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浮法玻璃退火應(yīng)力產(chǎn)生原因及應(yīng)力的測量

來源: 2011/12/20 13:33:26

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中玻網(wǎng)】  由于玻璃自身特性決定了它的不良導(dǎo)熱性,從而導(dǎo)致玻璃在退火過程中因為溫度差必然存在著應(yīng)力。本文根據(jù)玻璃的退火理論結(jié)合示意圖論述了浮法玻璃在退火過程中較久應(yīng)力與暫時應(yīng)力產(chǎn)生的機理,并結(jié)合應(yīng)力的測量簡介了應(yīng)力對玻璃切割的影響。
  關(guān)鍵詞退火窯較久應(yīng)力暫時應(yīng)力張應(yīng)力壓應(yīng)力
  1.較久應(yīng)力與暫時應(yīng)力:
  880°F(470°C)以下,退火窯用于冷卻玻璃,這樣做的方法是試圖保持橫向(橫越玻璃帶)溫度曲線良好的均勻性來避免破損。
  冷卻過程發(fā)生的一切都是暫時的,這意味著在冷卻的玻璃中找不到暫時過程產(chǎn)生的應(yīng)力,這就是為什么把這些條件叫暫時應(yīng)力。即使當玻璃內(nèi)外層溫度一致時,暫時應(yīng)力消失也必須注意,因為暫時應(yīng)力超過抗張強度會使玻璃破碎。
  較久應(yīng)力不能太大,不然切割或再切割時就會出現(xiàn)許多問題。注意:暫時應(yīng)力也不能太,否則玻璃就會破碎。
  當玻璃的厚度向和橫向還沒達到一個相等的溫度即環(huán)境溫度時,暫時和較久應(yīng)力兩者存在,即使較久應(yīng)力已至一個比較好的值(在切割區(qū)1小時測冷卻的玻璃)因為暫時應(yīng)力仍很大,所以仍會遇到切割問題。
  退火理論表明較久應(yīng)力(保持在玻璃內(nèi))等于退火中松馳的應(yīng)力總量,但符號相反。這意味著在退火中,松馳10毫微米/厘米的壓應(yīng)力,則玻璃在達到外界溫度時,就有10毫微米/厘米的張應(yīng)力。
  那么(1)在退火中松馳應(yīng)力越小,在溫度等于周圍溫度時,存在玻璃中的應(yīng)力就越;就是說退火越好。但出現(xiàn)薄弱區(qū)域即結(jié)石、夾雜物或粘錫時,玻璃將會炸裂。因而在退火區(qū)后的冷卻區(qū)必須小心操作。
  (2)反過來說:退火不好的玻璃很結(jié)實并能承受因冷卻區(qū)域溫度梯度很大的熱沖擊;但應(yīng)力太大,切割會很困難。
  2.較久應(yīng)力與暫時應(yīng)力產(chǎn)生原因:
  I.玻璃溫度高于880°F(470°C):玻璃是塑性材料。
  
  如果玻璃溫度高于880°F,窄條"a"比窄條"b"熱,那么窄條"a就比窄條"b"長;這是因為:窄條"b"不能防止窄條"a"的膨脹(玻璃處于可塑狀態(tài))。
  在溫度穩(wěn)定期間(低于880°F)窄條"a"試圖比窄條"b"收縮的大。這是因為它們的收縮與長度成正比,當玻璃溫度低于880°F時,變化類似彈性材料,而且窄條"a"和窄條"b"實際上是連接在一起的,所以窄條"b"阻止窄條"a"的收縮,這樣窄條"a"受的是張應(yīng)力,窄條"b"受的是壓應(yīng)力。
  簡而言之:玻璃溫度高于880°F=470°Ca)較熱的窄條在常溫后將是受張應(yīng)力(較久的)。b)較冷的窄條在常溫后將是受壓應(yīng)力(較久的)。
  II.玻璃溫度低于880°F(470°C):玻璃是一種"彈性材料"。
  
  如果玻璃溫度低于880°F,窄條"a"比窄條"b"熱,則窄條"a"將會比窄條"b"長;當玻璃溫度低于880°F時(玻璃是彈性材料),兩個窄條實際上是連在一起的,并且窄條"b"阻止窄條"a"的膨脹。這樣窄條"a"受到的是壓應(yīng)力,窄條"b"受到的是張應(yīng)力。
  簡而言之:玻璃溫度低于880°F=470°C
  a)較熱的窄條受到的是暫時壓應(yīng)力。
  b)較冷的窄條受到的是暫時張應(yīng)力。
  相同原因下,結(jié)果相反,這就要取決于溫度。
  玻璃炸裂常常發(fā)生在冷卻區(qū)(退火窯出口和與切割區(qū)之間),有時很難知道調(diào)整必須是在退火區(qū)還是在冷卻區(qū)(高于或低于880°F-470°C)。
  3.應(yīng)力的測量
  I.在線:用Senarmont儀器。在這里為你顯示了玻璃帶橫向應(yīng)力曲線;
  偏振光通過玻璃時即在玻璃帶上進行了應(yīng)力測量。玻璃帶上理想的橫向應(yīng)力是
  全部的壓應(yīng)力總量總是等于全部張應(yīng)力的總量,這就意味著如果在玻璃帶邊部存在太大的壓應(yīng)力,那么同樣在玻璃帶中部存在太大的張應(yīng)力。
  通過在熱態(tài)和冷態(tài)的應(yīng)力曲線測量將會為你顯示退火窯中存在問題之所在。
  舉例:在玻璃帶中部張應(yīng)力太大,則玻璃板就會很不好切割。
  II.樣品:用Babinet儀器。
  這種測量的結(jié)果是顯示玻璃中厚度方向的應(yīng)力,應(yīng)力曲線通常為:
  
  在玻璃板中存在太高的張應(yīng)力-σt-(隨厚度而定)會給切割帶來許多問題(出現(xiàn)"糖狀物")。始終要記住如果σt太高,也就意味著樣品外表面處的壓應(yīng)力也會很高。
  那么,玻璃的斷裂將不按照你想要的地方即按照切痕進行斷開,而是在另外的某個地(理由見"切割問題"這一節(jié))。
  注意:玻璃的切割總是會釋放這塊玻璃內(nèi)部的應(yīng)力--
  當切割玻璃時,我們釋放了表面的壓應(yīng)力--從曲線①到曲線②。在玻璃強度不太大時,玻璃可以沿著切痕斷開。如果在玻璃板外表面還存在著很大的壓應(yīng)力的話,那么玻璃就不會沿著切痕斷開。

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