玻璃性质与工艺手册 玻璃的退火和淬火
chapter 5 玻璃的热处理与加工解析
根据淬冷介质的不同，分为风冷淬火和液冷淬火。 1、淬火玻璃的特性 1) 抗弯强度
当温度梯度消失，应力也消失。
把温度低于应变点
以下、无应力的玻璃
板进行双面均匀自然
冷却至室温、其在冷 却过程中玻璃板内的 温度分布和应力分布 情况见图。
2) 永久应力 温度梯度消失，表面与内部温度为常温时，内部残 留的热应力。 将玻璃加热到高 于应变点的温度， 均热后自然冷却， 经一定时间后，玻 璃中温度场分布为 抛物线分布。
2、退火温度 玻璃转变温度Tg附近某一温度。保温时能消除玻璃各 部分的温度梯度，使应力松驰。 退火上限温度，3min能消除应力的95%； 退火下限温度，3min能消除应力的5%； 一次退火：玻璃制品成型后立即进行的 退火工艺； 二次退火：制品冷却以后再进行退火的工艺
二、玻璃的退火
3、玻璃退内容：
玻璃的退火与淬火 玻璃的加工
5.1
一、玻璃的应力
玻璃的退火与淬火
分为三类：热应力、结构应力和机械应力 1、玻璃的热应力 由于温度差而产生的内应力称为热应力。分为：
1) 暂时应力：在温度低于应变点时，玻璃处于弹性
变形温度范围，在经受不均匀温度变化时产生热应力。
表面为压应力、内部为张应力。
2、玻璃中的结构应力
玻璃因化学组成不均导致结构上的不均匀布产生的 应力。
3、机械应力
由外力作用在玻璃上引起的应力，当外力除去时，
5 玻璃的退火与退火窑(1)
5.1.3 应力的检验
利用玻璃中的内应力使玻璃在光学上成为各 向异性体，影响玻璃光学性能的现象来检验 玻璃中内应力的大小. 玻璃中的内应力可以用光程差表示。 应用偏光仪测定玻璃中单位行程的光程差， 从而可以根据不同玻璃的偏光应力系数B来 计算玻璃中的内应力。
残余应力与玻璃板厚度的关系
5.1.1.3 玻璃退火的标准
5.1.2.2 重要冷却区(B区) 所谓重要冷却区是指玻璃在退火过程中最关 键的区域，因为经退火后的玻璃中的永久应 力的大小及其分布状况，主要决定于玻璃在 此区的冷却速度和温度的分布情况。 主要消除玻璃中残存应力的地方。 出A区温度在510~520℃左右 。
5.1.2.3 冷却区(亦称后退火区，C区)
5 玻璃的退火与退火窑
机械零件的退火 将钢件（钢坯）加热到临界温度以上 30°C~50°C保温一段时间，然后再缓慢 地冷却下来（一般用炉冷），其目的是用来 清除铸、锻、焊零件的内应力，降低硬度， 以易于切削加工，细化金属晶粒，改善组织， 增加韧性。
浮法玻璃的退火是指从锡槽出来的玻璃带， 按一定的温度曲线，进行冷却的过程。其目 的是消除玻璃中的残余内应力和光学不均匀 性，以及稳定玻璃内部的结构。 玻璃的退火可分为两个主要过程：一是内应 力的减弱和消除，二是防止内应力的重新产 生。
一般光学玻璃制品退火要求高些，退火后的 残余应力要求在2～5.0nm/cm之内。 普通钠钙硅玻璃相为100nm/cm。 玻璃退火后的残余应力随玻璃板的厚度增加 而增大。
5.1.1.4 退火温度的确定
玻璃在此塑性变形时的温度范围，称为玻璃的退火 温度范围。 最高退火温度是指在此温度下保温2min，应力可 以消除95%； 最低退火温度是指在此温度下保温2min，应力可 以消除5%。这两个温度构成了玻璃的退火温度范 围。 退火温度的上下限，一般介于50～100℃之间，它 与玻璃本身的特性有关。根据理论计算和生产经验， 浮法玻璃的最高退火温度约为540～570℃。
