玻璃的退火與淬火教學(xué)提綱

1、玻璃的退火與淬火4.1 4.1 玻璃的應(yīng)力玻璃的應(yīng)力 4.1.1 4.1.1 玻璃中的熱應(yīng)力玻璃中的熱應(yīng)力 4.1.2 4.1.2 玻璃中的結(jié)構(gòu)應(yīng)力玻璃中的結(jié)構(gòu)應(yīng)力 4.1.3 4.1.3 玻璃中的機(jī)械應(yīng)力玻璃中的機(jī)械應(yīng)力 4.1.1 4.1.1 玻璃中的熱應(yīng)力玻璃中的熱應(yīng)力圖圖4-1 玻璃暫時(shí)應(yīng)力產(chǎn)生示意圖玻璃暫時(shí)應(yīng)力產(chǎn)生示意圖溫度分布曲線；溫度分布曲線； 應(yīng)力分布曲線應(yīng)力分布曲線4.1.2 4.1.2 玻璃中的結(jié)構(gòu)應(yīng)力玻璃中的結(jié)構(gòu)應(yīng)力4.1.3 4.1.3 玻璃中的機(jī)械應(yīng)力玻璃中的機(jī)械應(yīng)力 由外力作用在玻璃上引起的應(yīng)力，當(dāng)外力由外力作用在玻璃上引起的應(yīng)力，當(dāng)外力除去時(shí)應(yīng)力隨之消失，此應(yīng)力稱

2、除去時(shí)應(yīng)力隨之消失，此應(yīng)力稱機(jī)械應(yīng)力。機(jī)械應(yīng)力。 在生產(chǎn)過程中，若對(duì)玻璃制品施加過大的在生產(chǎn)過程中，若對(duì)玻璃制品施加過大的機(jī)械力會(huì)使玻璃制品破裂。如模型歪扭，機(jī)械力會(huì)使玻璃制品破裂。如模型歪扭，開模時(shí)所造成的制品撕裂，切割時(shí)用力過開模時(shí)所造成的制品撕裂，切割時(shí)用力過猛使制品破裂等。猛使制品破裂等。4.2 4.2 玻璃的退火玻璃的退火 表表4-1 4-1 各種玻璃的允許應(yīng)力（以光程差表示）各種玻璃的允許應(yīng)力（以光程差表示） 玻璃種類玻璃種類nm/cm玻璃種類玻璃種類nm/cm光學(xué)玻璃精密退火光學(xué)玻璃精密退火2-5鏡玻璃鏡玻璃30-40光學(xué)玻璃粗退火光學(xué)玻璃粗退火10-30空心玻璃空心玻璃60望遠(yuǎn)

3、鎮(zhèn)、反光鏡望遠(yuǎn)鎮(zhèn)、反光鏡20玻璃管玻璃管120平板玻璃平板玻璃20-95瓶罐玻璃瓶罐玻璃50-400 4.2.1 4.2.1 玻璃的退火溫度玻璃的退火溫度1 1、玻璃的退火溫度及退火溫度范圍、玻璃的退火溫度及退火溫度范圍 為了消除玻璃中的永久應(yīng)力，必須將玻璃為了消除玻璃中的永久應(yīng)力，必須將玻璃加熱到低于玻璃轉(zhuǎn)變溫度加熱到低于玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg附近的某一溫附近的某一溫度進(jìn)行保溫均熱，以消除玻璃各部分的溫度進(jìn)行保溫均熱，以消除玻璃各部分的溫度梯度，使應(yīng)力松弛。這個(gè)選定的溫度，度梯度，使應(yīng)力松弛。這個(gè)選定的溫度，稱為稱為退火溫度退火溫度。 2 2、退火溫度與玻璃的關(guān)系、退火溫度與玻璃的關(guān)系 玻璃的退火

4、溫度與其化學(xué)組成有關(guān)，凡能降低玻玻璃的退火溫度與其化學(xué)組成有關(guān)，凡能降低玻璃粘度的組成，也能降低退火溫度。璃粘度的組成，也能降低退火溫度。 堿金屬氧化物能顯著地降低玻璃的退火溫度，其堿金屬氧化物能顯著地降低玻璃的退火溫度，其中中Na2O的作用大于的作用大于K2O的作用。的作用。 SiO2，CaO和和Al2O3能提高退火溫度，能提高退火溫度，BaO和和PbO降低退火溫度，降低退火溫度，PbO的作用大于的作用大于BaO的作用，的作用，ZnO和和MgO的作用很小。的作用很小。 含含B2O315-20%左右的玻璃，其退火溫度將隨著左右的玻璃，其退火溫度將隨著B2O3含量的增加而顯著地提高，超過含量的增

