浮法玻璃的退火原理.doc

5披璀的腥火沒腥火室 5.1玻璃的退火原理 5.1.1 概述 当玻璃在室温度与软化温度之间进行热处理时，其结构和性能往往能发生显著的变化， 如应力的产生或消除、分相与析晶等等。浮法玻璃退火是指熔融玻璃液在锡槽中成型后，于 退火窑中通过适当控制温度降低速度，将玻璃带中产生的热应力控制在允许的范围内。 5. 1. 1. 1 浮法玻璃中热应力的类型与形成原因 浮法玻璃在退火过程中可能产生的热应力有永久应力和暂时应力两种。 永久应力是当高温玻璃经退火到室温并达到温度均衡后，玻璃中仍然存在的热应力， 也称为残余应力。暂时应力是随温度梯度的存在而存在，随温度梯度的消失而消失的热 应力。 永久应力一般产生于转变温度和应变温度范围之间，暂时应力则伴随着整个退火过程。 暂时应力当浮法玻璃处于弹性形变范围内（应变温度了/以下）进行加热或冷却 过程时，由于其导热性较差，在其内外层之间必然产生一定的温度梯度，因而在内外层之 间产生一定的热应力。*h当玻璃从乃以下逐渐被冷却时，玻璃内外层产生了温差。玻 璃外层温度低于内层，故外层收缩大于内层，这样，外层的收缩受到内层的膨胀作用 (拉伸作用），内层膨胀受到外层的压缩作用，因此玻璃在冷却时表面受到张应力，内部 受到压应力。 如果在外层玻璃冷却到一定温度而使整块玻璃进行均热时，玻璃外层已不再收缩，内层 却随着温度的不断降低而继续收缩。这样外层受到压应力，内层受到张应力。它们的大小和 冷却过程中所产生的应力大小相等，方向相反，所以当玻璃的温度均衡后，玻璃中的应力也 就消失了。但必须注意，当暂时应力超过玻璃的极限强度时，同样会产生破裂。 相反，玻璃在加热时表层受到压应力，内部受到张应力。 由于玻璃属于脆性材料，能够承受的抗压能力是抗张能力的10倍，因此，玻璃能够承 受的加热速率可以比冷却速率大一些。 永久应力如前所述，当浮法玻璃由高温（转变温度乃以上）逐渐冷却时，玻璃 内外层产生温差。开始处在转变温度区域（玻璃黏度在10-9?10-12?3.5)之内玻璃，由于 分子的热运动能量较大，玻璃内部结构基团间可以产生位移变形等能够使由温差而产生的内 应力得以消失，这个过程称为应力松弛。由于应力松弛的作用，尽管此时存在温差却不产生 应力。 当玻璃的冷却过程发生在退火温度区域（Tg?7V)时，玻璃从粘塑弹性体逐渐转变成 弹性体，此时应力松弛的作用仅能消除温差内应力^的部分应力工。当玻璃被冷却到应变温 140 度以下时，玻璃内所产生的内应力相应为（p+z);当进一步冷却到室温并达到内外均一 时，玻璃应力值的变化为户，而残留在玻璃中的内应力的大小正好为应力松弛的那部分^， 称为永久应力或残余应力。 浮法玻璃内永久应力产生的直接原因是在退火温度区域内应力松弛的结果。应力松弛的 程度取决于在该温度区域内的冷却速度、温度梯度、黏度和玻璃厚度等。 过大的永久应力会使浮法玻璃在储存、运输、加工、使用过程中炸裂。 5. 1. 1. 2 玻璃退火的定义和目的 在玻璃工艺中，所谓玻璃的退火主要是指将玻璃置于退火窑中经过足够长的时间通过退 火温度范围或以缓慢的速度冷却下来，以便不再产生超过允许范围的永久应力和暂时应力， 或者说是尽可能使玻璃中产生的热应力减少或消除的过程。 玻璃退火的目的是消除浮法玻璃中的残余内应力和光学不均匀性，以及稳定玻璃内部的 结构。 浮法玻璃的退火可分成两个主要过程：一是内应力的减弱和消失，二是防止内应力的重 新产生。 5. 1. 1. 3 玻璃中内应力检验方法 玻璃中内应力的检验玻璃中的内应力使玻璃在光学上成为各向异性体，这将影响玻璃 的光学性能；同时，也可以利用这一现象来检验玻璃中内应力的大小。玻璃中的内应力可以 用光程差表示。应用偏光仪测定玻璃中单位行程的光程差，从而可以根据不同玻璃的偏光应 力系数3来计算玻璃中的内应力。 5. 1. 1. 4 玻璃退火的标准图 玻璃制品退火的标准，即对玻璃退火程度的要求，根据玻璃制品的用途不同而有所区 别。一般光学玻璃制品退火要求高些，退火后的残余应力以光程差表示，要求在2? 5.0nm/cm2R。而对于一般商品玻璃，？*】*丁％70^0建议，玻璃退火后的允许极限残余 内应力，应该不大于玻璃破坏强度的1/20，此值对 于普通钠钙硅玻璃相当于光程差为1001^^久奶。航空 用玻璃标准要求高一些。 对平板玻璃而言，玻璃退火后的残余应力随玻璃 板的厚度增加而增大。对于浮法玻璃的退火标准，根 据生产实践和理论计算资料，玻璃退火后的残余应力 与玻璃板厚度的关系，以曲线表示于图5-1中，供设 计计算和生产中参考。 5. 1. 1. 5 退火温度的确定 玻璃中残余内应力的减少或消除，只有将玻璃重 新加热到开始塑性变形时才有可能。玻璃在此塑性变 形时的温度范围，称为玻璃的退火温度范围。最高退 火