玻璃的退火与淬火教学提纲

1、玻璃的退火与淬火4.1 4.1 玻璃的应力玻璃的应力 4.1.1 4.1.1 玻璃中的热应力玻璃中的热应力 4.1.2 4.1.2 玻璃中的结构应力玻璃中的结构应力 4.1.3 4.1.3 玻璃中的机械应力玻璃中的机械应力 4.1.1 4.1.1 玻璃中的热应力玻璃中的热应力图图4-1 玻璃暂时应力产生示意图玻璃暂时应力产生示意图温度分布曲线；温度分布曲线； 应力分布曲线应力分布曲线4.1.2 4.1.2 玻璃中的结构应力玻璃中的结构应力4.1.3 4.1.3 玻璃中的机械应力玻璃中的机械应力 由外力作用在玻璃上引起的应力，当外力由外力作用在玻璃上引起的应力，当外力除去时应力随之消失，此应力称

2、除去时应力随之消失，此应力称机械应力。机械应力。 在生产过程中，若对玻璃制品施加过大的在生产过程中，若对玻璃制品施加过大的机械力会使玻璃制品破裂。如模型歪扭，机械力会使玻璃制品破裂。如模型歪扭，开模时所造成的制品撕裂，切割时用力过开模时所造成的制品撕裂，切割时用力过猛使制品破裂等。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 各种玻璃的允许应力（以光程差表示）各种玻璃的允许应力（以光程差表示） 玻璃种类玻璃种类nm/cm玻璃种类玻璃种类nm/cm光学玻璃精密退火光学玻璃精密退火2-5镜玻璃镜玻璃30-40光学玻璃粗退火光学玻璃粗退火10-30空心玻璃空心玻璃60望远

3、镇、反光镜望远镇、反光镜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 玻璃的退火温度玻璃的退火温度1 1、玻璃的退火温度及退火温度范围、玻璃的退火温度及退火温度范围 为了消除玻璃中的永久应力，必须将玻璃为了消除玻璃中的永久应力，必须将玻璃加热到低于玻璃转变温度加热到低于玻璃转变温度Tg附近的某一温附近的某一温度进行保温均热，以消除玻璃各部分的温度进行保温均热，以消除玻璃各部分的温度梯度，使应力松弛。这个选定的温度，度梯度，使应力松弛。这个选定的温度，称为称为退火温度退火温度。 2 2、退火温度与玻璃的关系、退火温度与玻璃的关系 玻璃的退火

4、温度与其化学组成有关，凡能降低玻玻璃的退火温度与其化学组成有关，凡能降低玻璃粘度的组成，也能降低退火温度。璃粘度的组成，也能降低退火温度。 碱金属氧化物能显著地降低玻璃的退火温度，其碱金属氧化物能显著地降低玻璃的退火温度，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能提高退火温度，能提高退火温度，BaO和和PbO降低退火温度，降低退火温度，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，其退火温度将随着左右的玻璃，其退火温度将随着B2O3含量的增加而显著地提高，超过含量的增

5、加而显著地提高，超过15-20%的的则随着则随着B2O3含量的增加而降低。含量的增加而降低。4.2.2 4.2.2 玻璃退火工艺玻璃退火工艺 玻璃的退火制度与制品的种类、形状、大小、玻璃的退火制度与制品的种类、形状、大小、容许的应力值、退火炉内温度分布等情况有容许的应力值、退火炉内温度分布等情况有关。关。 一般根据退火原理，退火工艺可分为四个阶一般根据退火原理，退火工艺可分为四个阶段：段：加热阶段、均热阶段、慢冷阶段和快冷加热阶段、均热阶段、慢冷阶段和快冷阶段。阶段。 按上述四个阶段可作出温度按上述四个阶段可作出温度- -时间曲线，此曲时间曲线，此曲线称为线称为退火曲线退火曲线。 1 1加热阶

6、段加热阶段厚度为厚度为2a厘米的玻璃以恒速加热达到稳定状态时，中厘米的玻璃以恒速加热达到稳定状态时，中心及表面的温度差为：心及表面的温度差为： 式中式中h加热速率（加热速率（/分），分），k玻璃导热系数。玻璃导热系数。阿丹姆斯及威廉逊求得玻璃的最大加热速度为：阿丹姆斯及威廉逊求得玻璃的最大加热速度为： 式中式中a玻璃厚度，空心玻璃制品为总厚度，实心玻璃厚度，空心玻璃制品为总厚度，实心制品为厚度的一半。制品为厚度的一半。为安全起见，一般技术玻璃取最大加热速度的为安全起见，一般技术玻璃取最大加热速度的15-20%，即，即20/a230/a2。光学玻璃取其。光学玻璃取其5%以下。以下。 22haTk

