玻璃的退火与缺陷
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CLY2007
影响玻璃淬火的工艺因素
1.淬火温度与冷却速度: 应力松弛程度决定于产 生的热弹应力和玻璃的 温度；热弹性力决定于 冷却速度和玻璃的厚度； 永久应力决定于冷却速 度和淬火温度（厚度一 定）。
CLY2007
2.玻璃的化学组成: 应力同玻璃的膨胀系数、 弹性模量、温度差成正比， 与泊松比成反比，都通过 化学组成来影响玻璃的应 力。
预防措施：严格配料和熔制制度，调整熔制温度，改 变澄清剂的种类和用量，改变玻璃成分降低玻璃粘 度。
2．二次气泡：
尘泡，重热引起的和某些化学反应引起的。
CLY2007
3．耐火材料引起：
主要耐火材料本身气孔，内部铁质对盐类的催化分解， 残碳的燃烧，与玻璃液作用。
预防措施：提高材料质量，熔制温度不要太高，以免 加剧对耐火材料的侵蚀。
a－玻璃厚度，空心玻璃制品总厚度，实心玻璃厚度的一半；
一般采用玻璃的加热速率为最大速度的15～20％, 光 学玻璃一般小于5％。
CLY2007
Ⅱ均热阶段：保温均热消除应力
退火温度：比退火上限低20～30℃
保温时间：70a2~120a2(a为制品厚度的一半） t 520 a 2 △n-玻璃退火后容许存在的内应力 n
3.玻璃的厚度: 厚度越大，淬火程度越高。
CLY2007
第五章 玻璃的缺陷
玻璃体内由于存在各种夹杂物，引起玻璃体均 匀性的破坏，称为玻璃的缺陷。
玻璃的缺陷
气泡(气体夹杂物）
结石(固体夹杂物）
条纹和节瘤(玻璃态夹杂物）
CLY2007
气泡的类型与形成原因
1．残留气泡：
玻璃熔制过程中盐类分解产生气泡，澄清不彻底而残 留的，窑内气体介质不恰当，窑内压力不稳定。
Ⅲ慢冷阶段：防止过大温差
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％
③差 热 法：加热过程吸热峰的起点为最低退火温度， 最高点为最高退火温度。 CLY2007
退火工艺
I加热阶段 Ⅱ均热阶段 Ⅲ慢冷阶段 Ⅳ快冷阶段
玻璃退火曲线示意图
CLY2007
Ⅰ加热阶段：（不是必须的）
加热速度：较快，但暂时应力＋永久应力<抗张极限；
厚度为2a厘米的玻璃的最大加热速度：
ha
130 (C / min) a2
退火即消除此应力。
CLY2007
第二节 玻璃的退火
退火：将玻璃内部的热应力消除或减少至允许 值的热处理过程。
存在应力的玻璃
粘弹性体
玻璃的种类 光学精密玻璃 光学玻璃 望远镜反光镜 平板玻璃
应力松弛
各种玻璃的允许应力
纳米/厘米 2～5
10～30 20
20～95
玻璃的种类 镜玻璃 空心玻璃 玻璃管 瓶罐玻璃
3.淬火玻璃的热稳定性
理论上淬火玻璃可经受的温度范围达250～320℃。
4.淬火玻璃的其他性能
安全性好，没有尖角碎玻璃， 淬火玻璃一般不能再进行切割。
CLY2007
淬火工艺
空气 风冷淬火 玻璃器皿和平板玻璃
加热 风冷 检测
液冷淬火 薄壁玻璃
加热 液冷 洗涤 检测
油脂，硅 油，石蜡， 焦油，金 属熔盐等
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℃。
CLY2007
退火设备－间歇式退火窑
优点：适应性强，适合小批量和特大型产品。 缺点：温度分别不均匀，耗热大，生产能力低，操作笨重。
CLY2007
退火设备－连续式退火窑
优点：生产连续化，可以自动 化，退火质量好，耗热 低，生产能力大，适用 于单一和大批量的制品 生产。
CLY2007
第三节 玻璃的淬火
4．铁器引起：
操作或维修不慎引起 预防措施：成形工具侵入玻璃液内部的部件质量要
好，使用方法得当。
5．其它：
颗粒间或由成形时带入的外界空气等。
淬火：将加热的玻璃在介质中急冷，使玻璃表面产生有 规律的、均匀分布的压应力，从而提高玻璃的 强度和热稳定性。
