玻璃加工熱應(yīng)力簡(jiǎn)析之厚玻璃退火和改進(jìn)

    退火基本原理玻璃在成型過(guò)程中，由于經(jīng)受了劇烈的溫度變化，使內(nèi)外層產(chǎn)生溫度梯度，并且由于制品的形狀、厚度、受冷卻程度等的不同，引起制品中產(chǎn)生不規(guī)則的熱應(yīng)力。這種熱應(yīng)力能降低制品的機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性，也影響玻璃的光學(xué)均一性，若應(yīng)力超過(guò)制品的較限強(qiáng)度，便會(huì)自行破裂。所以玻璃制品中存在不均勻的熱應(yīng)力是一個(gè)嚴(yán)重的缺點(diǎn)。

    退火是一種熱處理過(guò)程，可使玻璃中存在的熱應(yīng)力盡可能清理或減小至允許值。除玻璃纖維和薄壁小型空心制品外，幾乎所有玻璃制品都需要進(jìn)行退火。玻璃制品中的熱應(yīng)力，按其存在的特點(diǎn)，分為暫時(shí)應(yīng)力和較久應(yīng)力兩種。

    ①暫時(shí)應(yīng)力。玻璃在應(yīng)變點(diǎn)溫度以下加熱或冷卻時(shí)，由于其導(dǎo)熱性較差，各部位將形成溫度梯度，從而產(chǎn)生一定的熱應(yīng)力。這種熱應(yīng)力，隨著溫差的存在而存在，溫差越大，暫時(shí)應(yīng)力也越大，并隨著溫差的消失而消失。這種熱應(yīng)力稱為暫時(shí)應(yīng)力。

    應(yīng)該注意的是，雖然暫時(shí)應(yīng)力可以自行清理，但在溫度均衡之前，當(dāng)暫時(shí)應(yīng)力值超過(guò)玻璃的較限強(qiáng)度時(shí)，玻璃同樣會(huì)自行破裂，所以玻璃在脆性溫度范圍內(nèi)的加熱或冷卻速度不宜過(guò)快。

    ②較久應(yīng)力。玻璃從應(yīng)變點(diǎn)溫度以上開始冷卻時(shí)，由溫差產(chǎn)生的熱應(yīng)力，到玻璃冷卻至室溫、內(nèi)外層溫度均衡后，并不能完全消失，玻璃中仍然殘存著一定的應(yīng)力，這種應(yīng)力稱為水久應(yīng)力。較久應(yīng)力的大小取決于制品在應(yīng)變點(diǎn)溫度以上時(shí)的冷卻速度、玻璃的黏度、熱膨脹系數(shù)及制品的厚度等。

    玻璃的退火，就是把具有較久應(yīng)力的玻璃制品重新加熱到玻璃內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)可以移動(dòng)的溫度，利用質(zhì)點(diǎn)的位移使應(yīng)力分散（稱為應(yīng)力松弛）來(lái)清理或減弱較久應(yīng)力。應(yīng)力松弛速度取決于玻璃溫度，溫度越高，松弛速度越快。因此，一個(gè)合適的退火溫度范圍，是玻璃獲得良好退火質(zhì)量的關(guān)鍵。

    實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，完全清理較久應(yīng)力是不可能的。通過(guò)退火希望殘余應(yīng)力減少或均化到較低限度之內(nèi)，以增強(qiáng)玻璃的機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性。

    厚玻璃退火的特點(diǎn)厚玻璃的生產(chǎn)方法主要有反向法和擋板法兩種，這里主要討論擋板法生產(chǎn)厚玻璃時(shí)的退火。擋板法生產(chǎn)的厚玻璃其主要原理是將玻璃液“凍結(jié)”在擋板區(qū)域。其退火的主要特點(diǎn)如下，1.此種方法生產(chǎn)的厚玻璃由于邊部較冷，玻璃的邊部厚度較薄，因此邊部的壓應(yīng)力很大。2.玻璃越厚，熱量保持在玻璃體內(nèi)的時(shí)間越長(zhǎng)。3.為了滿足切割要求，必須減小鋼化應(yīng)力。4.要防止邊子在后退火區(qū)冷卻太快，在邊子處產(chǎn)生較高的暫時(shí)張應(yīng)力，導(dǎo)致縱裂損失。

    退火改進(jìn)改進(jìn)厚度曲線，控制邊部厚度厚玻璃的退火好壞和玻璃的厚度曲線密切相關(guān)，特別是玻璃板的邊部厚度，一般要求厚度曲線要保證邊子25毫米處的厚度比平均厚度薄約1毫米。在以往的生產(chǎn)中我們往往做不到這一點(diǎn)，主要是邊部太薄。

    降低負(fù)載，以降低鋼化應(yīng)力厚玻璃生產(chǎn)由于厚度的增加，導(dǎo)致熱量在玻璃體內(nèi)的保持時(shí)間延長(zhǎng)，如果在高負(fù)載下生產(chǎn)厚玻璃會(huì)導(dǎo)致玻璃體內(nèi)的鋼化應(yīng)力增加，給后面的切割和客戶的改切帶來(lái)困難，也會(huì)使退火造成麻煩，炸裂增加，降低成品率。因此必須降低負(fù)載，以滿足合適的鋼化應(yīng)力。

    在A區(qū)增加煤氣噴槍和在清洗機(jī)后增加冷凍水如前所述，邊部應(yīng)力的好壞直接影響縱切的好壞，這就要求玻璃在退火窯的A區(qū)和B區(qū)盡量提高邊部的溫度，由于在退火窯的進(jìn)口處已加了間隙噴槍，因此在A區(qū)加一對(duì)煤氣噴槍是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，以提高玻璃邊部的張應(yīng)力。同理在清洗機(jī)后增加冷凍水也同樣能提高邊部的臨時(shí)張應(yīng)力，達(dá)到改善縱切的目的。

    適當(dāng)降低A區(qū)溫度如前所述玻璃越厚，其熱量保持在玻璃體內(nèi)的時(shí)間越長(zhǎng)，相應(yīng)其退火時(shí)間也就越長(zhǎng)。由于退火窯的退火長(zhǎng)度是固定的，因此可以通過(guò)適當(dāng)降低A區(qū)的溫度來(lái)延長(zhǎng)退火區(qū)，較終達(dá)到降低玻璃鋼化應(yīng)力的目的。在RET區(qū)增加邊部煤氣噴槍。在厚玻璃的生產(chǎn)中損失非常大的是玻璃的縱裂，如果一旦發(fā)生縱裂少則半小時(shí)，多的時(shí)候有可能需要幾小時(shí)，因此我們要特別防止類似情況發(fā)生。

    在厚玻璃的生產(chǎn)中，我們可以采取改進(jìn)厚度曲線，控制邊部厚度；降低負(fù)載；在A區(qū)增加煤氣噴槍和在清洗機(jī)后增加冷凍水；適當(dāng)降低A區(qū)溫度；在RET區(qū)增加邊部煤氣噴槍等措施來(lái)達(dá)到較佳成品率和較佳切割質(zhì)量。