1、玻璃的玻璃的成型成型是熔融的玻璃液转变为具有固定几何是熔融的玻璃液转变为具有固定几何形状制品的过程。形状制品的过程。热性质热性质玻璃的硬化速度玻璃的硬化速度定型定型玻璃的流变性玻璃的流变性成型成型玻璃的成型玻璃的成型人工吹制人工吹制人工压制人工压制自由成型自由成型人工拉制人工拉制压制法压制法拉制法拉制法吹制法吹制法压延法压延法玻璃的成型玻璃的成型人工成型人工成型机械成型机械成型 在生产过程中在生产过程中,玻玻璃制品经受激烈而又不均匀的温璃制品经受激烈而又不均匀的温度变化，会产生度变化，会产生热应力热应力；溶制不良会造成玻璃中的不均；溶制不良会造成玻璃中的不均匀区，导致热学性质差异而产生匀区，导
2、致热学性质差异而产生结构应结构应力力。这这些都会降低制品的强度和热稳定性，故一般玻璃些都会降低制品的强度和热稳定性，故一般玻璃产品成型后，需经过产品成型后，需经过退火退火处理，使其应力限定在一定范处理，使其应力限定在一定范围内，以防在冷却、存放、再加工及使用过程中自行破围内，以防在冷却、存放、再加工及使用过程中自行破裂或太易破裂。裂或太易破裂。玻璃的应力玻璃的应力结构应力结构应力热应力热应力机械应力机械应力玻璃中由于温玻璃中由于温度差的存在而度差的存在而产生的应力产生的应力因化学组成不因化学组成不均匀而产生的均匀而产生的应力。应力。外力作用在玻外力作用在玻璃上而产生的璃上而产生的应力。应力。以
3、产生原因为标准：以产生原因为标准：热应力：热应力：暂时应力和永久应力暂时应力和永久应力1)暂时应力：暂时应力：当玻璃温度当玻璃温度低于应变点低于应变点(=1013.6 Pa.S)、处于弹性变、处于弹性变形温度范围内形温度范围内(1014Pa.S)时，经受不均匀的温度变化时，经受不均匀的温度变化时产生的热应力。时产生的热应力。特点：特点：该应力随温度梯度该应力随温度梯度的存在而存在，同时随温度的存在而存在，同时随温度梯度的消失而消失。梯度的消失而消失。1.玻璃中的热应力玻璃中的热应力 在温度低于应变点时在温度低于应变点时,玻璃内结构基团已不能产生粘滞性玻璃内结构基团已不能产生粘滞性流动流动,主要
4、靠主要靠弹性松弛弹性松弛来消除应力。来消除应力。暂时应力的产生过程暂时应力的产生过程:玻璃处于某一个低于应变点的均匀温度分布状态玻璃处于某一个低于应变点的均匀温度分布状态:温度温度应变点温度应变点温度 (=1013.6Pa.S)Ts冷却起始温度冷却起始温度T0位置位置(Position)剖面实际温度示意线剖面实际温度示意线暂时应力示意线暂时应力示意线应力应力(Strain)0T t外界温度外界温度说明：说明：均匀温度场下的均匀温度场下的玻璃平板中不存玻璃平板中不存在温度梯度，也在温度梯度，也不存在暂时应力。不存在暂时应力。说明：说明：玻璃平板表面降温比内层快，收缩就比内层大，受内层阻玻璃平板表
5、面降温比内层快，收缩就比内层大，受内层阻碍而呈碍而呈张应力张应力；内层则由于外层收缩较大而处于压缩状态，产生内层则由于外层收缩较大而处于压缩状态，产生压应力压应力。玻璃在一个低温的环境中开始冷却玻璃在一个低温的环境中开始冷却:0 0温度温度(Temperature)应变点温度应变点温度 (=1013.6Pa.S)冷却起始温度冷却起始温度外界温度外界温度应力应力(Strain)位置位置(Position)TsT0T t剖面实际温度示意线剖面实际温度示意线暂暂 时时 应应 力力 示示 意意 线线剖面实际温度示意线剖面实际温度示意线温度温度(Temperature)应变点温度应变点温度 (=1013
