玻璃的退火.ppt

第八章第八章 玻璃的退火玻璃的退火 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。热热应应力力：玻玻璃璃在在生生产产、加加工工过过程程中中受受热热不不均均匀匀，产产生热应力。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。第一节第一节 玻璃的应力玻璃的应力 分为三类：热应力、结构应力、机械应力分为三类：热应力、结构应力、机械应力一、热应力一、热应力 暂暂时时应应力力：在在温温度度低低于于应应变变点点时时，玻玻璃璃处处于于弹弹性性变变形形温温度度范范围围（脆脆性性状状态态），经经受受不不均均匀匀的的温温度度变变化化时时所所产产生生的的热热应应力力，随随温温度度梯梯度度存存在在而而存存在在，随随温温度度梯梯度度的消失而消失，这种应力称为暂时应力。的消失而消失，这种应力称为暂时应力。暂暂时时应应力力仅仅产产生生于于玻玻璃璃处处于于脆脆性性状状态态下下的的加加热热或或冷冷却却过过程程。超超过过玻玻璃璃的的极极限限强强度度时时，玻玻璃璃同同样样会会破破裂裂。生生产产上上常常用用急急冷冷的的方方法法切切割割玻玻璃璃，及及时时利利用用局局部部中中产产生生的的暂时应力超过了玻璃的强度极限而破裂的。暂时应力超过了玻璃的强度极限而破裂的。永永久久应应力力：玻玻璃璃内内外外温温度度相相等等（皆皆等等于于室室温温）时时残留的热应力，称为永久应力，又称为残留的热应力，称为永久应力，又称为内应力内应力。在在温温度度高高于于应应变变点点时时，玻玻璃璃处处于于粘粘弹弹性性状状态态，内内部部结结构构发发生生位位移移，变变形形，使使温温度度梯梯度度所所产产生生的的应应力力消消除除，此过程称为应力松弛。此过程称为应力松弛。玻玻璃璃冷冷却却到到应应变变点点附附近近，此此温温度度处处于于玻玻璃璃由由塑塑性性体体变变成成弹弹性性体体的的转转变变温温度度范范围围，若若冷冷却却速速度度大大于于内内部部质质点点调调整整的的速速度度，较较早早硬硬化化的的外外层层就就会会阻阻止止较较晚晚硬硬化化的的内内层层收收缩缩，外外层层受受到到内内层层给给它它的的压压应应力力，而而内内层层受受到到外外层层给给它它的的张张应应力力。这这种种应应力力不不会会随随着着温温度度梯梯度度的的消失而消失，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。二、结构应力二、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。不不同同化化学学组组成成，其其热热膨膨胀胀系系数数不不同同，冷冷却却时时产产生生的的收缩不一致。如玻璃中的结石、条纹等。收缩不一致。如玻璃中的结石、条纹等。三、机械应力三、机械应力由于外力的作用而产生的应力，外力除去，机械应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。四、应力的表示方法四、应力的表示方法 1.用用Pa(N/m2)表示表示 2.用用偏偏振振光光通通过过玻玻璃璃时时所所产产生生的的双双折折射射率率来来表表示示，此此法便于观察和测量。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，其有应力存在时，其n=BT 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应应力力光光学学常常数数。n以以nm/cm为为单单位位时时，B的的单位为布，单位为布，1布布=10-12/Pa F应力应力 Pa 对对于于均均匀匀分分布布的的应应力力不不产产生生双双折折射射现现象象，平平板板玻玻璃璃的的B=2.65布布 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(nm/cm)表示。表示。F=/n，式中式中用偏光仪测定。用偏光仪测定。五、各种玻璃的允许应力五、各种玻璃的允许应力见书见书163页表页表2-3-20六、玻璃内应力的测定方法六、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。一、玻璃中应力的消除一、玻璃中应力的消除1.在在应应变变点点Tg（1013.6PaS）以以上上，粘粘弹弹性性体体，应应力力的的消消除除是是粘粘滞滞流流动动所所致致，在在粘粘弹弹性性体体中中应应力力的的消消除除速速度：度：dF/dtMF M比例常数，与粘度有关比例常数，与粘度有关第二节第二节 玻璃的退火工艺制度玻璃的退火工艺制度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：d/dtA2 积分得积分得 1/=1/0+At式中式中 0开始保温时玻璃的内应力开始保温时玻璃的内应力 Pa经过时间经过时间t后玻璃的内应力后玻璃的内应力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，与玻璃的组成及应力消除时的温度有关若以若以n表示应力，则表示应力，则1/n1/n0At A=A/B 退火常数，退火常数，A随保温均热温度的提高呈随保温均热温度的提高呈植树递增，即植树递增，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，由上式可以得出，保温温度越高，A越大，应力松弛越大，应力松弛速度越快。