退火,称为一次退火;有的制品在成型冷却后再经加热退火,称为二次退火.所以加热阶段对有些制品并不是必要的.在加热过程中,玻璃表面产生压应力,所以加热速率可相应高些,例如20 ℃ 的平板玻璃可直接进入700 ℃ 的退火炉,其加热速率可高达300 ℃ / rain .考虑到制品大小、形状、炉内温度分布的不均性等因时间素,在生产中一般采用的加热速率为20/a 2 ~ 30/a 2 ( ℃ /min) ,对光学玻璃制品的要求更高.2 .均热阶段把制品加热到退火温度进行保温、均热以清理应力.在本阶段中首先要确定退火温度,其次是保温时间.一般把比退火上限温度低20 ~ 30 ℃ 作为退火温度.退火温度除直接测定外,也可根据玻璃成分计算粘度为10 12 Pa ? s 时的温度.当退火温度确定后,保温时间可按 70a 2 ~ 120a2 进行计算,或者按应力容许值进行计算.3 .慢冷阶段为了使玻璃制品在冷却后不产生应力,或减小到制品所要求的应力范围内,在均热后进行慢冷是必要的,以防止过大的温差.4 .快冷阶段玻璃在应变点以下冷却时,如前述只产生暂时应力,只要它不超过玻璃的较限强度,就可以加快冷却速度以缩短整个退火过程、降低燃料消耗、提高生产率.在生产上,一般都采用较低的冷却速度,这是由于制品或多或少存在某些缺点,以免在缺点与主体玻璃间的界面上产生张应力.对一般技术玻璃采用此值的 15 %~ 20 %,通常还应在生产实践中加以调整.二、退火玻璃的详细制作流程为了避免冷却过快而造成玻璃炸裂,玻璃毛坯定型后立即转入退火用的箱式电阴炉中,在退火温度下保温30min左右,然后按照冷却温度制度降温到一定温度后切断电源停止加热,让其随炉自然缓慢冷却至100℃以下,出炉,在空气中冷却至室温.若玻璃试样退火后经应力检验不合格,须重新退火,以防加工时碎裂.重新退火时首先将样品埋没于装满石英砂的大坩埚中,再把坩埚置于马弗炉内,升温至退火温度保温1h,然后停止加热让电炉缓慢降温(必要时在上、下限退火温度范围内每降温10℃保温一段时间),直至100℃以下取出.相关概念热应力温度改变时，物体由于外在约束以及内部各部分之间的相互约束，使其不能完全自由胀缩而产生的应力。
chapter 5 玻璃的热处理与加工
三、玻璃的表面处理
可分为三类：形成玻璃的光滑表面或散光面，通过表面控 制玻璃表面的凸凹（化学蚀刻，化学抛光）；改变玻璃表面的 薄层组成，改善表面性质，得到新的性能；进行表面涂层。
1、玻璃的化学蚀刻
用HF溶掉玻璃表面层的硅氧，根据残留盐的溶解度的不同， 而得到有光泽或无光泽毛面。盐类溶解度大，得到光泽表面， 反之得到无光泽表面；蚀刻液可在HF中加入KF、NH4F与水。
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
2、玻璃的化学抛光
单纯的化学侵蚀作用，适用于玻璃器皿；
化学侵蚀与机械研磨相结合，用于平板玻璃。
三、玻璃的表面处理
3、表面着色（扩散着色） 表面着色即在高温下用着色离子的金属、熔盐、 盐类糊膏涂覆在玻璃表面上，使着色离子与玻璃中的 离子进行交换，扩散到玻璃表层中，使玻璃着色。有 些金属离子还原成原子并聚集成胶体而着色。
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
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。
5 玻璃的退火与退火窑(1)
玻璃退火工艺制度的计算（热风循环强制对流区）
热风循环强制对流区（RET区）：采取对玻璃直接吹循 环热风，使玻璃能以比后退火区大的降温速度或相同的 降温速率冷却，使玻璃带的温度由370~380℃降到 220~240 ℃。