玻璃的退火工艺
玻璃的退火工艺一、玻璃的退火工艺包括哪几个阶段为了清理玻璃中的应力,必须把玻璃加热到低于玻璃转变温度Tg 附近某一温度进行保温均热,以清理玻璃各部分的温度梯度,使应力松弛,这个选定的保温均热温度称玻璃的退火温度.玻璃在退火温度下,由于粘度很大还不会发生可测得的变形.玻璃的退火上限温度是指在此温度下经过 3min 能清理 95 %的应力;退火下限温度是指在此温度下经 3min 只能清理 5 %的应力,上下限退火温度之间为退火温度范围.大部分器皿玻璃的退火上限温度为550 ± 20 ℃ ,平板玻璃为 550 ~ 570 ℃ 、瓶罐玻璃为550 ~ 600 ℃ .实际上,一般采用的退火温度都比退火上限温度低20 ~ 30 ℃ ,低于退火上限温度50 ~ 150 ℃ 的为退火下限温度. 玻璃的退火温度与其化学组成有关.凡能降低玻璃粘度的组成也能降低退火温度,如碱金属氧化物 Na 2 0 、 K 2 O 等. SiO 2 、 Al 2 O 3 、 CaO 等都增加玻璃粘度,所以随着它们含量的增加其退火温度都提高.玻璃的退火制度与制品的种类、形状、大小、容许的应力值、退火炉内温度分布等情况有关.目前采用的退火制度有多种形式.根据退火原理,退火工艺可分为四个阶段:加热阶段、均热阶段、慢冷阶段和快冷阶段.按上述四个阶段可作出温度-时间曲线,此曲线称退火曲线.1 .加热阶段不同品种的玻璃有不同的退火工艺.有的玻璃在成型后直接进入退火炉进行退火,称为一次退火;有的制品在成型冷却后再经加热退火,称为二次退火.所以加热阶段对有些制品并不是必要的.在加热过程中,玻璃表面产生压应力,所以加热速率可相应高些,例如20 ℃ 的平板玻璃可直接进入700 ℃ 的退火炉,其加热速率可高达300 ℃ / rain .考虑到制品大小、形状、炉内温度分布的不均性等因时间素,在生产中一般采用的加热速率为20/a 2 ~ 30/a 2 ( ℃ /min) ,对光学玻璃制品的要求更高.2 .均热阶段把制品加热到退火温度进行保温、均热以清理应力.在本阶段中首先要确定退火温度,其次是保温时间.一般把比退火上限温度低20 ~ 30 ℃ 作为退火温度.退火温度除直接测定外,也可根据玻璃成分计算粘度为10 12 Pa ? s 时的温度.当退火温度确定后,保温时间可按 70a 2 ~ 120a2 进行计算,或者按应力容许值进行计算.3 .慢冷阶段为了使玻璃制品在冷却后不产生应力,或减小到制品所要求的应力范围内,在均热后进行慢冷是必要的,以防止过大的温差.4 .快冷阶段玻璃在应变点以下冷却时,如前述只产生暂时应力,只要它不超过玻璃的较限强度,就可以加快冷却速度以缩短整个退火过程、降低燃料消耗、提高生产率.在生产上,一般都采用较低的冷却速度,这是由于制品或多或少存在某些缺点,以免在缺点与主体玻璃间的界面上产生张应力.对一般技术玻璃采用此值的 15 %~ 20 %,通常还应在生产实践中加以调整.二、退火玻璃的详细制作流程为了避免冷却过快而造成玻璃炸裂,玻璃毛坯定型后立即转入退火用的箱式电阴炉中,在退火温度下保温30min左右,然后按照冷却温度制度降温到一定温度后切断电源停止加热,让其随炉自然缓慢冷却至100℃以下,出炉,在空气中冷却至室温.若玻璃试样退火后经应力检验不合格,须重新退火,以防加工时碎裂.重新退火时首先将样品埋没于装满石英砂的大坩埚中,再把坩埚置于马弗炉内,升温至退火温度保温1h,然后停止加热让电炉缓慢降温(必要时在上、下限退火温度范围内每降温10℃保温一段时间),直至100℃以下取出.相关概念热应力温度改变时，物体由于外在约束以及内部各部分之间的相互约束，使其不能完全自由胀缩而产生的应力。