7、2130( C/aha 分分）2 2、均热（保温）阶段、均热（保温）阶段 将制品在退火温度进行保温、均热，主要目将制品在退火温度进行保温、均热，主要目的是消除快速加热时产生的温度梯度，并的是消除快速加热时产生的温度梯度，并消消除制品中所固有的内应力除制品中所固有的内应力。 主要参数是退火温度和在此温度下的保温时主要参数是退火温度和在此温度下的保温时间。间。 玻璃的退火温度，可采用玻璃的退火温度，可采用比最高退火温度低比最高退火温度低20-30，或者通过计算或测定求得。在退火，或者通过计算或测定求得。在退火温度下的保温时间，可按温度下的保温时间，可按 70a2 - 120a2 计算，计算，或者按

8、应力允许值进行计算或者按应力允许值进行计算 式中式中n 玻璃退火后允许存在的内应力，玻璃退火后允许存在的内应力，nm/cm。2520atn 3 3、慢冷阶段、慢冷阶段220(3)6 (1)Ehax 在温度较高阶段在温度较高阶段,由温度梯度产生的热弹性由温度梯度产生的热弹性应力松弛速度很大，转变成永久应力的趋势应力松弛速度很大，转变成永久应力的趋势也大，所以也大，所以初冷速率应最低初冷速率应最低。 最初的慢冷速度最初的慢冷速度 h0(/min)为：为： 0226 (1)(3)hE ax 0213nha 0(1)( C/min)300tthh 4 4、快冷阶段、快冷阶段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 玻璃的淬火工艺玻璃的淬火工艺 4.3.3 4.3.3 影响玻璃淬火的工艺因素影响玻璃淬火的工艺因素 图图 淬火玻璃受力时应力沿厚度分布图淬火玻璃受力时应力沿厚度分布图(a)淬火玻璃应力分布；淬火玻璃应力分布；(b)退火玻璃受力应力分布；退火玻璃受力应力分布；(c)淬火玻淬火玻璃受力应力分布璃受力应力分布图中正号表示张应力，负号为压应力图中正号表示张应力，负号为压应力 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 玻璃的淬火工艺玻璃的淬火工艺 玻玻璃璃杯杯（不不经经退退火火的的） 玻玻璃璃杯杯（退退火火的的）外外观观检检查查传传送送带带电电加加热热淬淬火火炉炉风风栅栅急急冷冷性性能能检检测测（热热稳稳定定性性、强强度度）包包装装 4.3.2 4.3.2 玻璃的淬火工艺玻璃的淬火工艺：制制品品检检查查加加热热液液冷冷洗洗涤涤检检验验包包装装返回4.3.2 4.3.2 玻璃的淬火工艺玻璃的淬火工艺 玻璃开始急冷时

11、的温度称为玻璃开始急冷时的温度称为淬火温度淬火温度。淬火过程中应力松弛。淬火过程中应力松弛的程度，取决于产生的热弹性应力的大小及玻璃的温度，前的程度，取决于产生的热弹性应力的大小及玻璃的温度，前者由冷却强度及玻璃厚度决定，当玻璃厚度一定时，玻璃中者由冷却强度及玻璃厚度决定，当玻璃厚度一定时，玻璃中永久应力的数值随淬火温度及冷却强度的提高而提高。淬火永久应力的数值随淬火温度及冷却强度的提高而提高。淬火温度提高到某一数值时，应力松弛程度几乎不再增加，永久温度提高到某一数值时，应力松弛程度几乎不再增加，永久应力趋近于一极限值。应力趋近于一极限值。 如果淬火温度过低，在某种冷却速率下会导致玻璃在淬火过

12、如果淬火温度过低，在某种冷却速率下会导致玻璃在淬火过程中破裂。程中破裂。 4.3.3 4.3.3 影响玻璃淬火的工艺因素影响玻璃淬火的工艺因素 应力同玻璃的热膨胀系数应力同玻璃的热膨胀系数、杨氏弹性模量、杨氏弹性模量E及温及温差成正比，与泊松比差成正比，与泊松比成反比，而玻璃的这些性成反比，而玻璃的这些性质都是由玻璃的组成所决定，所以，玻璃的淬火质都是由玻璃的组成所决定，所以，玻璃的淬火程度与玻璃的组成有密切的关系。如以程度与玻璃的组成有密切的关系。如以0-20% RO氧化物代替玻璃中的氧化物代替玻璃中的SiO2，则淬火程度增加，则淬火程度增加一倍。如果玻璃的膨胀系数一倍。如果玻璃的膨胀系数甚小，则淬火程度甚小，则淬火程度将很低。将很低。 4.3.3 4.3.3 影响玻璃淬火的工艺因素影响玻璃淬火的工艺因素4.3.3 4.3.3 影响玻璃淬火的工艺因素影响玻璃淬火的工艺因素预祝同