玻璃的退火与淬火.PPT

玻璃的热处理是指玻璃在转变温度与软化温度之间所进行的热过程。 在该过程中玻璃的结构和性能往往能发生显著的变化：应力的产生和消除，分相和晶化，发泡和烧结，表面处理和增强等，使玻璃从一个状态转变到另一个状态，同组成的玻璃可以有截然不同的性能。 第四章 玻璃的退火与淬火 4.1 玻璃的应力 4.2 玻璃的退火 4.3 玻璃的淬火 4.1 玻璃的应力 4.1.1 玻璃中的热应力 4.1.2 玻璃中的结构应力 4.1.3 玻璃中的机械应力 4.1.1 玻璃中的热应力 1、暂时应力（temporary stress） 在温度低于应变点时，处于弹性变形温度范围内(即脆性状态)的玻璃在经受不均匀的温度变化时所产生的热应力，随温度梯度的存在而存在，随温度的梯度的消失而消失，这种应力称为暂时应力。 2、永久应力（permanentstress） 当玻璃内外温度相等时所残留的热应力。 由于应变点以上的玻璃具有粘弹性，即此时的玻璃为可塑状态，在受力后会产生位移和变形，使由温度梯度所产生的内应力消失，这个过程称为应力松弛过程。 4.1.2 玻璃中的结构应力 玻璃因化学组成不均导致结构上的不均而产生的应力称结构应力，属于永久应力。 玻璃中的成分不均体，其热膨胀系数与主体玻璃不相同，因而主体玻璃与不均体的收缩、膨胀量也不相同，在其界面上产生了应力。这种由于玻璃固有结构造成的应力，即使退火也不能消除这类应力。 4.1.3 玻璃中的机械应力 由外力作用在玻璃上引起的应力，当外力除去时应力随之消失，此应力称机械应力。 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，开模时所造成的制品撕裂，切割时用力过猛使制品破裂等。 4.2 玻璃的退火 定义：消除玻璃制品在成形或热加工后残留在制品内的永久应力的过程。 目的：防止炸裂和提高玻璃的机械强度。 表4-1 各种玻璃的允许应力（以光程差表示） 4.2.1 玻璃的退火温度1、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，必须将玻璃加热到低于玻璃转变温度Tg附近的某一温度进行保温均热，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，称为退火温度。 最高退火温度（退火上限温度）——在此温度下经三分钟能消除应力95%，一般相当于退火点（η=1012帕·秒）的温度； 最低退火温度（退火下限温度）——在此温度下经三分钟只能消除应力5％； 退火温度范围——最高退火温度至最低退火温度之间的范围。 一般：最高退火温度-(20~30)℃ ~ 最高退火温度-(50~150℃) 2、退火温度与玻璃的关系 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。 碱金属氧化物能显著地降低玻璃的退火温度，其中Na2O的作用大于K2O的作用。 SiO2，CaO和Al2O3能提高退火温度，BaO和PbO降低退火温度，PbO的作用大于BaO的作用，ZnO和MgO的作用很小。 含B2O315-20%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15-20%的则随着B2O3含量的增加而降低。 4.2.2 玻璃退火工艺 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关。 一般根据退火原理，退火工艺可分为四个阶段：加热阶段、均热阶段、慢冷阶段和快冷阶段。 按上述四个阶段可作出温度-时间曲线，此曲线称为退火曲线。 1．加热阶段 一次退火：成型后直接进入退火炉进行退火；二次退火：成型冷却后再经加热退火。 在加热过程中，玻璃表面产生压应力，内层受张应力，由于玻璃抗压强度是抗张强度的十倍，所以加热速率可相应高些。 在加热过程中由温度梯度所产生的暂时应力与固有的永久应力之和不能大于其抗张强度极限，否则将发生破裂。 2、均热（保温）阶段 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，并消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间。 玻璃的退火温度，可采用比最高退火温度低20-30℃，或者通过计算或测定求得。在退火温度下的保温时间，可按 70a2 - 120a2 计算，或者按应力允许值进行计算 式中Δn ——玻璃退火后允许存在的内应力，nm/cm。 3、慢冷阶段 在玻璃中原有应力消除后，必须防止在降温过程中由于温度梯度而产生新的应力。 阿丹姆斯及威廉逊提出内应力与冷却速度的关系： 由上式可得出冷却速度 h0： 在温度较高阶段,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也大，所以初冷速率应最低。 最初的慢冷速度 h0(℃/min)为： 4、快冷阶段 快冷阶段是指从应变点到室温这段温度区间。 玻璃在应变点以下冷却时，只产生暂时应力，只要它不超过玻璃的