chapter 5 玻璃的热处理与加工
三、玻璃的表面处理
可分为三类：形成玻璃的光滑表面或散光面，通过表面控 制玻璃表面的凸凹（化学蚀刻，化学抛光）；改变玻璃表面的 薄层组成，改善表面性质，得到新的性能；进行表面涂层。
1、玻璃的化学蚀刻
用HF溶掉玻璃表面层的硅氧，根据残留盐的溶解度的不同， 而得到有光泽或无光泽毛面。盐类溶解度大，得到光泽表面， 反之得到无光泽表面；蚀刻液可在HF中加入KF、NH4F与水。
因此
0.45h0 (a 2 3 x 2 )( MPa)
4)
快冷阶段
玻璃在应变点以下温度冷却，只产生暂时应力。只
要应力不超过其极限强度，就可提高冷却速度。 最大冷却速度：
hc 65 / a
2
生产上采用较低的冷却速度如计算值的15%－ 20%，甚至采用： h 2 / a 2 c
三、玻璃的淬火
2、玻璃的化学抛光
单纯的化学侵蚀作用，适用于玻璃器皿；
化学侵蚀与机械研磨相结合，用于平板玻璃。
三、玻璃的表面处理
3、表面着色（扩散着色） 表面着色即在高温下用着色离子的金属、熔盐、 盐类糊膏涂覆在玻璃表面上，使着色离子与玻璃中的 离子进行交换，扩散到玻璃表层中，使玻璃着色。有 些金属离子还原成原子并聚集成胶体而着色。
在应变点以上冷却时，玻璃外层受张应力，内层 为压应力，此时玻璃也具有粘弹性，呈可塑状态， 受力后产生位移和变形，使由温度产生的内应力消 失。这一过程称为应力松驰过程。
冷却到应变点以下，玻璃为弹性体，应力变化与暂时
应力的变化情况相同。到室温时，可消除应变点以下产
生的应力，但不能消除应变点以上所产生的应力，此时
表面为压应力、内部为张应力。
2、玻璃中的结构应力
玻璃因化学组成不均导致结构上的不均匀布产生的 应力。
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。
第十章玻璃的退火讲解
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。
玻璃工艺学
2
(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。
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。
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
24
玻璃工艺学 19
温度
退火温度
上限退火温度
下限退火温度
时间
加热 保温 慢冷 快冷
1、加热阶段 加热时玻璃制品表面为压应力，升温速度可较快：
130 最大升温速度 hc ＝ 2（c/ 分） a a－空心或单面受热的玻璃制品的总厚，cm 实心制品的半厚， cm 玻璃工艺学
20
考虑表面微裂纹、缺陷、厚度均匀性及退火炉温度分布均匀 性，一般工业中采用
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；
玻璃的退火工艺制度
玻璃退火在建筑 玻璃中的应用
建筑玻璃作为建筑外墙、 窗户等重要部件，需要经 过退火工艺来提高其强度 和耐久性。通过退火工艺 可以使得建筑玻璃在受到 外力冲击时不易破裂，保 障建筑物的安全性。
玻璃退火在工艺玻璃中的应用
