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。