玻璃制品的退火

玻璃制品的退火

一加热时玻璃的应力玻璃是一种不良导热。在加热和冷却过程中，玻璃的外层直接加热或冷却，玻璃的内部间接加热（通过热传导将外层热量驱动到内部）。因此，玻璃表面和内部之间的温度差（称为温度梯度）发生了。加热时,直接受热的玻璃表面温度高,间接受热的玻璃内部温度低,这时受热的玻璃外层力求膨胀,向四周扩张,而温度较低的内部企图维持其原状,就阻碍着外层的扩张。这样在玻璃内部就产生了膨胀与反膨胀的作用,也就产生了伸张与压缩的作用。外层膨胀时有一压力作用于玻璃内层,玻璃内部受力后产生一个对应的力作用于玻璃外层,压制玻璃外层向内内膨胀。这样相互作用的结果就会在玻璃内部产生两种应力,一种“压应力”,一种是“张应力”。企图阻碍玻璃外层向玻璃内部膨胀而作用于外层的力称作“压应力”,玻璃外层向内膨胀而作用于玻璃内部的力称作“张应力”,即一块玻璃在加热时,外层产生的是“压应力”,内部产生的是“张应力”。“压应力”及“张应力”总称为应力(或内应力)。二玻璃的围为标准以产生原因为标准可分为热应力、结构应力和机械应力;以作用范围为标准可分为宏观应力(由外力作用或热作用产生)、微观应力(玻璃的微观不均匀区域中存在的或分相引起的应力)和超微观应力(玻璃中相当于晶胞大小的体积范围内存在的应力)。1热压力热应力是玻璃中由于温度差而产生的应力。按其存在的特点又可分为暂时应力和永久应力。(1)弹性变形温度as热应力暂时应力是指当玻璃温度低于应变点(η=1013.6Pa·S)时处于弹性变形温度范围内(η=1014Pa·S),即脆性状态时,经受不均匀的温度变化产生的热应力。其特点是随温度梯度的产生而产生,随温度梯度的消失而消失。(2)梯度产生的热应力永久应力是玻璃在高于其应变点时,温度梯度会引起玻璃结构变化,这种玻璃结构变化在低于应变点时产生并保持的热应力。其特点是温度梯度消失后,永久应力不消失。2结构应力与不均匀体结构应力是玻璃中两部分区域,化学组成不均匀导致结构不均匀而产生不同的膨胀系数,因而产生的应力,如条纹、结石、节瘤等不均匀体都会产生结构应力。其特点是:结构应力是由于玻璃固有结构造成的应力,无法通过退火清除。3玻璃中产生的应力机械应力是玻璃制品受到外力作用时玻璃中产生的应力。在低温下外力撤去后,机械应力随之消失。如果机械应力超过应力极限,会导致制品破裂。三加热部位之间的应力集中部位玻璃管在常温下,经灯工喷灯火焰局部加热吹制成型,被加热部位与未被加热部位之间形成一条很窄的热分界区,这个分界区就是应力集中的部位。温度越高,应力越严重。在同样加工温度条件下,膨胀系统大的玻璃比膨胀系数小的玻璃应力严重。经灯工加工而产生应力的分布情况大致有以下几种:(1)应力与火焰边缘玻璃管通过操作者双手在喷灯火焰中旋转熔融,此时产生的应力不是在熔融部位,而分布在熔融部位的两侧,约在离开火焰边缘的地方。因为玻璃管是玻璃旋转加热,故应力呈环形线状出现(在偏光仪下可显现出),如图1所示。(2)玻璃管热时产生的应力玻璃管的开孔、侧接及侧面内芯焊接、玻璃管加热时都不旋转,因此产生的应力分布情况与上述情况不同。此时的应力是分布在熔融部位四周,如图2所示。(3)旋转焊接处应力分布环形接头是指有内芯的焊接。这时产生的应力分布情况除了与单接头旋转熔融的应力部位相同外,在内芯的焊接处也存在较严重的应力,如图3所示。(4)内芯应力与应力尽管玻璃仪器夹套产品的形式多种多样,但均为两头封接。例如普通直型冷凝管,当两头封接完毕,不仅外套管上有应力存在,而且内芯也存在严重的应力(通常所说的拉力),如图4所示。如果把它放在偏光仪中,可看到内芯与外套颜色明显不同(内芯是黄色,外套是深紫色)。在这种情况下,制品极易爆裂。(5)玻璃管可能退火在操作过程中,不小心将强烈氧气火焰烧到不需要加热的部位,虽然立刻离开,但如果忘记及时作退火处理,玻璃管内外层会产生很大的温度差,从而形成块状应力,使玻璃管呈网状表面爆裂。在加工毛细管时,如果未能安全熔融(即内层未达到转化温度),也会产生上述情况,见图5。四玻璃制品退火一般玻璃制品在加工完毕后均要进行退火。所谓退火就是将制品加热至玻璃的转化温度以上,然后缓慢冷却,使玻璃制品外层和内部的温度同时降低到转化温度以下。其目的是消除应力,避免制品爆裂。一般来说,玻璃的膨胀系数越大,玻璃管壁越厚,产品形状越复杂,应力越严重,相应的在开始退火时,产品的预热和冷却所要求的时间就越长。如硬质玻璃GG-17和95玻璃的退火时间约为2h,而壁厚、大型的钠钙玻璃(软质玻璃)制品却需要5~6h。此外,玻璃制品应力的消除还与玻璃的粘度有关,粘度越小,应力的消除越快。由于玻璃制品在吹制过程中产生应力情况不同,因此退火的部位也各不相同。玻璃壁厚度不同,退火的程度也会不同。一般要掌握以下原则:(1)薄壁玻璃管小面积熔融的两侧或四周的热分界区,可用两倍于熔融面积宽度的氧化性火焰加热,至火焰发红时(玻璃管在火焰中加热,达到退火温度左右火焰才发红,这是掌握火候的重要标志),渐渐关闭压缩空气,让还原火焰“文火”略微烘一下即可。必须注意,退火时不能将玻璃管烧熔(最多烧至微呈暗红色),否则将产生新的应力,而退火时间太短或火焰温度太低,也不能达到退火目的。(2)当玻璃管熔融面积大而火焰宽度不够时,可移动工件以取得退火效果,也可将熔融部位两侧的热分界分别加以退火。(3)夹层环形接头制品,除采取上述步骤外,应增加“文火”的烘烤时间,目的是缩小内、外层冷却时的温度差(使内、外层玻璃管基本上同时冷却到转化温度以下)。(4)毛细管及大型壁厚制品退火时,表层虽已达到退火温度,火焰也已发红,但由于壁厚,玻璃内部很可能还未达到退火温度。这时应适当延长退火时间(火焰温度不必提高),冷却速度也应缓慢。(5)软质玻璃制品退火时,当达到退火温度后,温度需逐步降低,增加“文火