玻璃的退火

2. 保温阶段 目的是消除快速加热时产生的温度梯度， 目的是消除快速加热时产生的温度梯度 ， 并消除 制品中固有的内应力。 制品中固有的内应力。 主要参数：退火温度和保温时间 主要参数： 退火温度可由计算或测定得到； 退火温度可由计算或测定得到； 保温时间t=1/A⊿n 保温时间 ⊿ 1/σ=1/σ0+At
3. 慢冷阶段 玻璃中原有应力消除后， 玻璃中原有应力消除后 ， 必须防止降温过程中由 于温度梯度而产生新的应力，此阶段冷却速度应慢。 于温度梯度而产生新的应力 ， 此阶段冷却速度应慢 。 冷却速度取决于制品所允许的永久盈利，结束温度应 冷却速度取决于制品所允许的永久盈利 ， 低于玻璃的应变点10 低于玻璃的应变点 13.6Pa·S。 。 h=δ/13a2（℃/min） ）
～570℃，铅玻璃 ℃ 铅玻璃460～490℃，硼酸盐玻璃 560～610℃。 ～ ℃ ～ ℃
退火温度下限：在此温度下，经过3min只能消除应力 退火温度下限：在此温度下，经过 只能消除应力 的5%。 。 退火温度范围： 退火温度范围： 实际上，一般采用的退火温度比最高退火温度低20～ 实际上，一般采用的退火温度比最高退火温度低 ～ 30℃，最低退火温度比最高退火温度低50～150℃。 ℃ 最低退火温度比最高退火温度低 ～ ℃
第一节 玻璃的应力
分为三类：热应力、结构应力、 分为三类：热应力、结构应力、机械应力
一、热应力
暂时应力： 在温度低于应变点时， 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（ 脆性状态） 变形温度范围 （ 脆性状态 ） ， 经受不均匀的温度变化 时所产生的热应力， 随温度梯度存在而存在， 随温度 时所产生的热应力 ， 随温度梯度存在而存在 ， 梯度的消失而消失，这种应力称为暂时应力。 梯度的消失而消失，这种应力称为暂时应力。
第三节 玻璃的退火设备
分类： 分类：连续式和间歇式 要求：能够顺利实现退火曲线所要求的退火制度， 要求：能够顺利实现退火曲线所要求的退火制度， 在保温及慢冷阶段，窑内温差要小。 在保温及慢冷阶段，窑内温差要小。
2.玻璃在退火温度下保温时，应力消除速度： 玻璃在退火温度下保温时，应力消除速度： 玻璃在退火温度下保温时 dσ/dt＝－ 2 ＝－Aσ ＝－ 积分得 1/σ=1/σ0+At 式中 σ0—开始保温时玻璃的内应力 Pa 开始保温时玻璃的内应力 σ—经过时间 后玻璃的内应力 经过时间t后玻璃的内应力 经过时间 A—退火常数，与玻璃的组成及应力消除时的温度有关 退火常数， 退火常数 若以δn表示应力，则1/δn－1/δn0＝A＇t 若以 表示应力， － ＇ 表示应力 A＇=A/B ＇ 退火常数， ＇ 退火常数，A＇随保温均热温度的提高呈植 树递增， 树递增，即A＇=10M1T-M2 ＇ M1、M2应力退火常数，取决于玻璃的组成。 应力退火常数，取决于玻璃的组成。 由上式可以得出，保温温度越高， ＇越大， 由上式可以得出，保温温度越高，A＇越大，应力松弛 速度越快。 速度越快。
第二节 玻璃的退火工艺制度
一、玻璃中应力的消除 1.在应变点 g（1013.6Pa·S）以上，粘弹性体，应力 在应变点T ） 以上， 粘弹性体， 在应变点 的消除是粘滞流动所致， 的消除是粘滞流动所致 ， 在粘弹性体中应力的消除速 度： dF/dt＝－ ＝－MF ＝－ M—比例常数，与粘度有关 比例常数， 比例常数