5、加而顯著地提高，超過15-20%的的則隨著則隨著B2O3含量的增加而降低。含量的增加而降低。4.2.2 4.2.2 玻璃退火工藝玻璃退火工藝 玻璃的退火制度與制品的種類、形狀、大小、玻璃的退火制度與制品的種類、形狀、大小、容許的應(yīng)力值、退火爐內(nèi)溫度分布等情況有容許的應(yīng)力值、退火爐內(nèi)溫度分布等情況有關(guān)。關(guān)。 一般根據(jù)退火原理，退火工藝可分為四個(gè)階一般根據(jù)退火原理，退火工藝可分為四個(gè)階段：段：加熱階段、均熱階段、慢冷階段和快冷加熱階段、均熱階段、慢冷階段和快冷階段。階段。 按上述四個(gè)階段可作出溫度按上述四個(gè)階段可作出溫度- -時(shí)間曲線，此曲時(shí)間曲線，此曲線稱為線稱為退火曲線退火曲線。 1 1加熱階

6、段加熱階段厚度為厚度為2a厘米的玻璃以恒速加熱達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，中厘米的玻璃以恒速加熱達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，中心及表面的溫度差為：心及表面的溫度差為： 式中式中h加熱速率（加熱速率（/分），分），k玻璃導(dǎo)熱系數(shù)。玻璃導(dǎo)熱系數(shù)。阿丹姆斯及威廉遜求得玻璃的最大加熱速度為：阿丹姆斯及威廉遜求得玻璃的最大加熱速度為： 式中式中a玻璃厚度，空心玻璃制品為總厚度，實(shí)心玻璃厚度，空心玻璃制品為總厚度，實(shí)心制品為厚度的一半。制品為厚度的一半。為安全起見，一般技術(shù)玻璃取最大加熱速度的為安全起見，一般技術(shù)玻璃取最大加熱速度的15-20%，即，即20/a230/a2。光學(xué)玻璃取其。光學(xué)玻璃取其5%以下。以下。 22haTk

7、2130( C/aha 分分）2 2、均熱（保溫）階段、均熱（保溫）階段 將制品在退火溫度進(jìn)行保溫、均熱，主要目將制品在退火溫度進(jìn)行保溫、均熱，主要目的是消除快速加熱時(shí)產(chǎn)生的溫度梯度，并的是消除快速加熱時(shí)產(chǎn)生的溫度梯度，并消消除制品中所固有的內(nèi)應(yīng)力除制品中所固有的內(nèi)應(yīng)力。 主要參數(shù)是退火溫度和在此溫度下的保溫時(shí)主要參數(shù)是退火溫度和在此溫度下的保溫時(shí)間。間。 玻璃的退火溫度，可采用玻璃的退火溫度，可采用比最高退火溫度低比最高退火溫度低20-30，或者通過計(jì)算或測定求得。在退火，或者通過計(jì)算或測定求得。在退火溫度下的保溫時(shí)間，可按溫度下的保溫時(shí)間，可按 70a2 - 120a2 計(jì)算，計(jì)算，或者按

8、應(yīng)力允許值進(jìn)行計(jì)算或者按應(yīng)力允許值進(jìn)行計(jì)算 式中式中n 玻璃退火后允許存在的內(nèi)應(yīng)力，玻璃退火后允許存在的內(nèi)應(yīng)力，nm/cm。2520atn 3 3、慢冷階段、慢冷階段220(3)6 (1)Ehax 在溫度較高階段在溫度較高階段,由溫度梯度產(chǎn)生的熱彈性由溫度梯度產(chǎn)生的熱彈性應(yīng)力松弛速度很大，轉(zhuǎn)變成永久應(yīng)力的趨勢(shì)應(yīng)力松弛速度很大，轉(zhuǎn)變成永久應(yīng)力的趨勢(shì)也大，所以也大，所以初冷速率應(yīng)最低初冷速率應(yīng)最低。 最初的慢冷速度最初的慢冷速度 h0(/min)為：為： 0226 (1)(3)hE ax 0213nha 0(1)( C/min)300tthh 4 4、快冷階段、快冷階段4.3 4.3 玻璃的淬火玻