通常又分为两个小区，此区后，一般有一3m的自然冷 却段，后面为直接室温冷却区。
玻璃退火工艺制度的计算（室温风强制对流冷却区）
5.1 退火的原理
温度变形被冻结：应力松弛只消除部分的温度差引起的 暂时应力，当玻璃被冷却到室温并达到内外温度平衡时， 这部分松弛下来的应力就残存下来。
玻璃中内应力的检验方法
原理：玻璃中的内应力使玻璃在光学上的各向同性变为 各向异性，从而使玻璃具有双折射的现象，双折射值的 大小与玻璃中的内应力成正比。光的双折射值可按照玻 璃中单位长度所产生的光程差来表示，测出光程差，根 据不同玻璃的偏光应力系数可以计算出玻璃的内应力。 （例如，对于普通的钠钙硅玻璃，应力系数为 2.85×10-12Pa-1），即0.1MPa的内应力所产生的光 程差约为2.85nm/cm
退火温度制度的确定
退火温度上下限差值：一般在50~100℃。与粘度随温度的 变化特性（料性）有关，料性长，其值偏大。浮法的最高退 火温度在540~570℃，最低退火温度在450~480℃。 制定退火温度制度时需要考虑的问题： 1.退火窑中的温度差：计算时取允许应力的一半进行，保温 时间比实际计算的适当延长，冷却速率适当降低。 2.制品的壁厚影响：厚制品的保温温度应适当降低，保温时 间适当延长。 3. 组成的影响
玻璃退火工艺制度的计算（重要冷却区）
重要冷却区：（按照6mm厚的玻璃计算）：
V----6mm玻璃的拉引速率； C---6mm玻璃在此区域允许的冷却速度（ ℃/Min）， ∆t—玻璃的退火温度上下限差值，取70~80℃ ∆n0—光程差； s—玻璃厚度的一半； LB—退火区的长度，m。 为了获得永久应力比较小的玻璃。玻璃应力的产生主要决定于玻 璃的冷却速度和退火区域内时应力形成的原因：玻璃制品在加热或冷却过程 中，由于其导热性较差，在其表面层和内层之间 必然产生温度梯度，因而在内外层之间产生一定 的热应力。应力的大小与取决于玻璃中的温度梯 度，与玻璃的热胀系数、玻璃 的化学成分有关。
第十章玻璃的退火讲解
热应力:玻璃中由于温度差而产生的应力。
按其存在的特点又可分成暂时应力和永久应力。
玻璃工艺学
2
(一)暂时应力: 当玻璃温度低与应变点(=10 13.6Pa.S)时处于弹性 变形温度范围内(>1014Pa.S)即脆性状态时，经受不均 匀的温度变化时产生的热应力。 特点：随温度梯度的产生而产生，随温度梯度的消 失而消失。 暂时应力的产生过程: 在温度低于应变点时,玻璃内结构集团已不能产生粘 滞性流动,主要靠弹性松弛来消除应力。
3、慢冷阶段 为了使制品在冷却后不再产生永久应力或仅产生微小的永久 应力，冷却速度要求较慢，常采用线性降温。 开始冷却速度： ho ＝ （c/ 分） 下降10℃后继续冷却速度：
13a 2
ho h＝ （ 1 2 2
To－T 20
） c/分
H －每降低100c后下一个100c的降温速度 To－退火温度 T－每降低100c后的温度 慢冷阶段结束时温度必须小于或等于应变点温度，否则在快 冷阶段重新产生永久应力而退火无效。
5、容易分相的玻璃制品退火时，退火温度不能过高，退火时 间不能过长，次数要少。
玻璃工艺学
24
玻璃工艺学 19
温度
退火温度
上限退火温度
下限退火温度
时间
加热 保温 慢冷 快冷
1、加热阶段 加热时玻璃制品表面为压应力，升温速度可较快：
130 最大升温速度 hc ＝ 2（c/ 分） a a－空心或单面受热的玻璃制品的总厚，cm 实心制品的半厚， cm 玻璃工艺学
20
考虑表面微裂纹、缺陷、厚度均匀性及退火炉温度分布均匀 性，一般工业中采用
玻璃工艺学 23
2、形状复杂、厚度大的制品的加热及冷却速度要慢；
玻璃的退火工艺制度
