玻璃中的应力一般可分为三类.docVIP

浅谈玻璃的应力 关键词： 应力 温度梯度 摘要： 一、玻璃的应力 玻璃的热应力是由于玻璃中存在温差而产生的，按其产生的特点可分为暂时应力和永久应力两类。浮法玻璃退火的目和就是消除和均衡这种内应力，防止玻璃板的炸裂和利于玻璃板的切割。 1、暂时应力 浮法玻璃的应变点温度即退火下限温度是一个关键的温度点，通常情况下470C左右。退火窑在此温度之前称为退火区，玻璃板处在塑性状态；在此温度之后称为冷却区，玻璃板处于弹性状态。在温度低于应变点时，处于弹性变形温度范围内（即脆性状态）的玻璃在经受不均匀的温度变化时所产生的热应力，随温度梯度的存在而存在，随温度梯度的消失而消失，这种应力称为暂时应力。 把温度低于应变点以下的、无应力的玻璃板进行双面均匀自然冷却，则玻璃表面层的温度急剧下降，由于玻璃的导热系数低，故内层冷却缓慢，由此在玻璃内部产生了温度梯度，沿厚度方向的温度场分布呈抛物线形，如图 1 实线所示。玻璃在冷却过程中处于较低温度的外层收缩量应大于内层，但由于受到内层的阻碍而不能收缩到正常收缩量，所以外层产生了张应力，内层处于压缩状态而产生了压应力。这时玻璃厚度方向的应力分布是外层为张应力，内层为压应力，其应力分布呈抛物线形，如图 1 虚线所示。在玻璃中间的某层，压应力和张应力大小相等，应力方向相反，相互抵消，该层应力为零，称中性层。 图 1 玻璃暂时应力产生的示意图 玻璃继续冷却，当表面层冷却到室温后，表面温度不再下降，其体积也不再收缩，但内层温度高于外层，它将继续降温收缩，这样外层开始受到内层的拉引而产生压应力，此部分应力将部分抵消冷却开始时所受到的张应力，而内层收缩时受到外层的拉伸呈张应力，将部分抵消冷却开始时的压应力。随着内层温度不断下降，外层的张应力和内层的压应力不断相互抵消，当内外层温度一致时，玻璃中不再存在应力。暂时应力虽然随温度梯度的消失而消失，但其应力值应严加控制，若超过了玻璃的抗张强度的极限，玻璃会发生炸裂。 2、永久应力 当玻璃内外温度相等时所残留的热应力称永久应力。 当一块玻璃板加热到高于玻璃应变点以上的某一温度，待均热后板两面均匀自然冷 却，经一定时间后玻璃中温度场呈抛物线分布，如图! # # 所示。玻璃外层为张应力而内层为压应力，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，在受力后可以产生位移和变形，使由温度梯度所产生的内应力消除。这个过程称为应力松驰过程，这时的玻璃内外层虽存在着温度梯度但不存在应力。当玻璃冷却到应变点以下，玻璃已成为弹性体，以后的降温与应力变化与前述的产生暂时应力的情况相同，待冷却到室温时虽然消除了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，应力方向恰相反，即表面为压应力，内部为张应力，这种应力为永久应力，如图2 所示。 图2 玻璃永久应力产生的示意图 为了消除玻璃中的永久应力，必须把玻璃加热到低于玻璃转变温度T附近某一温度进行保温均热，以消除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。玻璃的最高退火温度是指在此温度下经过3min 能消除95％的应力，此温度亦称退火上限温度；最低退火温度是指在此温度下经3min只能消除5％的应力，此温度亦称退火下限温度。最高退火温度和最低退火温度之间为退火温度范围。 实际上，一般采用的退火温度都比最高退火温度低20～30℃，低于最高退火温度 50～150℃的为最低退火温度。 二、玻璃板在退火过程中出现的问题和解决方法 玻璃板在退火过程中容易出现的问题主要是炸裂和切割困难，从炸裂的成因上又分为在退火区和冷却区产生的炸裂，主要形式是纵炸和横炸。主要发生的地点在D区以后，切割困难主要包括横切瓣断不齐和纵刀辧边多角少角。 2.1炸裂 2.1.1纵炸 是指沿玻璃板拉引方向上发生的纵向裂纹，一般较长，损失的玻璃多。 c．第三种情况：如图4，炸裂呈“x 型，说明板两侧 压应力高，增加板两侧的吹风量或减少板中的吹风量或 在A 区、c区做相应的调整。 4 (2)切割当中遇到的问题 浮法玻璃出退火窑后进入切割区，如在确认非切割 刀具问题，仍出现横断不齐和掰边多角少角现象，说明是 退火原因造成的。浮法玻璃理想的切割状态是：板两侧受 压应力，中间受张应力；板上受张应力，板下受压应力。故 在设定各区温度时，可在不产生炸裂的情况下，人为考虑 以上因素，例如：A区板中温度可设定高于板边，c区板 下温度高于板上温度。 3．2．1 横断时出现的退火问题 a．掰断时，玻璃板为 丫”形，如图5，说明此侧的压 应力过大 调整：适量增加F区此侧的吹风量。 b．第二种情况如图6，玻璃板中部压应力大。 调整：增加F区中部吹风量。 c．第三种情况如图7，玻璃板中部张应力大。