玻璃加工热应力简析之厚玻璃退火和改进

退火基本原理玻璃在成型过程中，由于经受了剧烈的温度变化，使内外层产生温度梯度，并且由于制品的形状、厚度、受冷却程度等的不同，引起制品中产生不规则的热应力。这种热应力能降低制品的机械强度和热稳定性，也影响玻璃的光学均一性，若应力超过制品的极限强度，便会自行破裂。所以玻璃制品中存在不均匀的热应力是一个严重的缺陷。 退火是一种热处理过程，可使玻璃中存在的热应力尽可能消除或减小至允许值。除玻璃纤维和薄壁小型空心制品外，几乎所有玻璃制品都需要进行退火。玻璃制品中的热应力，按其存在的特点，分为暂时应力和永久应力两种。 ①暂时应力。玻璃在应变点温度以下加热或冷却时，由于其导热性较差，各部位将形成温度梯度，从而产生一定的热应力。这种热应力，随着温差的存在而存在，温差越大，暂时应力也越大，并随着温差的消失而消失。这种热应力称为暂时应力。 应该注意的是，虽然暂时应力可以自行消除，但在温度均衡之前，当暂时应力值超过玻璃的极限强度时，玻璃同样会自行破裂，所以玻璃在脆性温度范围内的加热或冷却速度不宜过快。 ②永久应力。玻璃从应变点温度以上开始冷却时，由温差产生的热应力，到玻璃冷却至室温、内外层温度均衡后，并不能完全消失，玻璃中仍然残存着一定的应力，这种应力称为水久应力。永久应力的大小取决于制品在应变点温度以上时的冷却速度、玻璃的黏度、热膨胀系数及制品的厚度等。 玻璃的退火，就是把具有永久应力的玻璃制品重新加热到玻璃内部质点可以移动的温度，利用质点的位移使应力分散（称为应力松弛）来消除或减弱永久应力。应力松弛速度取决于玻璃温度，温度越高，松弛速度越快。因此，一个合适的退火温度范围，是玻璃获得良好退火质量的关键。 实际生产过程中，完全消除永久应力是不可能的。通过退火希望残余应力减少或均化到最低限度之内，以增强玻璃的机械强度和热稳定性。 厚玻璃退火的特点厚玻璃的生产方法主要有反向法和挡板法两种，这里主要讨论挡板法生产厚玻璃时的退火。挡板法生产的厚玻璃其主要原理是将玻璃液"冻结"在挡板区域。其退火的主要特点如下，1.此种方法生产的厚玻璃由于边部较冷，玻璃的边部厚度较薄，因此边部的压应力很大。2.玻璃越厚，热量保持在玻璃体内的时间越长。3.为了满足切割要求，必须减小钢化应力。4.要防止边子在后退火区冷却太快，在边子处产生较高的暂时张应力，导致纵裂损失。 退火改进改进厚度曲线，控制边部厚度厚玻璃的退火好坏和玻璃的厚度曲线密切相关，特别是玻璃板的边部厚度，一般要求厚度曲线要保证边子25毫米处的厚度比平均厚度薄约1毫米。在以往的生产中我们往往做不到这一点，主要是边部太薄。 降低负载，以降低钢化应力厚玻璃生产由于厚度的增加，导致热量在玻璃体内的保持时间延长，如果在高负载下生产厚玻璃会导致玻璃体内的钢化应力增加，给后面的切割和客户的改切带来困难，也会使退火造成麻烦，炸裂增加，降低成品率。因此必须降低负载，以满足合适的钢化应力。 在A区增加煤气喷枪和在清洗机后增加冷冻水如前所述，边部应力的好坏直接影响纵切的好坏，这就要求玻璃在退火窑的A区和B区尽量提高边部的温度，由于在退火窑的进口处已加了间隙喷枪，因此在A区加一对煤气喷枪是一个不错的选择，以提高玻璃边部的张应力。同理在清洗机后增加冷冻水也同样能提高边部的临时张应力，达到改善纵切的目的。 适当降低A区温度如前所述玻璃越厚，其热量保持在玻璃体内的时间越长，相应其退火时间也就越长。由于退火窑的退火长度是固定的，因此可以通过适当降低A区的温度来延长退火区，最终达到降低玻璃钢化应力的目的。在RET区增加边部煤气喷枪。在厚玻璃的生产中损失最大的是玻璃的纵裂，如果一旦发生纵裂少则半小时，多的时候有可能需要几小时，因此我们要特别防止类似情况发生。 在厚玻璃的生产中，我们可以采取改进厚度曲线，控制边部厚度；降低负载；在A区增加煤气喷枪和在清洗机后增加冷冻水；适当降低A区温度；在RET区增加边部煤气喷枪等措施来达到最佳成品率和最佳切割质量。