玻璃退火在建筑 玻璃中的应用
建筑玻璃作为建筑外墙、 窗户等重要部件，需要经 过退火工艺来提高其强度 和耐久性。通过退火工艺 可以使得建筑玻璃在受到 外力冲击时不易破裂，保 障建筑物的安全性。
玻璃退火在工艺玻璃中的应用
弯曲玻璃
保证形状和性能
夹胶玻璃
增加透光性和强度
智能制造应用
借助智能技术提升 生产效率
绿色生产理念
推动工艺向绿色生 产方向转变
玻璃退火工艺的创新 模式
01 智能化生产
引入智能设备提升生产效率
02 定制化服务
根据客户需求提供个性化定制服务
03
● 06
第六章 总结与展望
玻璃的退火工艺 制度
玻璃退火工艺作为玻璃制 造中重要的工艺环节，通 过释放内部应力、提高玻 璃品质，为玻璃产品的生 产和应用提供了重要支撑。 在未来的发展中，玻璃退 火工艺将继续发挥重要作 用，为玻璃产业的创新和 发展做出更大贡献。
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玻璃退火的影响因素
温度
影响退火效果的重要因素之一
时间
控制退火过程的持续时间
冷却速率
影响玻璃内部结构的形成
玻璃厚度
决定退火参数的设定
玻璃退火的实践应用
01 工艺优化
不断改进退火工艺，提高玻璃产品质量
02 生产控制
严格控制退火参数，确保产品稳定性
03 技术创新
引入新技术提升退火效率和效果
总结
玻璃的退火工艺制度对玻璃制品质量和性能起着至关重要的 作用。通过合理控制退火参数，可以使玻璃内部应力得到释 放，提高玻璃的强度和耐热性，从而满足不同领域对玻璃产 品的需求。
提升品质
满足高品质需求
个性化处理
玻璃的退火与淬火
图4-1 玻璃暂时应力产生示意图 温度分布曲线； 应力分布曲线
2、永久应力（permanentstress）
当玻璃内外温度相等时所残留的热应力。 由于应变点以上的玻璃具有粘弹性，即此 时的玻璃为可塑状态，在受力后会产生位 移和变形，使由温度梯度所产生的内应力 消失，这个过程称为应力松弛过程。
4.2.2 玻璃退火工艺
玻璃的退火制度与制品的种类、形状、大小、 容许的应力值、退火炉内温度分布等情况有
关。
一般根据退火原理，退火工艺可分为四个阶
段：加热阶段、均热阶段、慢冷阶段和快冷
阶段。
按上述四个阶段可作出温度-时间曲线，此曲
线称为退火曲线。
图4-3 玻璃退火曲线示意图 I-加热阶段；Ⅱ-均热阶段；Ⅲ-慢冷阶段；Ⅳ-快冷阶段
α——膨胀系数；E——弹性模量； λ——导热系数；μ——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距离。
6 (1 ) 由上式可得出冷却速度 h0： h0 E (a 2 3 x 2 )
在温度较高阶段,由温度梯度产生的热弹性 应力松弛速度很大，转变成永久应力的趋势 也大，所以初冷速率应最低。 最初的慢冷速度 h0(℃/min)为：
厚度为2a厘米的玻璃以恒速加热达到稳定状态时，中 心及表面的温度差为： ha 2 T 2k
式中h——加热速率（℃/分），k——玻璃导热系数。 阿丹姆斯及威廉逊求得玻璃的最大加热速度为：
130 ha 2 ( C / 分） a
式中a——玻璃厚度，空心玻璃制品为总厚度，实心 制品为厚度的一半。 为安全起见，一般技术玻璃取最大加热速度的1520%，即20/a2~30/a2。光学玻璃取其5%以下。
1．加热阶段
玻璃的退火和淬火要求
4.1 玻璃的应力 4.2 玻璃的退火 4.3 玻璃的淬火
玻璃的热处理是指玻璃在转变温度与软化温度之间所进行 的热过程。
在该过程中玻璃的结构和性能往往能发生显著的变化：应 力的产生和消除，分相和晶化，发泡和烧结，表面处理和 增强等，使玻璃从一个状态转变到另一个状态，同组成的 玻璃可以有截然不同的性能。