9、璃的淬火 4.3.1 4.3.1 淬火玻璃的特性淬火玻璃的特性 4.3.2 4.3.2 玻璃的淬火工藝玻璃的淬火工藝 4.3.3 4.3.3 影響玻璃淬火的工藝因素影響玻璃淬火的工藝因素 圖圖 淬火玻璃受力時(shí)應(yīng)力沿厚度分布圖淬火玻璃受力時(shí)應(yīng)力沿厚度分布圖(a)淬火玻璃應(yīng)力分布；淬火玻璃應(yīng)力分布；(b)退火玻璃受力應(yīng)力分布；退火玻璃受力應(yīng)力分布；(c)淬火玻淬火玻璃受力應(yīng)力分布璃受力應(yīng)力分布圖中正號(hào)表示張應(yīng)力，負(fù)號(hào)為壓應(yīng)力圖中正號(hào)表示張應(yīng)力，負(fù)號(hào)為壓應(yīng)力 4.3.1 4.3.1 淬火玻璃的特性淬火玻璃的特性4.3.1 4.3.1 淬火玻璃的特性淬火玻璃的特性4.3.1 4.3.1 淬火玻璃的特性

10、淬火玻璃的特性4.3.1 4.3.1 淬火玻璃的特性淬火玻璃的特性4.3.1 4.3.1 淬火玻璃的特性淬火玻璃的特性返回4.3.1 4.3.1 淬火玻璃的特性淬火玻璃的特性4.3.2 4.3.2 玻璃的淬火工藝玻璃的淬火工藝 玻玻璃璃杯杯（不不經(jīng)經(jīng)退退火火的的） 玻玻璃璃杯杯（退退火火的的）外外觀觀檢檢查查傳傳送送帶帶電電加加熱熱淬淬火火爐爐風(fēng)風(fēng)柵柵急急冷冷性性能能檢檢測測（熱熱穩(wěn)穩(wěn)定定性性、強(qiáng)強(qiáng)度度）包包裝裝 4.3.2 4.3.2 玻璃的淬火工藝玻璃的淬火工藝：制制品品檢檢查查加加熱熱液液冷冷洗洗滌滌檢檢驗(yàn)驗(yàn)包包裝裝返回4.3.2 4.3.2 玻璃的淬火工藝玻璃的淬火工藝 玻璃開始急冷時(shí)

11、的溫度稱為玻璃開始急冷時(shí)的溫度稱為淬火溫度淬火溫度。淬火過程中應(yīng)力松弛。淬火過程中應(yīng)力松弛的程度，取決于產(chǎn)生的熱彈性應(yīng)力的大小及玻璃的溫度，前的程度，取決于產(chǎn)生的熱彈性應(yīng)力的大小及玻璃的溫度，前者由冷卻強(qiáng)度及玻璃厚度決定，當(dāng)玻璃厚度一定時(shí)，玻璃中者由冷卻強(qiáng)度及玻璃厚度決定，當(dāng)玻璃厚度一定時(shí)，玻璃中永久應(yīng)力的數(shù)值隨淬火溫度及冷卻強(qiáng)度的提高而提高。淬火永久應(yīng)力的數(shù)值隨淬火溫度及冷卻強(qiáng)度的提高而提高。淬火溫度提高到某一數(shù)值時(shí)，應(yīng)力松弛程度幾乎不再增加，永久溫度提高到某一數(shù)值時(shí)，應(yīng)力松弛程度幾乎不再增加，永久應(yīng)力趨近于一極限值。應(yīng)力趨近于一極限值。 如果淬火溫度過低，在某種冷卻速率下會(huì)導(dǎo)致玻璃在淬火過

12、如果淬火溫度過低，在某種冷卻速率下會(huì)導(dǎo)致玻璃在淬火過程中破裂。程中破裂。 4.3.3 4.3.3 影響玻璃淬火的工藝因素影響玻璃淬火的工藝因素 應(yīng)力同玻璃的熱膨脹系數(shù)應(yīng)力同玻璃的熱膨脹系數(shù)、楊氏彈性模量、楊氏彈性模量E及溫及溫差成正比，與泊松比差成正比，與泊松比成反比，而玻璃的這些性成反比，而玻璃的這些性質(zhì)都是由玻璃的組成所決定，所以，玻璃的淬火質(zhì)都是由玻璃的組成所決定，所以，玻璃的淬火程度與玻璃的組成有密切的關(guān)系。如以程度與玻璃的組成有密切的關(guān)系。如以0-20% RO氧化物代替玻璃中的氧化物代替玻璃中的SiO2，則淬火程度增加，則淬火程度增加一倍。如果玻璃的膨脹系數(shù)一倍。如果玻璃的膨脹系數(shù)甚小，則淬火程度甚小，則淬火程度將很低。將很低。 4.3.3 4.3.3 影響玻璃淬火的工藝因素影響玻璃淬火的工藝因素4.3.3 4.3.3 影響玻璃淬火的工藝因素影響玻璃淬火的工藝因素預(yù)祝同