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发表人：记忆化 |
发表时间：2013/2/20 9:03:00 |
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| 本栏论题： |
玻璃退火窑的作用和退火的关键 [2067] |
玻璃退火的目的是减弱和防止玻璃制品中出现过大的残余内应力和光学不均匀性, 稳定玻璃内部的结构。
玻璃的退火可分成两个主要过程一是玻璃中内应力的减弱或消失, 二是防止内应力的重新产生。玻璃中内应力的减弱和消除是以松弛理论为基础的, 所谓内应力松弛是指材料在分子热运动的作用下使内应力消散的过程, 内应力的松弛速度在很大程度上决定于玻璃所处的温度。
玻璃在加热或冷却过程中, 由于其导热性较差, 在其表面层和内层之间必然产生温度梯度, 因而在内外层之间产生应力。这种由于温度梯度存在而产生的内应力称为温度应力或热应力, 此种内应力的大小, 既取决于玻璃中的温度梯度, 又与玻璃的热膨胀系数有关玻璃的化学成分决定玻璃的热膨胀系数。
热应力按其存在的特点可分为暂时应力和永久应力。
暂时应力, 当玻璃受不均匀的温度变化时产生的热应力, 随着温度差的存在而存在, 随温度差的消失而消失, 被称为暂时应力。
应力的建立和消失过程。当制品冷却开始时,因为玻璃的外层冷却速度快, 所以外部温度比内部温度低, 外层收缩大, 而这时内层温度较高, 且力求阻碍外层收缩, 这样造成玻璃外层产生张应力,内部产生压应力。在张应力过渡到压应力之间存在着中间层, 其应力值为零。当冷却接近结束时, 外层体积几乎不再收缩, 但此时玻璃内部仍有一定的温度, 其体积力求收缩, 此时造成外部受压应力,内层受张应力。由此可见, 在冷却结束时, 产生的应力恰好和冷却开始时产生的应力性质相反, 两者可以得到部分抵消。冷却全部结束时, 即当玻璃的外层温度和内层温度趋向完全一致时, 上述两种应力恰好抵消。我们称这种应力为暂时应力。
永久应力, 当温度消失时制品的表面和内部温度均等于常温时, 残留在玻璃中的热应力称为永久应力, 又称为内应力。
玻璃中永久应力的成因, 是由于在高温的弹塑性阶段热应力松弛而形成的温度变形被“ 冻结” 下来的缘故。当玻璃板逐渐冷却到室温均衡时, 玻璃中残存的应力实际等于玻璃在高温阶段松弛掉的热弹应力, 但方向相反。也就是说, 玻璃在高温区域产生及松弛的热弹应力在玻璃厚度方向表现为表层张应力, 内层压应力, 且大小相等而当玻璃冷却至环境室温时, 内外温度一致时, 玻璃的表面层处于压缩状态,玻璃板内层处于拉伸状态。因此, 玻璃板中的永久内应力沿玻璃板厚度方向分布为表面为压应力, 内层张应力, 大小相等。由于永久应力最终影响玻璃的切割和使用, 因此需要严格控制。
玻璃中永久内应力的大小决定于两个因素一是冷却速度, 二是玻璃在退火温度下的冷却过程中热弹性应力的松弛速度, 而松弛速度取决于玻璃热弹应力的大小, 热弹应力取决于冷却速度的大小,因此, 玻璃退火的关键是如何正确的确定和控制玻璃在高温退火区域内的均匀冷却速度。 |
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