6、.6Pa.S)冷却起始温度冷却起始温度外界温度外界温度 应力应力(Strain)位置位置(Position)TsT0T t0 0暂暂 时时 应应 力力 示示 意意 线线 外层逐渐达到外界温度的过程外层逐渐达到外界温度的过程:说明：说明：外表层温度接近外界温度时，外层体积收缩趋于停止；但外表层温度接近外界温度时，外层体积收缩趋于停止；但内内层的持续收缩对外层开始产生压应力层的持续收缩对外层开始产生压应力，逐渐抵消原有的张应力。，逐渐抵消原有的张应力。0 0温度温度(Temperature)应变点温度应变点温度 (=1013.6Pa.S)冷却起始温度冷却起始温度外界温度外界温度应力应力(Strai
7、n)位置位置(Position)TsT0T t剖面实际温度示意线剖面实际温度示意线暂暂 时时 应应 力力 示示 意意 线线说明：说明：温度梯度在此时消失，温度梯度在此时消失，压应力与张应力同时完全抵消而呈压应力与张应力同时完全抵消而呈无应力状态无应力状态。内层温度逐渐达到外界温度的过程内层温度逐渐达到外界温度的过程:小结小结:在温度低于应变点温度时，温度梯度的产生导在温度低于应变点温度时，温度梯度的产生导致玻璃弹性松弛而形成暂时应力；致玻璃弹性松弛而形成暂时应力；温度急剧的变化产生的暂时应力若超过极限时会温度急剧的变化产生的暂时应力若超过极限时会使制品破裂；使制品破裂；不需要通过退火过程来消除
8、暂时应力。不需要通过退火过程来消除暂时应力。2)永久应力：永久应力：高于应变点以上高于应变点以上进行自然进行自然冷却，当玻璃内外温度相等时冷却，当玻璃内外温度相等时所残留的热应力。所残留的热应力。当玻璃存在温度梯度时，当玻璃存在温度梯度时，各温度所对应的结构是不相同各温度所对应的结构是不相同的，当玻璃急冷到应变点以下，的，当玻璃急冷到应变点以下，结构梯度也被保留下来。由于结构梯度也被保留下来。由于内外层结构的密度不同，使其内外层结构的密度不同，使其在温度变化时，体积变化也不在温度变化时，体积变化也不同，产生了同，产生了永久应力永久应力。退火即消除此应力退火即消除此应力。永久应力的产生过程永久应
9、力的产生过程:玻璃处于某一个高于应变点的均匀温度场时玻璃处于某一个高于应变点的均匀温度场时:温度温度(Temperature)剖面实际温度示意线剖面实际温度示意线0 0位置位置(Position)外界温度外界温度T t应力应力(Strain)永永 久久 应应 力力 示示 意意 线线 应变点温度应变点温度 (=1013.6Pa.S)Ts冷却起始温度冷却起始温度T0说明：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。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。0 0温度温度(Temperature)应力应力(Strain)位置位置(Position)应变点温度应变点
10、温度 (=1013.6Pa.S)Ts冷却起始温度冷却起始温度T0外界温度外界温度T t剖面实际温度示意线剖面实际温度示意线永永 久久 应应 力力 示示 意意 线线 将玻璃放置于低温环境中降温将玻璃放置于低温环境中降温,直至外层温度到达应变点直至外层温度到达应变点:说明：说明：高于应变点时，表面较快的收缩产生的作用力通过高于应变点时，表面较快的收缩产生的作用力通过应力松弛应力松弛消除，消除，玻璃平板呈玻璃平板呈无应力状态无应力状态。0 0位置位置(Position)温度温度(Temperature)应力应力(Strain)应变点温度应变点温度 (=1013.6Pa.S)Ts冷却起始温度冷却起始温