永久应力： 玻璃内外温度相等（ 皆等于室温） 永久应力 ： 玻璃内外温度相等 （ 皆等于室温 ） 时 内应力。 残留的热应力，称为永久应力，又称为内应力 残留的热应力，称为永久应力，又称为内应力。 在温度高于应变点时， 玻璃处于粘弹性状态， 在温度高于应变点时 ， 玻璃处于粘弹性状态 ， 内 部结构发生位移， 变形， 部结构发生位移 ， 变形 ， 使温度梯度所产生的应力消 除，此过程称为应力松弛。 此过程称为应力松弛。
暂时应力仅产生于玻璃处于脆性状态下的加热或冷 却过程。 超过玻璃的极限强度时， 玻璃同样会破裂。 却过程 。 超过玻璃的极限强度时 ， 玻璃同样会破裂 。 生产上常用急冷的方法切割玻璃， 及时利用局部中产 生产上常用急冷的方法切割玻璃 ， 生的暂时应力超过了玻璃的强度极限而破裂的。 生的暂时应力超过了玻璃的强度极限而破裂的。
二、结构应力 因化学组成不均匀二产生的应力，称为结构应力。 因化学组成不均匀二产生的应力，称为结构应力。 不同化学组成， 其热膨胀系数不同， 不同化学组成 ， 其热膨胀系数不同 ， 冷却时产生的 收缩不一致。如玻璃中的结石、条纹等。 收缩不一致。如玻璃中的结石、条纹Байду номын сангаас。 三、机械应力 由于外力的作用而产生的应力，外力除去， 由于外力的作用而产生的应力，外力除去，机械应 力也消失。 力也消失。
２．退火温度与组成的关系 能够降低玻璃粘度的组成都能降低退火温度， 能够降低玻璃粘度的组成都能降低退火温度 ， 其 中 Na2O＞K2O、PbO＞BaO、CaO、Al2O3、SiO2 提 ＞ 、 ＞ 、 、 高退火温度。 高退火温度。
3. 退火温度的计算 根据经验公式计算η＝ 时的温度； 根据经验公式计算 ＝1012Pa·S时的温度； 时的温度 根据已知玻璃组成的最高退火温度和组成氧化物变 换的影响计算； 换的影响计算； 根据1/δ 内应力由δn 根据 n—1/δn0＝A＇t 在时间 内应力由 0减少到 ＇ 在时间t内应力由 δn，计算出A＇，再根据 ，计算出 ＇，再根据lgA＇＝ 1T－M2 ＇，再根据 ＇＝ ＇＝M － 求出T值 ＝0.029 M2＝17.35 求出 值。 其中M 其中 1
玻璃冷却到应变点附近， 玻璃冷却到应变点附近 ， 此温度处于玻璃由塑性 体变成弹性体的转变温度范围， 体变成弹性体的转变温度范围，若冷却速度大于内部 质点调整的速度， 质点调整的速度 ， 较早硬化的外层就会阻止较晚硬化 的内层收缩，外层受到内层给它的压应力， 的内层收缩，外层受到内层给它的压应力， 而内层受 到外层给它的张应力。这种应力不会随着温度梯度的 到外层给它的张应力。这种应力不会随着温度梯度的 消失而消失，因此称为永久应力或残余应力。 消失而消失，因此称为永久应力或残余应力。
第八章 玻璃的退火
消除或减小玻璃中热应力至允许值的热处理过程。 消除或减小玻璃中热应力至允许值的热处理过程。 热应力： 玻璃在生产、 加工过程中受热不均匀， 热应力 ： 玻璃在生产 、 加工过程中受热不均匀 ， 产 生热应力。影响产品的强度和热稳定性。 生热应力。影响产品的强度和热稳定性。 目的：防止炸裂和提高玻璃的机械强度。 目的：防止炸裂和提高玻璃的机械强度。
二、玻璃的退火温度 1. 退火温度 退火温度：为消除永久应力，玻璃加热到 附近， 退火温度：为消除永久应力，玻璃加热到Tg附近，保 温均热，使应力松弛。 温均热，使应力松弛。