退火玻璃
加热到Tg以 上50～60℃
粘弹性体
急速均匀冷却
淬火玻璃
CLY2007
淬火玻璃的特性
1.淬火玻璃的抗弯强度 淬火玻璃的强度要比一般玻璃大4～5倍。
CLY2007
2.淬火玻璃的抗冲击性 淬火玻璃的抗冲击性要比一般玻璃大几倍。
CLY2007
热应力：暂时应力和永久应力
① 暂时应力：
在温度低于应变点时， 玻璃在经受不均匀温 度变化时所产生的热 应力。该应力随温度 梯度的存在而存在， 同时随温度梯度的消 失而消失。
CLY2007
② 永久应力：
高于应变点以上进行自然冷却， 当玻璃内外温度相等时所残留 的热应力。
当玻璃存在温度梯度时，各温 度所对应的结构是不相同的， 当玻璃急冷到应变点以下，结 构梯度也被保留下来。由于内 外层结构的密度不同，使其在 温度变化时，体积变化也不同， 产生了永久应力。
CLY2007
2.退火温度与玻璃组成的关系 凡是可以降低玻璃粘度的组分，也能降低玻璃的退火温度。
3. 最高退火温度的计算
根据奥霍琴经验公式：T = AX+BY+CZ+D（η＝102Pa•S)
4. 玻璃退火温度的测定
①粘度剂法：直接测量玻璃粘度η＝1012Pa•S时的温度；
②双折射法：通过起偏镜和检偏镜观察玻璃干涉条纹的 变化，干涉条纹开始消失，最低退火温度。
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
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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
影响玻璃淬火的工艺因素
1.淬火温度与冷却速度: 应力松弛程度决定于产 生的热弹应力和玻璃的 温度；热弹性力决定于 冷却速度和玻璃的厚度； 永久应力决定于冷却速 度和淬火温度（厚度一 定）。
CLY2007
2.玻璃的化学组成: 应力同玻璃的膨胀系数、 弹性模量、温度差成正比， 与泊松比成反比，都通过 化学组成来影响玻璃的应 力。
预防措施：严格配料和熔制制度，调整熔制温度，改 变澄清剂的种类和用量，改变玻璃成分降低玻璃粘 度。
2．二次气泡：
尘泡，重热引起的和某些化学反应引起的。
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3．耐火材料引起：
主要耐火材料本身气孔，内部铁质对盐类的催化分解， 残碳的燃烧，与玻璃液作用。
预防措施：提高材料质量，熔制温度不要太高，以免 加剧对耐火材料的侵蚀。
a－玻璃厚度，空心玻璃制品总厚度，实心玻璃厚度的一半；
一般采用玻璃的加热速率为最大速度的15～20％, 光 学玻璃一般小于5％。
CLY2007
Ⅱ均热阶段：保温均热消除应力
退火温度：比退火上限低20～30℃
保温时间：70a2~120a2(a为制品厚度的一半） t 520 a 2 △n-玻璃退火后容许存在的内应力 n
3.玻璃的厚度: 厚度越大，淬火程度越高。
CLY2007
第五章 玻璃的缺陷
玻璃体内由于存在各种夹杂物，引起玻璃体均 匀性的破坏，称为玻璃的缺陷。
玻璃的缺陷
气泡(气体夹杂物）
结石(固体夹杂物）
条纹和节瘤(玻璃态夹杂物）
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气泡的类型与形成原因
1．残留气泡：
玻璃熔制过程中盐类分解产生气泡，澄清不彻底而残 留的，窑内气体介质不恰当，窑内压力不稳定。
Ⅲ慢冷阶段：防止过大温差
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％
③差 热 法：加热过程吸热峰的起点为最低退火温度， 最高点为最高退火温度。 CLY2007
退火工艺
I加热阶段 Ⅱ均热阶段 Ⅲ慢冷阶段 Ⅳ快冷阶段
玻璃退火曲线示意图
CLY2007
Ⅰ加热阶段：（不是必须的）