11、度T0外界温度外界温度T t永永 久久 应应 力力 示示 意意 线线 剖面实际温度示意线剖面实际温度示意线 制品继续降温制品继续降温,直至内层温度达到应变点的过程直至内层温度达到应变点的过程:说明：说明：温度在应变点以上的内层则由于应力松弛作用而保持温度在应变点以上的内层则由于应力松弛作用而保持无应力状态无应力状态。温度低于应变点的外层无应力松弛能力，同时降温较里层快而呈温度低于应变点的外层无应力松弛能力，同时降温较里层快而呈张应力张应力状态，里层为状态，里层为压应力压应力；温度温度(Temperature)应力应力(Strain)位置位置(Position)应变点温度应变点温度 (=1013
12、.6Pa.S)Ts冷却起始温度冷却起始温度T0外界温度外界温度T t 永永 久久 应应 力力 示示 意意 线线剖面实际温度示意线剖面实际温度示意线0 0 内层温度从应变点开始下降：内层温度从应变点开始下降：说明：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力(压应力压应力)。0 0温度温度(Temperature)应力应力(Strain)位置位置(Position)应变点温度应变点温度 (=1013.6Pa.S)Ts冷却起始温度冷却起始温度T0外界温度外界温度T t 永永 久久 应应 力力 示示 意意 线线剖面实际温度示意线剖面实
13、际温度示意线 内外层继续冷却内外层继续冷却说明：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。随着内层逐渐降温、收缩，原先的应力逐渐被抵消而减小。0 0温度温度(Temperature)应力应力(Strain)位置位置(Position)应变点温度应变点温度 (=1013.6Pa.S)Ts冷却起始温度冷却起始温度T0外界温度外界温度T t 永永 久久 应应 力力 示示 意意 线线剖面实际温度示意线剖面实际温度示意线 内外层继续冷却直至均达到环境温度内外层继续冷却直至均达到环境温度说明：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，更趋到此时为止，内层形成较外层更致密
14、的结构，即收缩较外层大，更趋于紧收，但受外层阻碍故呈于紧收，但受外层阻碍故呈张应力张应力，外层则呈相反的，外层则呈相反的压应力压应力状态。状态。小结小结:在高于应变点的温度时，通过应力松弛的作用，温度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。永久应力。通过缓慢降温，减小温度梯度，从而减小永久应力通过缓慢降温，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。是可能的，这也是退火作用的本质。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玻璃中局部区域化学组成不均匀导致
15、结构不均匀而产生不同的膨胀系数，因而产生的应力。的膨胀系数，因而产生的应力。如条纹、结石、节瘤等不均匀体都会产生结构应力。如条纹、结石、节瘤等不均匀体都会产生结构应力。结构应力是由于玻璃固有结构所造成的应力，无法通过结构应力是由于玻璃固有结构所造成的应力，无法通过退火消除。退火消除。2.玻璃中的结构应力玻璃中的结构应力 当玻璃制品受到外力作用的时候，玻璃中产生的应力。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。在低温下外力撤去时，机械应力随之消失。如果机械应力超过应力极限，会导致制品破裂。如果机械应力超过应力极限，会导致制品破裂。3.玻璃中的机械应力玻