速度越快。二、玻璃的退火温度二、玻璃的退火温度1.退火温度退火温度退退火火温温度度：为为消消除除永永久久应应力力，玻玻璃璃加加热热到到Tg附附近近，保保温均热，使应力松弛。温均热，使应力松弛。最最高高退退火火温温度度（退退火火上上限限温温度度）：在在此此温温度度下下，经经过过3min能能消消除除应应力力的的95%，一一般般=1012Pas。平平板板玻玻璃璃 550570，铅玻璃，铅玻璃460490，硼酸盐玻璃，硼酸盐玻璃 560610。退退火火温温度度下下限限：在在此此温温度度下下，经经过过3min只只能能消消除除应应力力的的5%。退火温度范围：退火温度范围：实实际际上上，一一般般采采用用的的退退火火温温度度比比最最高高退退火火温温度度低低2030，最低退火温度比最高退火温度低，最低退火温度比最高退火温度低50150。退火温度与组成的关系退火温度与组成的关系能能够够降降低低玻玻璃璃粘粘度度的的组组成成都都能能降降低低退退火火温温度度，其其中中Na2OK2O、PbOBaO、CaO、Al2O3、SiO2提提高退火温度。高退火温度。3.退火温度的计算退火温度的计算q根据经验公式计算根据经验公式计算1012PaS时的温度；时的温度；q根据已知玻璃组成的最高退火温度和组成氧化物变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；q根据根据1/n1/n0At 在时间在时间t内应力由内应力由n0减少减少到到n，计算出计算出A，再根据再根据lgAM1TM2 其中其中M10.029 M217.35 求出求出T值。值。4.退火温度的测定退火温度的测定粘粘度度计计法法 测测定定1012PaS时时的的温温度度，时时间间长长，工工厂一般不采用；厂一般不采用；双折射法双折射法四个阶段：加热、保温、慢冷及快冷。四个阶段：加热、保温、慢冷及快冷。1.加热阶段加热阶段玻玻璃璃制制品品进进入入退退火火窑窑加加热热到到退退火火温温度度。制制品品成成型型后后立立即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。玻玻璃璃受受热热时时，表表层层受受压压应应力力，内内层层受受张张应应力力，玻玻璃璃的的抗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。厚厚 度度 为为 2acm的的 玻玻 璃璃 恒恒 速速 加加 热热，其其 最最 大大 加加 热热 速速 度度ha=130/a2(/min)，为为安安全全起起见见，一一般般技技术术玻玻璃璃取取最最大大加热速度的加热速度的1520%，即，即20/a230/a2。三、玻璃的退火工艺三、玻璃的退火工艺 2.保温阶段保温阶段 目目的的是是消消除除快快速速加加热热时时产产生生的的温温度度梯梯度度，并并消消除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：退火温度和保温时间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；保温时间保温时间t=1/A n 1/=1/0+At 3.慢冷阶段慢冷阶段 玻玻璃璃中中原原有有应应力力消消除除后后，必必须须防防止止降降温温过过程程中中由由于于温温度度梯梯度度而而产产生生新新的的应应力力，此此阶阶段段冷冷却却速速度度应应慢慢。冷冷却却速速度度取取决决于于制制品品所所允允许许的的永永久久盈盈利利，结结束束温温度度应应低于玻璃的应变点低于玻璃的应变点1013.6PaS。h=/13a2（/min）4.快冷阶段快冷阶段 应应变变点点到到室室温温。此此阶阶段段只只会会引引起起暂暂时时应应力力，在在保保证证制制品品不不致致因因热热应应力力而而破破坏坏的的前前提提下下可可尽尽快快冷冷却却玻玻璃璃制制品。品。hc=65/a2（/min）一般取此值的一般取此值的1520%。四、注意问题四、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；同同一一退退火火窑窑对对不不同同制制品品的的退退火火问问题题。化化学学组组成成不不同同的的制制品品在在同同一一退退火火窑窑中中退退火火，应应取取温温度度低低的的玻玻璃璃作作为为保保温温温温度度，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）在退火温度范围内会发生某些玻璃（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，退火分相，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，避免重复退火。温度严格掌握，不能过高，时间不宜过长，避免重复退火。分类：连续式和间歇式分类：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。第三节第三节 玻璃的退火设备玻璃的退火设备