加热速度：较快，但暂时应力＋永久应力<抗张极限；
厚度为2a厘米的玻璃的最大加热速度：
ha
130 (C / min) a2
退火即消除此应力。
CLY2007
第二节 玻璃的退火
退火：将玻璃内部的热应力消除或减少至允许 值的热处理过程。
存在应力的玻璃
粘弹性体
玻璃的种类 光学精密玻璃 光学玻璃 望远镜反光镜 平板玻璃
应力松弛
各种玻璃的允许应力
纳米/厘米 2～5
10～30 20
20～95
玻璃的种类 镜玻璃 空心玻璃 玻璃管 瓶罐玻璃
3.淬火玻璃的热稳定性
理论上淬火玻璃可经受的温度范围达250～320℃。
4.淬火玻璃的其他性能
安全性好，没有尖角碎玻璃， 淬火玻璃一般不能再进行切割。
CLY2007
淬火工艺
空气 风冷淬火 玻璃器皿和平板玻璃
加热 风冷 检测
液冷淬火 薄壁玻璃
加热 液冷 洗涤 检测
油脂，硅 油，石蜡， 焦油，金 属熔盐等
消除应力
纳米/厘米 30~40 60 120 50~400
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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℃。
CLY2007
退火设备－间歇式退火窑
优点：适应性强，适合小批量和特大型产品。 缺点：温度分别不均匀，耗热大，生产能力低，操作笨重。
CLY2007
退火设备－连续式退火窑
优点：生产连续化，可以自动 化，退火质量好，耗热 低，生产能力大，适用 于单一和大批量的制品 生产。
CLY2007
第三节 玻璃的淬火
4．铁器引起：
操作或维修不慎引起 预防措施：成形工具侵入玻璃液内部的部件质量要
好，使用方法得当。
5．其它：
颗粒间或由成形时带入的外界空气等。
淬火：将加热的玻璃在介质中急冷，使玻璃表面产生有 规律的、均匀分布的压应力，从而提高玻璃的 强度和热稳定性。
退火玻璃
加热到Tg以 上50～60℃
粘弹性体
急速均匀冷却
淬火玻璃
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淬火玻璃的特性
1.淬火玻璃的抗弯强度 淬火玻璃的强度要比一般玻璃大4～5倍。
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2.淬火玻璃的抗冲击性 淬火玻璃的抗冲击性要比一般玻璃大几倍。
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热应力：暂时应力和永久应力
① 暂时应力：
在温度低于应变点时， 玻璃在经受不均匀温 度变化时所产生的热 应力。该应力随温度 梯度的存在而存在， 同时随温度梯度的消 失而消失。
CLY2007
② 永久应力：
高于应变点以上进行自然冷却， 当玻璃内外温度相等时所残留 的热应力。
当玻璃存在温度梯度时，各温 度所对应的结构是不相同的， 当玻璃急冷到应变点以下，结 构梯度也被保留下来。由于内 外层结构的密度不同，使其在 温度变化时，体积变化也不同， 产生了永久应力。
CLY2007
2.退火温度与玻璃组成的关系 凡是可以降低玻璃粘度的组分，也能降低玻璃的退火温度。
3. 最高退火温度的计算
根据奥霍琴经验公式：T = AX+BY+CZ+D（η＝102Pa•S)
4. 玻璃退火温度的测定
①粘度剂法：直接测量玻璃粘度η＝1012Pa•S时的温度；
②双折射法：通过起偏镜和检偏镜观察玻璃干涉条纹的 变化，干涉条纹开始消失，最低退火温度。
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
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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