16、璃中的机械应力退火：退火：将玻璃内部的热应力将玻璃内部的热应力消除消除或或减少减少至允许值至允许值的热处理过程。的热处理过程。存在应力的玻璃存在应力的玻璃粘弹性体粘弹性体应力松弛应力松弛消除或减消除或减少应力少应力玻璃的种类玻璃的种类纳米纳米/厘米厘米玻璃的种类玻璃的种类纳米纳米/厘米厘米光学精密玻璃光学精密玻璃25镜玻璃镜玻璃3040光学玻璃光学玻璃1030空心玻璃空心玻璃60望远镜反光镜望远镜反光镜20玻璃管玻璃管120平板玻璃平板玻璃2095瓶罐玻璃瓶罐玻璃50400各种玻璃的允许应力各种玻璃的允许应力光程差光程差 (nm/cm)1.玻璃中应力的消除玻璃中应力的消除 1)应力的松弛应力的
17、松弛 2)冷却时应力的控制冷却时应力的控制0h02=(3)6(1-)E hax 退退 火火 温温 度：度：将玻璃加热到低于玻璃转变温度将玻璃加热到低于玻璃转变温度Tg附近，附近，进行保温均热，消除玻璃的温度梯度。进行保温均热，消除玻璃的温度梯度。最高退火温度：最高退火温度：能在能在3min之内消除玻璃中之内消除玻璃中95%应力的温度。应力的温度。最低退火温度：最低退火温度：能在能在3min之内消除玻璃中之内消除玻璃中5%应力的温度。应力的温度。实际退火温度实际退火温度比比最高退火温度低最高退火温度低2030，实际最低退火实际最低退火温度温度低于最高退火温度低于最高退火温度50150。大部分器皿
18、玻璃的退火温度为大部分器皿玻璃的退火温度为55020，平板玻璃为平板玻璃为550570，瓶罐玻璃为，瓶罐玻璃为550600。2.玻璃的退火温度玻璃的退火温度 1)玻璃的退火温度与退火范围玻璃的退火温度与退火范围 2)退火温度与玻璃组成的关系退火温度与玻璃组成的关系凡是可以降低玻璃粘度的组分，也能降低玻璃的退火温度。凡是可以降低玻璃粘度的组分，也能降低玻璃的退火温度。eg.碱金属氧化物，碱金属氧化物，PbO、BaO 降低退火温度；降低退火温度；SiO2、CaO、Al2O3 提高退火温度；提高退火温度；ZnO、MgO 对退火温度影响不大。对退火温度影响不大。3)玻璃退火温度的测定玻璃退火温度的测定
19、 粘度剂法：粘度剂法：直接测量玻璃粘度直接测量玻璃粘度1012PaS时的温度；时的温度；双折射法：双折射法：通过起偏镜和检偏镜观察玻璃干涉条纹的变通过起偏镜和检偏镜观察玻璃干涉条纹的变化，干涉条纹开始消失，最低退火温度。化，干涉条纹开始消失，最低退火温度。差热法：差热法：加热过程吸热峰的起点为最低退火温度，最高加热过程吸热峰的起点为最低退火温度，最高点为最高退火温度。点为最高退火温度。3.玻璃的退火工艺玻璃的退火工艺退火工艺退火工艺I I加热阶段加热阶段均热阶段均热阶段快冷阶段快冷阶段慢冷阶段慢冷阶段玻璃退火曲线示意图玻璃退火曲线示意图一次退火：一次退火：玻璃制品成型后玻璃制品成型后不冷却直接
20、退火不冷却直接退火的工艺过程。的工艺过程。二次退火：二次退火：玻璃制品成型后玻璃制品成型后先冷却后加热再退火先冷却后加热再退火的工艺过程。的工艺过程。加热阶段加热阶段：（不是必须的）：（不是必须的）厚度为厚度为2a2a厘米的玻璃的厘米的玻璃的：min)/(1302Cahaa玻璃厚度玻璃厚度cm【空心玻璃制品总厚度，实心玻璃厚度的一半空心玻璃制品总厚度，实心玻璃厚度的一半】一般采用玻璃的加热速率为最大速度的一般采用玻璃的加热速率为最大速度的1520,光学玻璃一般小于光学玻璃一般小于5。加热速度加热速度：较快；较快；均热阶段：保温均热消除应力均热阶段：保温均热消除应力退火温度退火温度：比退火上限低
