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(4)内层温度逐渐达到外界温度的过程:
温度(Temperature) 应变点温度 Ts (=1013.6Pa.S) 冷却起始温度 T0 应力( Strain)
剖面实际温度示意线 暂时应力 示意线 外界温度 Tt 0 位置(Position)
说明： 温度梯度在此时消失，应力同时完全抵消而呈无应力状态。
玻璃工艺学
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(2)玻璃在一个低温的环境中开始冷却:
温度(Temperature) 应变点温度 Ts (=1013.6Pa.S) 冷却起始温度 T0
应力( Strain)
剖面实际温度示意线 暂 时应力示意 线 外界温度 Tt 0 位置(Position)
说明： 玻璃平板表面降温比内层快，收缩就比内层大，受内 层阻碍而呈张应力，同时内层受到反作用力而呈压应力。
3、慢冷阶段 为了使制品在冷却后不再产生永久应力或仅产生微小的永久 应力，冷却速度要求较慢，常采用线性降温。 开始冷却速度： ho ＝ （c/ 分） 下降10℃后继续冷却速度：
13a 2
ho h＝ （ 1 2 2
To－T 20
） c/分
H －每降低100c后下一个100c的降温速度 To－退火温度 T－每降低100c后的温度 慢冷阶段结束时温度必须小于或等于应变点温度，否则在快 冷阶段重新产生永久应力而退火无效。
剖面实际温度示意线 永 久应力 示意线 外界温度 Tt 0 位置(Position)
说明：均匀温度场下的玻璃平板中不存在温度梯度，也 不存在永久应力
玻璃工艺学
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(2)将玻璃放置于低温环境中降温,直至外层温度到达应变点:
温度(Temperature) 冷却起始温度 应变点温度 (=1013.6Pa.S) T0 Ts
5、容易分相的玻璃制品退火时，退火温度不能过高，退火时 间不能过长，次数要少。
玻璃工艺学
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玻璃工艺学 23
2、形状复杂、厚度大的制品的加热及冷却速度要慢；
3、多种制品共用退火窑是，取退火温度低的数值作为退火温 度，并延长保温时间；同组成不同规格的制品一起退火时，由薄 制品确定退火温度，以免薄制品变形；由厚制品确定升温、降温 的速度，以免厚制品破裂； 4、确定升降温速度要考虑退火窑温度不均匀性而适当取小值；
一、玻璃应力的分类:
结构应力
1.以产生原因为标准： 机械应力
热应力
当玻璃制品受到外力作用的时候, 玻璃中产生的应力。在低温下外 力撤去时，机械应力随之消失。
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玻璃工艺学
2.以作用范围为标准： 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; 超微观应力： 玻璃中相当于晶胞大小的体积范围内 二.热应力 存在的应力.
20 30 ha ＝ 2 ～ 2 （c/ 分） a a
光学玻璃
2、保温阶段 目的：消除加热过程产生的温度梯度，并消除制品中所固有 的内应力。 先确定保温温度，然后确定保温时间。 保温时间 520a 2
5 ha 2 （c/ 分） a
t＝
n
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n－制品最后允许的应力 ，纳米/厘米
Ts
剖面实际温度示意线 永 久应力 示意线 外界温度
Tt
0 位置(Position)
说明：内层在至应变点以下时受到降温快、收缩快的外 层所施压力，同时外层受反作用力呈张应力状态。
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(5)内外层继续冷却
温度(Temperature)
冷却起始温度 应变点温度 (=1013.6Pa.S) T0 Ts 应力( Strain)
说明：到此时为止，内层形成较外层更致密的结构，即收缩 较外层大，更趋于紧收，但受外层阻碍故呈张应力，外层则呈 相反的压应力状态。

永久应力产生小结 产生结构梯度，并在低于应变点时保持下来，形成永久 应力。
(1)在高于应变点的温度时,通过应力松弛的作用,温度梯度
(2)通过缓慢降温，减小温度梯度，从而减小永久应力是 可能的，这也是退火作用的本质。 总之：玻璃中各种应力有各自的产生原因和各自的特点； 玻璃在一般情况下，可能会同时受到几种应力的作用。
玻璃工艺学 7
(二）永久应力 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。 特点:温度梯度消失之后,永久应力不消失 永久应力的产生过程：
(1)处于某一高于应变点的均匀温度场时
玻璃工艺学
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(1)处于某一高于应变点的均匀温度场时
温度(Temperature) 冷却起始温度 应变点温度 (=1013.6Pa.S) T0 Ts 应力( Strain)
玻璃工艺学 16
精密退火：对光学玻璃或某些技术玻璃，不但要消除永久 应力，而且还要消除由于冷却过程中玻璃各层热历史不同以结 构转化的程度不同而产生光学上的不均匀性。 二、退火温度范围与退火温度 上限退火温度：三分钟内消除95%应力的温度，一般相当于 退火点的温度，也称最高退火温度，粘度为1012Pa.s。 下限退火温度：三分钟内消除5%应力的温度，也称最低退 火温度，粘度为1013.6 Pa.s。在此温度以下玻璃完全处于弹性状 态，该点温度也可以称为应变点。 在退火温度范围内确定某一保温均热的温度，称之为退火温度。