图4-1 玻璃暂时应力产生示意图 温度分布曲线； 应力分布曲线
2、永久应力（permanentstress）
当玻璃内外温度相等时所残留的热应力。 由于应变点以上的玻璃具有粘弹性，即此时的玻璃为可
塑状态，在受力后会产生位移和变形，使由温度梯度所 产生的内应力消失，这个过程称为应力松弛过程。
图4-2 玻璃永久应力产生示意图 温度分布曲线； 应力分布曲线
6(1) h0 E(a2 3x2)
在温度较高阶段,由温度梯度产生的热弹性应力松弛速度 很大，转变成永久应力的趋势也大，所以初冷速率应最 低。
最初的慢冷速度 h0(℃/min)为：
n h0 13a 2
温度↓，应力松弛速度↓，慢冷速度↑
ht h0(130t0)(oC/min)
退火温度范围——最高退火温度至最低退火温度之间的范 围。
一般：最高退火温度-(20~30)℃ ~ 最高退火温度-(50~150℃)
2、退火温度与玻璃的关系
玻璃的退火温度与其化学组成有关，凡能降低玻 璃粘度的组成，也能降低退火温度。
碱金属氧化物能显著地降低玻璃的退火温度，其 中Na2O的作用大于K2O的作用。
主要参数是退火温度和在此温度下的保温时间。
玻璃的退火温度，可采用比最高退火温度低20-30℃，或者 通过计算或测定求得。在退火温度下的保温时间，可按 70a2 - 120a2 计算，或者按应力允许值进行计算
玻璃工艺重点内容
12.23玻璃工艺重点内容1、玻璃淬火处理根据原理的不同可以分为哪两种（急冷淬火和慢冷淬火）。
2、玻璃制品的退火过程一般分为哪几个阶段(加热、保温、慢冷、快冷)。
3、熔制过程中火焰和配合料、玻璃液间主要以什么方式传热（火焰辐射和对流加热）。
4、玻璃配合料中引入碎玻璃的目的是什么，一般加入量是多少：目的：①回收重熔碎玻璃可以变废为宝、保护环境;②从工艺上看，合理引入碎玻璃会加速熔制过程，降低玻璃的熔制的热耗，从而降低生产成本，增加产量。
用量：一般25-30%（最大可达70-100%）。
5、玻璃组成中形成体组分含量越高，对玻璃的透紫外能力、导电能力、机械强度、玻璃熔体粘度有什么影响（透紫外→越好，导电→下降，机械强度→增加，玻璃熔体粘度→增大）。
6、玻璃配合料中加入纯碱的目的是什么，纯碱加入量越大对玻璃熔制温度、生产出的玻璃化学稳定性、绝缘性、热稳定性有什么影响：①目的：引入网络外体、助熔、降低粘度；②纯碱加入量越大，熔制温度↓；化学稳定性、绝缘性、热稳定性均↓变差。
7、玻璃的熔制过程包括哪几个阶段，其中哪个阶段温度最高：阶段：硅酸盐形成阶段、玻璃形成阶段、玻璃液的澄清阶段、玻璃的均化阶段、玻璃的冷却阶段。
玻璃液的澄清阶段温度最高。
8、玻璃的原料主要包括哪三大类：主要原料、辅助原料、碎玻璃。
9、玻璃红外光、紫外光的吸收原理是什么：①红外原理：红外频率与玻璃中分子本征振动频率相近，引起共振而产生吸收；②紫外原理：光子激发阳离子的电子到高能级的结果。
10、玻璃配合料为什么要有一定的气体率：受热分解后所逸出的气体，对配合料和玻璃液起到搅拌作用，有利于硅酸盐形成和玻璃均化。
11、玻璃对光的折射原理：光波为电磁波，对于玻璃是一外加交变电场，通过时会引起玻璃内部质点的极化变形，离子偶极矩改变所需能量来自光波，光波能量减小，传播速度降低。
12、水、酸、碱和大气对玻璃的侵蚀机理是什么：水机理：①离子交换反应-Si-O-Na+H-OH⇒-Si-OH+NaOH;②硅羟团水化-Si-OH+1.5H2O⇒Si(OH)4③中和反应Si(OH)4+NaOH⇒[Si(OH)3O]Na+H2O另一方面，H2O也能对硅氧骨架直接起反应。
玻璃的后处理讲解
玻璃的退火 玻璃的淬火 玻璃的深加工