弯曲玻璃
保证形状和性能
夹胶玻璃
增加透光性和强度
智能制造应用
借助智能技术提升 生产效率
绿色生产理念
推动工艺向绿色生 产方向转变
玻璃退火工艺的创新 模式
01 智能化生产
引入智能设备提升生产效率
02 定制化服务
根据客户需求提供个性化定制服务
03
● 06
第六章 总结与展望
玻璃的退火工艺 制度
玻璃退火工艺作为玻璃制 造中重要的工艺环节，通 过释放内部应力、提高玻 璃品质，为玻璃产品的生 产和应用提供了重要支撑。 在未来的发展中，玻璃退 火工艺将继续发挥重要作 用，为玻璃产业的创新和 发展做出更大贡献。
谢谢观看！
玻璃退火的影响因素
温度
影响退火效果的重要因素之一
时间
控制退火过程的持续时间
冷却速率
影响玻璃内部结构的形成
玻璃厚度
决定退火参数的设定
玻璃退火的实践应用
01 工艺优化
不断改进退火工艺，提高玻璃产品质量
02 生产控制
严格控制退火参数，确保产品稳定性
03 技术创新
引入新技术提升退火效率和效果
总结
玻璃的退火工艺制度对玻璃制品质量和性能起着至关重要的 作用。通过合理控制退火参数，可以使玻璃内部应力得到释 放，提高玻璃的强度和耐热性，从而满足不同领域对玻璃产 品的需求。
提升品质
满足高品质需求
个性化处理
玻璃的退火与淬火
图4-1 玻璃暂时应力产生示意图 温度分布曲线； 应力分布曲线
2、永久应力（permanentstress）
当玻璃内外温度相等时所残留的热应力。 由于应变点以上的玻璃具有粘弹性，即此 时的玻璃为可塑状态，在受力后会产生位 移和变形，使由温度梯度所产生的内应力 消失，这个过程称为应力松弛过程。
4.2.2 玻璃退火工艺
玻璃的退火制度与制品的种类、形状、大小、 容许的应力值、退火炉内温度分布等情况有
关。
一般根据退火原理，退火工艺可分为四个阶
段：加热阶段、均热阶段、慢冷阶段和快冷
阶段。
按上述四个阶段可作出温度-时间曲线，此曲
线称为退火曲线。
图4-3 玻璃退火曲线示意图 I-加热阶段；Ⅱ-均热阶段；Ⅲ-慢冷阶段；Ⅳ-快冷阶段
α——膨胀系数；E——弹性模量； λ——导热系数；μ——泊松比； h0——冷却速度；a——制品厚度的一半； x——应力测试点离壁厚中线的距离。
6 (1 ) 由上式可得出冷却速度 h0： h0 E (a 2 3 x 2 )
在温度较高阶段,由温度梯度产生的热弹性 应力松弛速度很大，转变成永久应力的趋势 也大，所以初冷速率应最低。 最初的慢冷速度 h0(℃/min)为：
厚度为2a厘米的玻璃以恒速加热达到稳定状态时，中 心及表面的温度差为： ha 2 T 2k
式中h——加热速率（℃/分），k——玻璃导热系数。 阿丹姆斯及威廉逊求得玻璃的最大加热速度为：
130 ha 2 ( C / 分） a
式中a——玻璃厚度，空心玻璃制品为总厚度，实心 制品为厚度的一半。 为安全起见，一般技术玻璃取最大加热速度的1520%，即20/a2~30/a2。光学玻璃取其5%以下。
1．加热阶段
玻璃的退火和淬火要求
4.1 玻璃的应力 4.2 玻璃的退火 4.3 玻璃的淬火
玻璃的热处理是指玻璃在转变温度与软化温度之间所进行 的热过程。
在该过程中玻璃的结构和性能往往能发生显著的变化：应 力的产生和消除，分相和晶化，发泡和烧结，表面处理和 增强等，使玻璃从一个状态转变到另一个状态，同组成的 玻璃可以有截然不同的性能。
图4-1 玻璃暂时应力产生示意图 温度分布曲线； 应力分布曲线
2、永久应力（permanentstress）