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第二节 玻璃的退火
一、退火原理 在经过转变温度区域（Tf～Tg）时，玻璃由典型的液态转变 成脆性状态。而在Tg点以下的相当的温度范围内玻璃分子仍然能 够进行迁移，可以消除玻璃中的热应力和结构状态的不均匀性*。 同时因为粘度相当大，以致几乎不发生其外形的改变。这段温度 区域成为玻璃的退火区域，相应粘度在1012～1016Pa.s 。即退火 温度区域与玻璃粘度有关。 *应力松弛：由于玻璃在应变点以上时具有粘弹性，它不能长 时间承受各方向不平衡力的作用，玻璃内结构基团在力的作用下 产生位移和变形，使温度梯度所产生的内应力得以消失。 玻璃的退火过程：将玻璃放置在某一温度下保持足够时间 后再以缓慢的速度冷却，以便不再产生超过允许范围的永久应 力和暂时应力。实质就是减小或消除应力并防止新的应力产生。
第十章 玻璃的热处理
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 力的过程称为退火。
目的：防止炸裂和提高玻璃的机械强度。
熔铸耐火材料和铸石等成形后也都要经过退火，其目的和作 用原理与上述相似。
第一节 玻璃的应力
玻璃中局部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。
剖面实际温度示意线 永久 应力 示意 线 外界温度 Tt 0 位置(Position)
说明：随着内 层逐渐降温、收缩，原先的应力逐渐被抵消而 减小。
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(6)内外层继续冷却直至均达到环境温度
温度(Temperature) 冷却起始温度 应变点温度 (=1013.6Pa.S) T0 Ts 应力( Strain)
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退火温度与组成： 能提高粘度（尤其低温）的组分如 CaO 、 SiO2 、 Al2O3 等 提高退火温度；反之则降低退火温度（如 R2O 、 PbO 、 BaO 等）。 B2O3 则因硼反常出现含量在 15~20% 随氧化硼含量升 高而升高、超过15~20%时随含量升高而降低的情况。 三、退火工艺 1、工艺过程 玻璃的退火工艺过程包括四个阶段：加热、保温、慢冷及 快冷。 一次退火：玻璃制品成形后不冷却直接退 火的工艺过程。 二次退火：玻璃制品成形后先冷却后加热 再退火的工艺过程。
剖面实际温度示意线 永久 应力 示意 线 外界温度 Tt 0 位置(Position)
2.小结: (1)在高于应变点的温度时,通过应力松弛的作用,温度梯度产生结构梯度,并 在低于应变点时保持下来,形成永久应力. (2)通过缓慢降温,减小温度梯度,从而减小永久应力是可能的,这也是退火作 用的本质
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应力( Strain)
剖面实际温度示意线 永 久应力 示 意线 外界温度
Tt
0 位置(Position)
说明：高于应变点时，表面较快的收缩产生的作用力通过 应力松弛消除，平板呈无应力状态。
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(3)制品继续降温,直至内层温度达到应变点的过程:
温度(Temperature) 冷却起始温度 应变点温度 (=1013.6Pa.S) T0 Ts 应力( Strain)
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(1) 玻璃处于某一个低与应变点的均匀温度分布状态:
温度(Temperature) 应变点温度 Ts (=1013.6Pa.S) 冷却起始温度 T0 应力( Strain)
剖面实际温度示意线 暂时应力 示意 线 外界温度 Tt 0 位置(Position)
说明：均匀温度场下的玻璃平板中不存在温度梯度，也不存 在暂时应力。
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4、快冷阶段
为提高生产效率、降低燃耗，只要使该阶段的暂时应力不超过 极限强度，可适当加快降温速度。 厚度>5mm
厚度<5mm
10 hc＝ （c/分） a2
hc＝25c/分
总共退火时间为四个阶段用时之和，约为1～1.5小时。 （三）制定退火曲线使注意问题 1、加热阶段：保证压应力<压应力极限。 慢冷阶段：降温速度同样须考虑玻璃的允许应力，结束 时温度要低于或等于应变点温度。 快冷阶段：暂时应力不可超过抗张极限。
热应力:玻璃中由于温度差而产生的应力。
按其存在的特点又可分成暂时应力和永久应力。
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(一)暂时应力: 当玻璃温度低与应变点(=10 13.6Pa.S)时处于弹性 变形温度范围内(>1014Pa.S)即脆性状态时，经受不均 匀的温度变化时产生的热应力。 特点：随温度梯度的产生而产生，随温度梯度的消 失而消失。 暂时应力的产生过程: 在温度低于应变点时,玻璃内结构集团已不能产生粘 滞性流动,主要靠弹性松弛来消除应力。