一、玻璃的退火
1、 定义与目的
消除玻璃制品在成形或热加工后残留在制品内的 热应力的过程称为退火。 目的是防止炸裂和提高玻璃的机械强度。
一、玻璃的退火
2、 玻璃的热应力
玻璃中由于温差而产生的内应力称为热应力。
(l) 暂时应力(temporary stress)在温度低于应变点时，玻璃经 受不均匀的温度变化时会产生热应力。当温度梯度消失时， 应力也消失。这种热应力称为暂时应力。 (2) 永久应力(permanentstress)当玻璃内温度梯度消失，表面 与内部温度皆为常温时，内部残留的热应力，称为永久应力。
Hale Waihona Puke 一、玻璃的退火3、 玻璃中应力的消除
玻璃在应变点附近属粘弹性体(伯格斯体)，既具有弹性也具 有粘性，因此，应力可以得到消除(松弛)。根据麦克斯韦尔 的理论，在粘弹性体中应力消除的速度可用下列方程式表 示： dF/dt=-MF
式中：F—应力； t—时间； M—比例常数，与粘度有关。
一、玻璃的退火
一、玻璃的退火
5.2 退火工艺过程
玻璃退火工艺过程玻璃制品的退火包括加热、保温、 慢冷及快冷四个阶段： (1) 加热阶段：最高加热速度
ha=130/a^2
式中 a—玻璃厚度，cm，空心玻璃制品为总厚度， 实心玻璃为厚度的一半。 为了安全起见，一般技术玻璃的加热速度取值为最
一、玻璃的退火
二、玻璃的淬火
1 淬火玻璃的特性 淬火玻璃同一般玻璃比较，其抗弯强度，抗冲击强度以及热 稳定性等，都有很大的提高。 1.1 淬火玻璃的抗弯强度 淬火玻璃抗弯强度要比一般玻璃大4~5倍。如6×600×400 毫米淬火玻璃板，可以支持三个人的重量200公斤而不破坏。 厚度5~6毫米的淬火玻璃，抗弯强度达1.67×108Pa。 淬火玻璃的应力分布如图。 淬火玻璃的挠度。比一般玻璃大3~4倍，如6×1200×350毫 米的一块淬火玻璃，最大弯曲达100毫米。
玻璃退火工艺
玻璃退火工艺一、退火工艺各阶段划分及其影响因素成型结束后的玻璃，其制品内外两部分存在较大的温度差异，该温差将会造成制品存在很大的应力，退火目的就是要消除或减少这些应力到可以允许的限度。
根据消除应力的要求，将玻璃的退火划分为4个阶段：加热阶段、保温阶段、慢冷阶段及快速冷却阶段。
4个阶段分布如图2.14所示。
在玻璃退火工艺上，第Ⅰ，第Ⅱ阶段主要是使玻璃内原有的应力消除或减少到允许的限度；第Ⅲ阶段是确定在这个温度范围内的冷却速率，尽量使冷却过程中造成的内应力降到最低；第Ⅳ阶段是当玻璃内质点的黏性流动已达到最小时，可以加速制品的冷却速率，以所产生的暂时应力不造成制品破裂为限度。
上述4个阶段的划分随玻璃性质、制品厚度、外形尺寸和大小、要求而变化。
图2.14 玻璃退火的各个阶段Ⅰ—加热阶段；Ⅱ—保温阶段；Ⅲ—慢冷阶段；Ⅳ—快冷阶段退火温度和时间的选择，由于受玻璃组成、厚度、造型等因素的影响而有所不同。
影响退火的因素一般有下列3种。
（1）厚度与形状厚壁制品的内外温差较大，在退火温度范围内，厚壁制品的保温时间要相应地延长，以使制品内外层温度趋于一致，因而其冷却速率也必须相应地减慢，故总的退火时间就要延长。
造型复杂的制品应力容易集中，因此它与厚壁制品一样，保温温度应当略低，加热及冷却速率都应较缓慢。
应注意的是，厚壁制品保温时间的延长不是和制品的厚度成正比例增加，这是因厚度增加后荷重较大，若长时间的在较高温度下保温，制品易变形。
其次还经常存在这样的错觉，认为制品愈厚，其退火温度应该愈高，其实退火质量的好坏关键在于慢冷阶段，即应尽量使内应力的存在与再生成能力降低到最低限度。
（2）玻璃组成玻璃的化学组成影响退火温度的选择，凡能降低玻璃黏度的组成也都能降低退火温度。
