3.4玻璃课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第六节 玻璃体的缺陷,通常所谓玻璃缺陷是指玻璃体内所存在的、引起玻璃体均匀性破坏的各种夹杂物，如气泡（气体夹杂物）、结石（结晶夹杂物）、条纹和节瘤（玻璃态夹杂物）等。,一、气 泡,气泡直径过小的称灰泡或尘泡（直径10,14,Pa.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。,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。,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。,1.暂时应力的产生过程:,(一)暂时应力:,0,温度(Temperature),应变点温度,(,=10,13.6,Pa.S),冷却起始温度,外界温度,应力(Strain),位置(Position),Ts,T,0,T,t,剖面实际温度示意线,暂 时 应 力 示 意 线,(2)玻璃在一个低温的环境中开始冷却:,*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。,0,温度(Temperature),应变点温度,(,=10,13.6,Pa.S),冷却起始温度,外界温度,应力(Strain),位置(Position),Ts,T,0,T,t,剖面实际温度示意线,暂 时 应 力 示 意 线,2.小结:,(1)在温度低于应变点温度时,温度梯度的产生导致玻璃弹性松弛而形成,暂时应力；,（2）温度急剧的变化产生的暂时应力若超过极限时会使制品破裂；,（3）不能通过退火过程来消除暂时应力。,*此示意图可以说明什么?,说明：,温度梯度在此时消失，应力同时完全抵消而呈无应力状态。,(4)内层温度逐渐达到外界温度的过程:,温度(Temperature),剖面实际温度示意线,0,位置(Position),外界温度,T,t,应力(Strain),永 久 应 力 示 意 线,应变点温度,(,=10,13.6,Pa.S),Ts,冷却起始温度,T,0,（二）永久应力：,玻璃在高于其应变点时,温度梯度会引起玻璃结构变化,这种玻璃结构变化,在低于应变点时产生并保持的热应力。,特点:温度梯度消失之后,永久应力不消失,1.永久应力的产生过程,(1)处于某一高于应变点的均匀温度场时,*此示意图说明了什么?,说明：,均匀温度场下的玻璃平板中不存在温度梯度，也不存在永久应力,0,温度(Temperature),应力(Strain),位置(Position),应变点温度,(,=10,13.6,Pa.S),Ts,冷却起始温度,T,0,外界温度,T,t,剖面实际温度示意线,永 久 应 力 示 意 线,(2)将玻璃放置于低温环境中降温,直至外层温度到达应变点:,*此示意图说明了什么?,说明：高于应变点时，表面较快的收缩产生的作用力通过应力松弛消除，平板呈无应力状态。,0,位置(Position),温度(Temperature),应力(Strain),应变点温度,(,=10,13.6,Pa.S),Ts,冷却起始温度,T,0,外界温度,T,t,永 久 应 力 示 意 线,剖面实际温度示意线,(3)制品继续降温,直至内层温度达到应变点的过程:,*此示意图可以说明什么?,说明：,温度低于应变点的表面无应力松弛能力，同时降温较里层快而呈张应力状态，里层为压应力；,温度在应变点以上的内层则由于应力松弛作用而保持无应力状态。,温度(Temperature),应力(Strain),位置(Position),应变点温度,(,=10,13.6,Pa.S),Ts,冷却起始温度,T,0,外界温度,T,t,永 久 应 力 示 意 线,剖面实际温度示意线,0,（4）内层温度从应变点开始下降：,*此示意图可以说明什么?,说明：,内层在至应变点以下时受到降温快、收缩快的外层所施压力，同时外,层受反作用力呈张应力状态,。,0,温度(Temperature),应力(Strain),位置(Position),应变点温度,(,=10,13.6,Pa.S),Ts,冷却起始温度,T,0,外界温度,T,t,永 久 应 力 示 意 线,剖面实际温度示意线,(6)内外层继续冷却直至均达到环境温度,2.小结:,(1)在高于应变点的温度时,通过应力松弛的作用,温度梯度产生结构梯度,并,在低于应变点时保持下来,形成永久应力.,(2)通过缓慢降温,减小温度梯度,从而减小永久应力是可能的,这也是退火作,用的本质,*此示意图可以说明什么?,说明：,到此时为止，内层形成较外层更致密的结构，即收缩较外层大，更,趋于紧收，但受外层阻碍故呈张应力，外层则呈相反的压应力状态,三、结构应力和机械应力:,(一)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。,（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。,（一）退火温度范围与退火温度,上限退火温度：三分钟内消除95%应力的温度，一般相当于退火点的温度，也称最高退火温度，粘度为10,12,Pa.s。,下限退火温度：三分钟内消除5%应力的温度，也称最低退火温度，粘度为10,13.6,Pa.s,。在此温度以下玻璃完全处于弹性状态，该点温度也可以称为,应变点,。,精密退火,：对光学玻璃或某些技术玻璃，不但要消除永久,应力，而且还要消除由于冷却过程中玻璃各层热历史不同以结,构转化的程度不同而产生光学上的不均匀性。,可以通过,1、T曲线上得到10,12,Pa.s、10,13.6,Pa.s的温度确定上限、下限退火温度。,2、计算求出玻璃在,10,12,Pa.s时的温度，即上限退火温度,。,在退火温度范围内确定某一保温均热的温度，称之为退火温度。,3、通过热膨胀曲线确定Tg 的温度值即作为最高退火温度的大约,数值。,4、通过差热曲线确定上限或下限退火温度：,加热过程的吸热峰下限退火温度，放热峰上限退火温度；,降温过程的放热峰上限退火温度，吸热峰下限退火温度,Tg,L/L,温度,然后选取低于上限退火温度2030的温度点作为,退火温度。,加热 保温 慢冷 快冷,温度,时间,上限退火温度,下限退火温度,退火温度,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：,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,光学玻璃,2、保温阶段,目的：消除加热过程产生的温度梯度，并消除制品中所固有的内应力。,先确定保温温度，然后确定保温时间。,保温时间,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,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：,下降10后继续冷却速度：,H 每降低10,0,c后下一个10,0,c的降温速度,To退火温度,T每降低10,0,c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。,2、形状复杂、厚度大的制品的加热及冷却速度要慢；,3、多种制品共用退火窑是，取退火温度低的数值作为退火温度，并延长保温时间；同组成不同规格的制品一起退火时，由薄制品确定退火温度，以免薄制品变形；由厚制品确定升温、降温的速度，以免厚制品破裂；,4、确定升降温速度要考虑退火窑温度不均匀性而适当取小值；,普通玻璃,三、玻璃物理钢化淬火,一、玻璃物理钢化原理,物理钢化：把玻璃加热到软化温度以下、Tg点以上5060,o,c后进行快速、均匀的冷却而得。玻璃外部因迅速冷却而固化，而内部冷却比较慢，当内部继续收缩时使玻璃表面产生压应力，而内部为张应力。,二、淬火玻璃的特性,1、抗弯强度大,淬火玻璃,因为淬火玻璃受载荷作用后上层的表面压应力增大了，而由载,荷造成的张应力被下层的表面压应力部分抵消而比退火玻璃小，同时最大张应力不在表面而移向板中心。由于玻璃耐压强度比抗张强度大得多（约10倍），所以钢化玻璃在相同载荷下不易破裂，另外钢化过程中玻璃表面裂纹受强烈压缩，同样也使钢化玻璃抗弯强度更高。,2、抗冲击强度高,3、热稳定性高,4、安全性好、不能切割,安全性：张应力造成的裂纹在玻璃内迅速扩散，同时受表面,压应力保护作用不易散落。,