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玻璃的退火原理和退火溫度附退火溫度表

玻璃的退火，是為了減少或消除玻璃在成形或熱加工過程中產(chǎn)生的永久應(yīng)力，提高玻璃使用性能的一種熱處理過程。除玻璃纖維和薄壁小型空心制品外，幾乎所有的玻璃制品都需要進(jìn)行退火。

玻璃的退火，就是把具有永久應(yīng)力的玻璃制品重新加熱到玻璃內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)可以移動(dòng)的溫度，利用質(zhì)點(diǎn)的位移使應(yīng)力分散(稱為應(yīng)力松弛)來消除或減弱永久應(yīng)力。應(yīng)力松弛速度取決于玻璃溫度，溫度越高，松弛速度越快。因此，一個(gè)合適的退火溫度范圍是玻璃獲得良好退火質(zhì)量的關(guān)鍵。

以保溫3min能消除95%應(yīng)力的溫度為退火溫度上限(或稱最高退火溫度)，此時(shí)玻璃黏度為10(12次方)Pa· s 。以保溫3min只能消除5%應(yīng)力的溫度為退火溫度下限(稱最低退火溫度)，此時(shí)玻璃黏度為10的12次方 Pa·s。退火溫度上限與下限一般相差50~150℃，此即為退火溫度范圍。高于退火溫度上限時(shí)，玻璃會(huì)軟化變形;低于退火溫度下限時(shí)，玻璃結(jié)構(gòu)實(shí)際上可認(rèn)為已固定，內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)已不能移動(dòng)，也就無法分散或消除應(yīng)力。

玻璃在退火溫度范圍內(nèi)保溫一段時(shí)間，以使原有的永久應(yīng)力消除。之后要以適當(dāng)?shù)睦鋮s速度冷卻，以保證玻璃中不再產(chǎn)生新的永久應(yīng)力，如果冷卻速度過快，就有重新產(chǎn)生永久應(yīng)力的可能。這在退火制度中用慢冷階段保障。慢冷階段必須持續(xù)到最低退火溫度以下。

玻璃在退火溫度以下冷卻時(shí)，只會(huì)產(chǎn)生暫時(shí)應(yīng)力，因此可以采用快冷，以節(jié)約時(shí)間和減少生產(chǎn)線長度，但也必須控制一定的冷卻速度。冷卻過快時(shí)，可能會(huì)使產(chǎn)生的暫時(shí)應(yīng)力大于玻璃本身的極限強(qiáng)度而導(dǎo)致制品炸裂。

部分玻璃的退火溫度見表1所列。

表1 某些玻璃的退火溫度范圍

玻璃退火時(shí)的加熱溫度越高，消除玻璃制品應(yīng)力所需時(shí)間越短，但是慢冷所需時(shí)間越長。反之，如果加熱溫度過低，則消除應(yīng)力的時(shí)間太長，慢冷時(shí)間則較短。所以實(shí)際上總是把加熱溫度選擇在使總的退火時(shí)間最短的溫度。一般取加熱溫度較計(jì)算的最高退火溫度高5~7℃。

玻璃的退火溫度與其化學(xué)組成密切相關(guān)，凡能降低玻璃黏度的成分，均能降低退火溫度。如堿金屬氧化物的存在能顯著降低退火溫度，其中Na2O的作用大于K2O、SiO2、ca0和AL2O3對(duì)提高退火溫度的作用。PbO和BaO則使退火溫度降低，而PbO的作用比BaO的作用大。ZnO和MgO對(duì)退火溫度的影響很小。含有B2O3 15%～20%的玻璃，其退火溫度隨著B2O3含量的增加而明顯地提高。如果超過此含量時(shí)，則退火溫度隨著含量的增加而逐漸降低。

根據(jù)奧霍琴經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出η=10的12次方Pa·S黏度的溫度，即玻璃的最高退火溫度。見表2所示。