例如，碱金属氧化物就能显著地降低退火温度，其中以Na2O的作用大于K2O。
SiO2，ZrO2和A12O3等难熔氧化物都会显著地提高退火温度。
（3）不同规格制品若同一退火窑中置有各种不同厚度的制品或同一制品本身的厚度有变化，为避免制品发生变形或退火不完全，应根据最小的厚度来确定退火温度，根据最大的壁厚来确定退火的时间。
6讲玻璃的成型和退火材料工艺学
（二）玻璃厚度的控制 如何控制玻璃厚度是浮法生产平板玻璃的
关键。生产厚度大于6mm的玻璃比较容易，主 要是限制玻璃带自由变宽，在锡槽摊平抛光区设 石墨挡边器来限制玻璃宽度。
如果同时加大玻璃液供给量，并调整拉引速 度，就可以生产6~30mm厚的玻璃。
生产厚度小于6mm的各种玻璃比较困难。 因为玻璃在锡液上自由摊平，有一个平衡厚度。 即使更加大拉力，厚度变化也不大，但宽度却 大大减小。
锡掖上玻璃液平衡厚度∏-500℃时，玻璃液与锡液的浸润角
2.玻璃表面张力的增厚作用 浮在锡液上的玻璃带，横向没有约束力，当纵向拉
力增加时，宽度缩小，而厚度改变不大。 即使利用拉边器暂时保持宽度，玻璃带短期被拉
薄，随后又会在表面张力的作用下，缩小宽度，厚度又 回到平衡厚度，这就是表面张力的增厚作用。
最高退火温度至最低退火温度之间称为退火温度 范围。
大部分器皿玻璃最高退火温度为550±20℃ 。
玻璃制品退火的各个阶段
Ⅰ-加热阶段；Ⅱ-保温阶段；Ⅲ慢冷阶段；Ⅳ-快冷阶段
玻璃制品退火窑
（a）、（b）室式退火窑；（c）牵引式退火窑；（d）隧道式退火窑； （e）立式退火窑； （f）网带式退火窑；（g）辊道式退火窑
可根据制品用途不同，制定一个允许存在永久应力 的标准。据此标准来掌握退火要求。允许数值小的制品 （如光学玻璃）退火要特别精细，保温时间要长，冷却 速度要很慢。
（五）玻璃的退火工艺制度 （1）玻璃的最高退火温度是指在此温度下经过3分钟 能消除应力95%，一般由相当于退火点的温度也叫退 火上限温度；
最低退火温度是指在此温度下经3分钟只能消除 应力5%，也叫退火下限温度。
只有当玻璃的温度下降到使粘度达到105Pa·S左右， 这种增厚作用才会大大减弱。这是由于温度降低使玻璃 的粘度迅速增大，而表面张力则增加不多，巨大的粘滞 力使表面以发挥作用，因此，当有拉边器作用时，在强 大的拉力下就可使玻璃变薄。
玻璃退火与淬火要求
含B2O315-20%左右的玻璃，其退火温度将随着 B2O3含量的增加而显著地提高，超过15-20%的 则随着B2O3含量的增加而降低。
4.2.2 玻璃退火工艺
玻璃的退火制度与制品的种类、形状、大小、容许的应力 值、退火炉内温度分布等情况有关。
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，此应力称机械应力。
在生产过程中，若对玻璃制品施加过大的机械力会使玻 璃制品破裂。如模型歪扭，开模时所造成的制品撕裂， 切割时用力过猛使制品破裂等。
4.2 玻璃的退火
定义：消除玻璃制品在成形或热加工后
残留在制品内的永久应力的过程。
目的：防止炸裂和提高玻璃的机械强度。
ha
130 a2 (
C/
分）
式中a——玻璃厚度，空心玻璃制品为总厚度，实心
制品为厚度的一半。
为安全起见，一般技术玻璃取最大加热速度的15-20%，
即20/a2~30/a2。光学玻璃取其5%以下。
2、均热（保温）阶段
将制品在退火温度进行保温、均热，主要目的是消除快速 加热时产生的温度梯度，并消除制品中所固有的内应力。
4.1.2 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而产生的应力称结 构应力，属于永久应力。