当玻璃内外温度相等时所残留的热应力。 由于应变点以上的玻璃具有粘弹性，即此时的玻璃为可
塑状态，在受力后会产生位移和变形，使由温度梯度所 产生的内应力消失，这个过程称为应力松弛过程。
图4-2 玻璃永久应力产生示意图 温度分布曲线； 应力分布曲线
6(1) h0 E(a2 3x2)
在温度较高阶段,由温度梯度产生的热弹性应力松弛速度 很大，转变成永久应力的趋势也大，所以初冷速率应最 低。
最初的慢冷速度 h0(℃/min)为：
n h0 13a 2
温度↓，应力松弛速度↓，慢冷速度↑
ht h0(130t0)(oC/min)
退火温度范围——最高退火温度至最低退火温度之间的范 围。
一般：最高退火温度-(20~30)℃ ~ 最高退火温度-(50~150℃)
2、退火温度与玻璃的关系
玻璃的退火温度与其化学组成有关，凡能降低玻 璃粘度的组成，也能降低退火温度。
碱金属氧化物能显著地降低玻璃的退火温度，其 中Na2O的作用大于K2O的作用。
主要参数是退火温度和在此温度下的保温时间。
玻璃的退火温度，可采用比最高退火温度低20-30℃，或者 通过计算或测定求得。在退火温度下的保温时间，可按 70a2 - 120a2 计算，或者按应力允许值进行计算
玻璃工艺重点内容
12.23玻璃工艺重点内容1、玻璃淬火处理根据原理的不同可以分为哪两种（急冷淬火和慢冷淬火）。
2、玻璃制品的退火过程一般分为哪几个阶段(加热、保温、慢冷、快冷)。
3、熔制过程中火焰和配合料、玻璃液间主要以什么方式传热（火焰辐射和对流加热）。
4、玻璃配合料中引入碎玻璃的目的是什么，一般加入量是多少：目的：①回收重熔碎玻璃可以变废为宝、保护环境;②从工艺上看，合理引入碎玻璃会加速熔制过程，降低玻璃的熔制的热耗，从而降低生产成本，增加产量。
用量：一般25-30%（最大可达70-100%）。
5、玻璃组成中形成体组分含量越高，对玻璃的透紫外能力、导电能力、机械强度、玻璃熔体粘度有什么影响（透紫外→越好，导电→下降，机械强度→增加，玻璃熔体粘度→增大）。
6、玻璃配合料中加入纯碱的目的是什么，纯碱加入量越大对玻璃熔制温度、生产出的玻璃化学稳定性、绝缘性、热稳定性有什么影响：①目的：引入网络外体、助熔、降低粘度；②纯碱加入量越大，熔制温度↓；化学稳定性、绝缘性、热稳定性均↓变差。
7、玻璃的熔制过程包括哪几个阶段，其中哪个阶段温度最高：阶段：硅酸盐形成阶段、玻璃形成阶段、玻璃液的澄清阶段、玻璃的均化阶段、玻璃的冷却阶段。
玻璃液的澄清阶段温度最高。
8、玻璃的原料主要包括哪三大类：主要原料、辅助原料、碎玻璃。
9、玻璃红外光、紫外光的吸收原理是什么：①红外原理：红外频率与玻璃中分子本征振动频率相近，引起共振而产生吸收；②紫外原理：光子激发阳离子的电子到高能级的结果。
10、玻璃配合料为什么要有一定的气体率：受热分解后所逸出的气体，对配合料和玻璃液起到搅拌作用，有利于硅酸盐形成和玻璃均化。
11、玻璃对光的折射原理：光波为电磁波，对于玻璃是一外加交变电场，通过时会引起玻璃内部质点的极化变形，离子偶极矩改变所需能量来自光波，光波能量减小，传播速度降低。
12、水、酸、碱和大气对玻璃的侵蚀机理是什么：水机理：①离子交换反应-Si-O-Na+H-OH⇒-Si-OH+NaOH;②硅羟团水化-Si-OH+1.5H2O⇒Si(OH)4③中和反应Si(OH)4+NaOH⇒[Si(OH)3O]Na+H2O另一方面，H2O也能对硅氧骨架直接起反应。