最高退火温度（退火上限温度） 在此温度下， 最高退火温度（退火上限温度）：在此温度下，经过 3min能消除应力的 能消除应力的95%，一般 能消除应力的 ，一般η=1012Pa·s。平板玻璃 550 。
4. 快冷阶段 应变点到室温。 此阶段只会引起暂时应力， 应变点到室温 。 此阶段只会引起暂时应力 ， 在保 证制品不致因热应力而破坏的前提下可尽快冷却玻璃 制品。 制品。 hc=65/a2（℃/min） 一般取此值的 ～20%。 ） 一般取此值的15～ 。
四、注意问题
退火窑内温差的影响； 退火窑内温差的影响； 制品壁厚和形状的影响； 制品壁厚和形状的影响； 同一退火窑对不同制品的退火问题。 同一退火窑对不同制品的退火问题 。 化学组成不同的 制品在同一退火窑中退火， 制品在同一退火窑中退火，应取温度低的玻璃作为保温温 度，并延长保温时间； 并延长保温时间； 某些玻璃（如硼硅酸盐玻璃） 某些玻璃（如硼硅酸盐玻璃）在退火温度范围内会发 生分相，分相结构不同，性质改变，为避免此种现象， 生分相，分相结构不同，性质改变，为避免此种现象，退 火温度严格掌握，不能过高，时间不宜过长， 火温度严格掌握，不能过高，时间不宜过长，避免重复退 火。
3. 用玻璃单位厚度上的光程差 用玻璃单位厚度上的光程差δ(nm/cm)表示。 表示。 表示 F=δ/⊿n，式中 用偏光仪测定。 ⊿ ，式中δ用偏光仪测定 用偏光仪测定。
五、各种玻璃的允许应力 见书163页表 页表2-3-20 见书 页表 六、玻璃内应力的测定方法 一般用偏光仪进行。 一般用偏光仪进行。
4. 退火温度的测定 测定η＝ 时的温度， 粘度计法 测定 ＝1012Pa·S时的温度，时间长，工 时的温度 时间长， 厂一般不采用； 厂一般不采用； 双折射法
三、玻璃的退火工艺
四个阶段：加热、保温、慢冷及快冷。 四个阶段：加热、保温、慢冷及快冷。 1. 加热阶段 玻璃制品进入退火窑加热到退火温度。 玻璃制品进入退火窑加热到退火温度。制品成型后立即 退火的称一次退火；制品冷却后再进行退火的二次退火。 退火的称一次退火；制品冷却后再进行退火的二次退火。 玻璃受热时，表层受压应力，内层受张应力， 玻璃受热时，表层受压应力，内层受张应力，玻璃的抗 压强度远远大于抗张强度，所以加热速度可较快。 压强度远远大于抗张强度，所以加热速度可较快。 厚 度 为 2 acm 的 玻 璃 恒 速 加 热 ， 其 最 大 加 热 速 度 ha=130/a2(℃/min)，为安全起见，一般技术玻璃取最大加 ℃ ，为安全起见， 热速度的15～ 热速度的 ～20%，即20/a2～30/a2。 ，
四、应力的表示方法
1. 用Pa(N/m2)表示 表示 2. 用偏振光通过玻璃时所产生的双折射率来表示 ， 此 用偏振光通过玻璃时所产生的双折射率来表示， 法便于观察和测量。 法便于观察和测量。 无应力优质的玻璃，各项同性，不产生双折射现象。 无应力优质的玻璃，各项同性，不产生双折射现象。 有应力存在时，其⊿n=BT 有应力存在时， 其中⊿ 其中⊿n—通过玻璃两个垂直方向振动光纤的折射率差 通过玻璃两个垂直方向振动光纤的折射率差 B—应力光学常数。⊿n以nm/cm为单位时，B的单 应力光学常数。 为单位时， 的单 应力光学常数 以 为单位时 位为布， 布 位为布，1布=10-12/Pa F—应力 Pa 应力 对于均匀分布的应力不产生双折射现象， 对于均匀分布的应力不产生双折射现象 ， 平板玻璃的 B=2.65布 布