玻璃中的成分不均体，其热膨胀系数与主体玻璃不相同， 因而主体玻璃与不均体的收缩、膨胀量也不相同，在其界 面上产生了应力。这种由于玻璃固有结构造成的应力，即 使退火也不能消除这类应力。
4.1.3 玻璃中的机械应力
为了消除玻璃中的永久应力，必须将玻璃加热到低于玻 璃转变温度Tg附近的某一温度进行保温均热，以消除玻 璃各部分的温度梯度，使应力松弛。这个选定的温度， 称为退在此温度下经三分钟 能消除应力95%，一般相当于退火点（η=1012帕·秒）的温 度；
第四章 玻璃的退火与淬火
图4-1 玻璃暂时应力产生示意图 温度分布曲线； 应力分布曲线
2、永久应力（permanentstress）
当玻璃内外温度相等时所残留的热应力。 由于应变点以上的玻璃具有粘弹性，即此 时的玻璃为可塑状态，在受力后会产生位 移和变形，使由温度梯度所产生的内应力 消失，这个过程称为应力松弛过程。
试验方法：将杯子在沸水中停留3分钟后， 立刻投入1-3℃的水中。淬火质量差的杯子 炸裂后自动检出。
抗冲击性能检测：用0.1公斤的钢球从0.8米 的高度自由落下冲击杯口，不破者为合格。
或者按应力允许值进行计算
a t 520 n
式中Δn ——玻璃退火后允许存在的内应力，
2
nm/cm。
3、慢冷阶段
在玻璃中原有应力消除后，必须防止在降温过 程中由于温度梯度而产生新的应力。 阿丹姆斯及威廉逊提出内应力与冷却速度的关 系： Eh0 (a 2 3 x 2 ) 6 (1 )
图 淬火玻璃受力时应力沿厚度分布图 (a)淬火玻璃应力分布；(b)退火玻璃受力应力分布；(c)淬火玻 璃受力应力分布 图中正号表示张应力，负号为压应力
4.3.1 淬火玻璃的特性
如6×600×400毫米淬火玻璃板，可以支持 三个人的重量200公斤而不破坏。 淬火玻璃的挠度，比一般玻璃大3-4倍。如 6×1200×350毫米的一块淬火玻璃，最大 弯曲达100毫米。
1．加热阶段
一次退火：成型后直接进入退火炉进行退火； 二次退火：成型冷却后再经加热退火。
在加热过程中，玻璃表面产生压应力，内层受 张应力，由于玻璃抗压强度是抗张强度的十倍， 所以加热速率可相应高些。
在加热过程中由温度梯度所产生的暂时应力与 固有的永久应力之和不能大于其抗张强度极限， 否则将发生破裂。
玻璃工艺第17章玻璃的退火和淬火(new)
玻璃工艺学
22
有灵敏色片时，转动玻璃时视场颜色的变化为玻璃 与灵敏色片的总光程差
当玻璃的应力为张应力时，视场总光程差为玻璃光 程差与灵敏色片光程差之和，既玻璃光程差为视场总光 程差减去565nm；
当玻璃的应力为压应力时，视场总光程差为灵敏色 片光程差与玻璃光程差之差，既玻璃光程差为565nm 减去视场总光程差．
对于退火玻璃制品，一般仅出现灰白干涉色，此时为提高分辨
率，需增加一块灵敏色片。灵敏色片其实是一种光程差为565nm的
人工双折射片，相当于人为将总光程差增加或减少565nm，使视域
中出现彩色干涉色，提高肉眼对干涉色的分辩能力。
１
５
４ ３
２ 偏光仪结构示意图
１－光源；２－起偏镜；３－灵敏色片；４－检偏镜；５－毛玻璃
* 此示意图可以说明什么? 说明：
玻璃平板表面降温比内层快，收缩就比内层大，受内层阻碍而呈张 应力同时内层受到反作用力而呈压应力。
玻璃工艺学
6
(3)外层逐渐达到外界温度的过程:
温度(Temperature)
应变点温度 Ts (=1013.6Pa.S) 冷却起始温度 T0
应力( Strain)
剖面实际温度示意线 暂 时应力示意 线
如条纹、结石、节瘤等不均匀体都会产生结构应力。
特点：结构应力是由于玻璃固有结构所造成的应力，
无法通过退火消除。
（二）机械应力:
当玻璃制品受到外力作用的时候,玻璃中产生的应力。在 低温下外力撤去时，机械应力随之消失。
