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5 玻璃的退火与退火窑(1)


玻璃退火工艺制度的计算(热风循环强制对流区)
热风循环强制对流区(RET区):采取对玻璃直接吹循 环热风,使玻璃能以比后退火区大的降温速度或相同的 降温速率冷却,使玻璃带的温度由370~380℃降到 220~240 ℃。
通常又分为两个小区,此区后,一般有一3m的自然冷 却段,后面为直接室温冷却区。
玻璃退火工艺制度的计算(室温风强制对流冷却区)
5.1 退火的原理
温度变形被冻结:应力松弛只消除部分的温度差引起的 暂时应力,当玻璃被冷却到室温并达到内外温度平衡时, 这部分松弛下来的应力就残存下来。
玻璃中内应力的检验方法
原理:玻璃中的内应力使玻璃在光学上的各向同性变为 各向异性,从而使玻璃具有双折射的现象,双折射值的 大小与玻璃中的内应力成正比。光的双折射值可按照玻 璃中单位长度所产生的光程差来表示,测出光程差,根 据不同玻璃的偏光应力系数可以计算出玻璃的内应力。 (例如,对于普通的钠钙硅玻璃,应力系数为 2.85×10-12Pa-1),即0.1MPa的内应力所产生的光 程差约为2.85nm/cm
退火温度制度的确定
退火温度上下限差值:一般在50~100℃。与粘度随温度的 变化特性(料性)有关,料性长,其值偏大。浮法的最高退 火温度在540~570℃,最低退火温度在450~480℃。 制定退火温度制度时需要考虑的问题: 1.退火窑中的温度差:计算时取允许应力的一半进行,保温 时间比实际计算的适当延长,冷却速率适当降低。 2.制品的壁厚影响:厚制品的保温温度应适当降低,保温时 间适当延长。 3. 组成的影响
玻璃退火工艺制度的计算(重要冷却区)
重要冷却区:(按照6mm厚的玻璃计算):
V----6mm玻璃的拉引速率; C---6mm玻璃在此区域允许的冷却速度( ℃/Min), ∆t—玻璃的退火温度上下限差值,取70~80℃ ∆n0—光程差; s—玻璃厚度的一半; LB—退火区的长度,m。 为了获得永久应力比较小的玻璃。玻璃应力的产生主要决定于玻 璃的冷却速度和退火区域内时应力形成的原因:玻璃制品在加热或冷却过程 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一定 的热应力。应力的大小与取决于玻璃中的温度梯 度,与玻璃的热胀系数、玻璃 的化学成分有关。
5.1 退火的原理
一般规定:张应力为正值,压应力为负值。 注意:暂时应力不会对制品造成永久危害,但如果 过大,也可以造成玻璃的破裂。利用这一点,可以 利用急冷进行玻璃的热切割。 永久应力:高温玻璃经退火到室温并达到温度均匀 后,玻璃中仍然残存的热应力。产生与温度梯度有 关。
应力的测定方法
δ = ∆ / d = B (v x − v y )
应力光学常数B 测定方法: 偏光仪法 :粗略估计 干涉色法:定量测定,精度不高 补偿器法:定量精确测定 超声波法: 激光干涉法:
应力仪
玻璃退火的标准
一般要求:残余应力不超过玻璃的极限抗张强 度的1~5%。 光学玻璃:2~5.0nm/cm 一般钠钙硅玻璃:100nm/cm 航空玻璃:更高
5 玻璃的退火与退火窑
退火:指熔融的玻璃液在锡槽中成型后,于退火 窑中通过适当的控制温度降低速度,以消除或减 少玻璃中产生的热应力,从而将其控制在允许范 围内。
5.1 退火的原理
玻璃中的应力: 热应力:玻璃种由于存在温度差而产生的应力。退火过程消除 的主要是热应力。 结构应力:玻璃因化学组成不均匀,导致结构不均匀产生的的 应力。不能通过退火消除。 机械应力:外力在玻璃种引起的应力。外力去除后,应力随之 消失。
dδ / dt = −kδ 2 1 1 − = kt
δ
δ0
1 1 如果以双折射光程差表示: − = At
δ
δ0
而A = k / B; 且 lg A = M 1T − M 2
玻璃中应力的消除
保温温度越高,应力松弛速度越大。 冷却时应力的控制;玻璃经退火消除永久应力后,还应控 制冷却速率,才能使产生的永久应力不超过允许值。在应 变点以上,冷却速率越快,产生的永久应力越大,在应变 点以下,冷却速率不影响永久应力的产生。