21、比退火上限低2030保温时间保温时间：70a2120a2(a为制品厚度的一半）为制品厚度的一半）t保温时间，保温时间，min；a制品的厚度，制品的厚度，cm；n玻璃退火后容许存在的内应力，玻璃退火后容许存在的内应力，nm/cm。nat2520 慢冷阶段：防止过大温差慢冷阶段：防止过大温差0226(1)(3)hEax a-制品厚度的一半；制品厚度的一半；E-弹性模弹性模量；量；-泊松比；泊松比；-膨胀系数；膨胀系数；h0-冷却速度；冷却速度；x-应力测试点离应力测试点离壁厚中线的距离壁厚中线的距离;-允许应力允许应力 快冷阶段快冷阶段最大冷却速率：最大冷却速率：hc=65/a2（/min）一般玻
22、璃采用此值一般玻璃采用此值1520，光学玻璃取，光学玻璃取5%以下。以下。快冷的开始温度，必须低于玻璃的应变点快冷的开始温度，必须低于玻璃的应变点 此时玻此时玻璃结构完全固定，不会产生永久应力。璃结构完全固定，不会产生永久应力。退火设备退火设备间歇式退火窑间歇式退火窑特点：特点：适应性强，适合适应性强，适合小批量和特大型产品。小批量和特大型产品。温度分别不均匀，耗热温度分别不均匀，耗热大，生产能力低，操作大，生产能力低，操作笨重。笨重。特点：特点：生产连续化，可以自动化，生产连续化，可以自动化，退火质量好，耗热低，生退火质量好，耗热低，生产能力大，适用于单一和产能力大，适用于单一和大批量的制品
23、生产。大批量的制品生产。连续式退火窑连续式退火窑淬火：淬火：将加热的玻璃在介质中急冷，使玻璃表面产生有规将加热的玻璃在介质中急冷，使玻璃表面产生有规律的、均匀分布的压应力，从而提高玻璃的强度和律的、均匀分布的压应力，从而提高玻璃的强度和热稳定性。热稳定性。退火玻璃退火玻璃粘弹性体粘弹性体淬火玻璃淬火玻璃加热到加热到Tg以以上上5060急速均匀冷却急速均匀冷却 淬火玻璃淬火玻璃(钢化玻璃钢化玻璃)其实其实是一种是一种预应力预应力玻璃玻璃.举例：举例：1)淬火玻璃的抗弯强度淬火玻璃的抗弯强度淬火玻璃的强度要比一般玻璃大淬火玻璃的强度要比一般玻璃大45倍。倍。1.淬火玻璃的特性淬火玻璃的特性 2)淬
24、火玻璃的抗冲击性淬火玻璃的抗冲击性淬火玻璃的抗冲击性要比一般玻璃大几倍。淬火玻璃的抗冲击性要比一般玻璃大几倍。3)淬火玻璃的热稳定性淬火玻璃的热稳定性理论上淬火玻璃可经受的温度范围达理论上淬火玻璃可经受的温度范围达250320。安全性好，没有尖角碎玻璃，故又叫安全玻璃；安全性好，没有尖角碎玻璃，故又叫安全玻璃；淬火玻璃一般不能再进行切割。淬火玻璃一般不能再进行切割。4)淬火玻璃的其他性能淬火玻璃的其他性能 当玻璃被外力破当玻璃被外力破坏时，成为豆粒大坏时，成为豆粒大的颗粒，减少对人的颗粒，减少对人体的伤害。体的伤害。玻璃器皿和平板玻璃玻璃器皿和平板玻璃薄壁玻璃薄壁玻璃淬火工艺淬火工艺风冷淬火风
25、冷淬火液冷淬火液冷淬火空气空气油脂，硅油，油脂，硅油，石蜡，焦油，石蜡，焦油，金属熔盐等金属熔盐等加热加热检测检测风冷风冷加热加热洗涤洗涤液冷液冷检测检测 2.淬火工艺淬火工艺 1)淬火温度与冷却速度淬火温度与冷却速度 3.影响玻璃淬火的工艺因素影响玻璃淬火的工艺因素 2)玻璃的化学组成玻璃的化学组成:应力同玻璃的膨胀系数、应力同玻璃的膨胀系数、弹性模量、温度差成正弹性模量、温度差成正比，与泊松比成反比，比，与泊松比成反比，都通过化学组成来影响都通过化学组成来影响玻璃的应力。玻璃的应力。3)玻璃的厚度玻璃的厚度:厚度越大，淬火程度越高。厚度越大，淬火程度越高。平板玻璃一般用平板玻璃一般用2.5mm以上的玻璃，以上的玻璃，若厚度小于若厚度小于2.5mm，则需要极高的冷却速则需要极高的冷却速率才能得到较好的淬率才能得到较好的淬火程度。火程度。