如果机械应力超过应力极限，会导致制品破裂。
玻璃工艺学
17
思考题:
１．玻璃在一般情况下,可能会同时受到几种应力 的作用。
*另一种较为精确的颜色对比法是采用一套至少包括6片的标准光
第四节 玻璃的成型与退火讲解
合理的成型制度：
应使玻璃在成型各工序的温度和持续时间同玻璃液的 流变性质及表面热性质协调一致，即在需要变形的工序，玻
璃应有充分的流动度，使其迅速充满模具，表面得到迅速的冷 却，出模时不变形，表面不产生裂纹等缺陷。
成型制度的确定
a、成型粘度范围
玻璃液在成型粘度范围内易于成型，有一定的冷
却硬化速度，又不产生析晶等缺陷。 成型开始所需的粘度还和许多因素有关，如成型 方法、制品的外形和重量等。 一般工业玻璃的成型粘度范围为102~106Pa•s。
结构应力
玻璃中局部区域化学组成不均匀导致结构不均匀而产生不同 的膨胀系数，因而产生的应力。 如条纹、结石、节瘤等不均匀体都会产生结构应力。 特点：结构应力是由于玻璃固有结构所造成的应力， 无法通过退火消除。
机械应力
当玻璃制品受到外力作用的时候，玻璃中产生的应力。在低 温下外力撤去时，机械应力随之消失。
这些都会降低制品的强度和热稳定性，故一般玻璃产品
成型后，需经过退火处理，使其应力限定在一定范围内，以防 在冷却、存放、再加工及使用过程中自行破裂或太易破裂。
（1）玻璃应力的分类:
a. 以产生原因为标准： 热应力 结构应力 机械应力 b. 以作用范围为标准： 宏观应力： 由外力作用或热作用产生； 微观应力： 玻璃的微观不均匀区域中存在的或分相 引起的应力; 超微观应力： 玻璃中相当于晶胞大小的体积范围内
玻璃的粘度与表面张力随温度变化，成型和定形能连
续进行，使得玻璃具有各种各样的成型方法。 玻璃成型经历了手工→半机械化→机械化→计算机控制。 主要的机械成型方法有： 吹制法、压制法、拉制法、浮法、压延法与浇铸法。
（1）吹制法
采用吹管或吹气头将熔制好的玻璃液在模型中吹制成制品。
玻璃的退火与缺陷
h0
6(1 )
Ea(a2 3x2 )
a---制品厚度的一半； E---弹性模
量；μ---泊松比；α---膨胀系数；
h0---冷却速度；x---应力测试点离 壁厚中线的距离; σ---允许应力
Ⅳ快冷阶段：降低能耗，提高产率
hc=
65/a2（℃/分）一般玻璃采用此值15％～20％
4．硫酸盐夹杂物
玻璃液中过饱和硫酸盐冷却时结晶出小滴析出。 源于芒硝在澄清过程中没有完全分解； 预防措施： 检查熔化初期火焰是否保持还原性； 配合料碳粉用量是否合适；
5．黑色夹杂物
直接或间接来源于配合料，或由于操作不当引入其 他的杂质。主要有铁、铬、镍的氧化物等。
CLY2007
条纹和节瘤及其形成原因
第四章 玻璃的退火与淬火
玻璃中存在那些应力? 产生的原因是什么？
玻璃为什么要退火？
玻璃淬火工艺过程？
玻璃淬火的意义和原理？
退火的工艺过程？
CLY2007
第一节 玻璃的应力
玻璃的应力
结构应力
机械应力
热应力
因化学组成不 均匀而产生的 应力。
外力作用在玻 璃上而产生的 应力。
玻璃中由于温 度差的存在而 产生的应力
消除应力
纳米/厘米 30~40 60 120 50~400
CLY2007
1.玻璃的退火温度与退火范围
退 火 温 度： 将玻璃加热到低于玻璃转变温度 Tg附近， 进行保温均热，消除玻璃的温度梯度。
最高退火温度：能在3min之内消除玻璃中95%应力的温度。
最低退火温度：能在3min之内消除玻璃中5%应力的温 度。 实际退火温度比最高退火温度低20～30℃，低于最高退 火温度50～150℃是最低退火温度。大部分器皿玻璃的 退火温度为550℃±20℃，平板玻璃为550～570℃，瓶 罐玻璃为550～600℃。