退火温度制度的确定
退火温度范围:玻璃中残余内应力的减少或消除,只有 在玻璃加热到开始塑性变形时才可能,此塑性变形时的 温度范围,即为玻璃的退火温度范围。 退火温度上限:具有内应力的玻璃在此温度下保温 2min,应力消除95%。 退火温度下限(应变点):具有内应力的玻璃在此温度 下保温2min,应力消除5%。
5.1 退火的原理
a.玻璃加热到应变点以上的温度保温,使内外温度均匀 b~e.随着冷却时间的增加,玻璃内温度和应力的变化
5.1 退火的原理
永久应力形成的原因:高温时热弹性应力松弛而形成的 温度变形被冻结下来。(退火温度区域内应力松弛的结 果,大小与退火温度区域内的冷却速度、温度剃度、粘 度、玻璃厚度有关) 热弹性应力松弛:玻璃由高温(T〉Tg)逐渐冷却到转 变温度区域时(退火温度区域),由于分子的热运动能 比较大,玻璃内部基团结构见以位移变形的方式使有由 温差而产生的内部应力得以消失,此过程称为应力松弛。
室温风强制对流冷却区(F区):冷却速率增大为RET区大
10%或相同,必须是温差增大到大于200℃,故采用室温空气直 接喷吹强制对流冷却。又分为两个区。
一般∆t1>∆t2,根据实际情况来确定。
玻璃退火的定义和目的
退火:玻璃中产生的热应力减少或消除的过程。 目的:消除玻璃中残余内应力和光学不均匀性,稳定玻 璃内部结构。 过程:(一)内应力的减弱或消失 (二)防止内应力的产生
玻璃中应力的消除
在应变点以上,特别是在退火温度范围内,玻璃属于粘弹 性体,这时玻璃制品形状不会发生改变,但内部结构基团 可以进行位移、调整、变形,使玻璃中的热应力消失。 玻璃在退火温度下保温时其应力消除速度:
玻璃退火工艺制度的计算(退火分区)
退火分区的目的:在退火窑中,根据不同情况和要求对玻璃进行 退火,以便分区控制,以提高退火质量。 退火区:加热均热区(预退火区) 重要冷却区(退火区) 冷却区(后退火区) 急速冷却区:又分为直接热风和直接冷风冷却区
玻璃退火工艺制度的计算(加热均热预退火区)
加热均热预退火区(按照6mm厚的玻璃计算):
玻璃退火工艺制度的计算(冷却区)
冷却区(后退火区,C区):在玻璃退火的下限温度以下冷却,可 以以较快速度冷却,但速度不能过快,以免引起的暂时应力过大 而使玻璃炸裂。
V----6mm玻璃的拉引速率; C---6mm玻璃在此区域允许的冷却速度( ℃/Min), ∆t—玻璃的退火温度上下限差值,取100℃ ∆n0—光程差; s—玻璃厚度的一半;
Ta----玻璃的最高退火温度(℃); V----6mm玻璃的拉引速率; C---6mm玻璃在此区域允许的冷却速度( ℃/Min),一般在 22~27 ℃/min。 作用:玻璃进退火窑的温度一般在590±10 ℃,可以不用再加热, 但由于玻璃的上下表面之间和带中与带边之间存在温差,要对边 部进行适当的加热,同时,逐步冷却到玻璃的最高退火温度。
最高退火温度的计算
1.根据玻璃化学成分:根据公式η~T的关系计算两个温度。 退火温度上限对应的η=1012Pa.S 退火温度下限对应的η=1017.6Pa.S 2.根据同被退火的玻璃化学成分近似的玻璃的退火温度,以及玻 璃的化学成分对退火温度影响的数据,近似的计算玻璃的退火温 度。 3.Adams和Williamson法: M2=17.35, δ0—玻璃中原有应力。 M1=0.029, ,δn—玻璃中的在保温后的应力,
5.1 退火的原理
玻璃中热应力的类型: 暂时应力:在温度低于应变点以下,玻璃处于弹性变形温度 范围(脆性状态)时经受不均匀的温度变化而产生的热应力。 它可以随着温度梯度的存在而存在,随着温度梯度的消失而 消失。
5.1 退火的原理
a~b.在应变点温度以下加热保温均热后的玻璃内没有热应力 c.玻璃板双面均匀冷却,外层受到张应力,内层受到压应力 d~e.随着外层温度达到外界温度,内层温度逐渐下降,应力下降 f.内外温度相同时,应力消失。
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