玻璃的退火,是為了減少或消除玻璃在成形或熱加工過程中產(chǎn)生的永久應力,提高玻璃使用性能的一種熱處理過程。除玻璃纖維和薄壁小型空心制品外,幾乎所有的玻璃制品都需要進行退火。
玻璃的退火,就是把具有永久應力的玻璃制品重新加熱到玻璃內(nèi)部質(zhì)點可以移動的溫度,利用質(zhì)點的位移使應力分散(稱為應力松弛)來消除或減弱永久應力。應力松弛速度取決于玻璃溫度,溫度越高,松弛速度越快。因此,一個合適的退火溫度范圍是玻璃獲得良好退火質(zhì)量的關鍵。
以保溫3min能消除95%應力的溫度為退火溫度上限(或稱最高退火溫度),此時玻璃黏度為10(12次方)Pa· s 。以保溫3min只能消除5%應力的溫度為退火溫度下限(稱最低退火溫度),此時玻璃黏度為10的12次方 Pa·s。退火溫度上限與下限一般相差50~150℃,此即為退火溫度范圍。高于退火溫度上限時,玻璃會軟化變形;低于退火溫度下限時,玻璃結(jié)構(gòu)實際上可認為已固定,內(nèi)部質(zhì)點已不能移動,也就無法分散或消除應力。
玻璃在退火溫度范圍內(nèi)保溫一段時間,以使原有的永久應力消除。之后要以適當?shù)睦鋮s速度冷卻,以保證玻璃中不再產(chǎn)生新的永久應力,如果冷卻速度過快,就有重新產(chǎn)生永久應力的可能。這在退火制度中用慢冷階段保障。慢冷階段必須持續(xù)到最低退火溫度以下。
玻璃在退火溫度以下冷卻時,只會產(chǎn)生暫時應力 ,因此可以采用快冷,以節(jié)約時間和減少生產(chǎn)線長度,但也必須控制一定的冷卻速度。冷卻過快時,可能會使產(chǎn)生的暫時應力大于玻璃本身的極限強度而導致制品炸裂。
部分玻璃的退火溫度見表1所列。
表1 某些玻璃的退火溫度范圍
玻璃退火時的加熱溫度越高,消除玻璃制品應力所需時間越短,但是慢冷所需時間越長。反之,如果加熱溫度過低,則消除應力的時間太長,慢冷時間則較短。所以實際上總是把加熱溫度選擇在使總的退火時間最短的溫度。一般取加熱溫度較計算的最高退火溫度高5~7℃。
玻璃的退火溫度與其化學組成密切相關,凡能降低玻璃黏度的成分,均能降低退火溫度。如堿金屬氧化物的存在能顯著降低退火溫度,其中Na2O的作用大于K2O、SiO2、ca0和AL2O3對提高退火溫度的作用。PbO和BaO則使退火溫度降低,而PbO的作用比BaO的作用大。ZnO和MgO對退火溫度的影響很小。含有B2O3 15%~20%的玻璃,其退火溫度隨著B2O3含量的增加而明顯地提高。如果超過此含量時,則退火溫度隨著含量的增加而逐漸降低。
根據(jù)奧霍琴經(jīng)驗公式計算出η=10的12次方Pa·S黏度的溫度,即玻璃的最高退火溫度。見表2所示。
表2 根據(jù)玻璃黏度計算相應溫度的常數(shù)
根據(jù)表3可知玻璃組成的最高退火溫度和組成氧化物含量變化1%時對退火溫度的影響(表4),計算玻璃的最高退火溫度。
表3 部分玻璃的最高退火溫度
(來源:玻璃熔窯)
使用偏光應力儀來測量或判斷玻璃制品的內(nèi)應力大小,考察玻璃制品的退火質(zhì)量。
用來檢查或衡量玻璃退火水平的儀器叫偏光應力儀,也稱玻璃制品應力檢查儀,是應用偏振光干涉原理檢查玻璃內(nèi)應力或晶體雙折射效應的儀器。
偏光應力儀,適合光學儀器廠、玻璃廠、玻璃制品廠、玻璃儀器廠、實驗室使用,用于測量各類玻璃制品、光學玻璃、透明塑料制品及其它光學材料應力值的測量。
偏光應力儀還可用于判定透明注塑制品殘余應力分布,有助于優(yōu)化模具設計及提高注塑工藝。
一般說來,判定玻璃制品的退火水平有兩種方法:
1、定量測量(Senarmont補償法):儀器配備1/4波片,采用補償法定量測定玻璃的內(nèi)應力數(shù)值。
2、定性測量(比色法):儀器配備全波片,可以根據(jù)偏振場中的干涉色序,通過觀察干涉顏色情況,定性判斷玻璃制品的內(nèi)應力大小及分布。
北京北科創(chuàng)展科技有限公司為用戶提供多種型號的偏光應力儀,為客戶提供技術咨詢和服務。主要產(chǎn)品有:
智能偏光應力儀:CM系列、CMC系列。
觸摸屏數(shù)顯偏光應力儀:C系列。
觸摸屏數(shù)顯偏光應力儀:D系列。
度盤式應力儀:WZY-250、LZY-150系列
比色法應力儀:BSY系列、手持應力鏡