玻璃擁有良好的透過、透光性能，化學(xué)穩(wěn)定性較高，并且可以根據(jù)不同加工方法來(lái)獲得較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度與保溫隔熱效果，甚至能夠使玻璃自主變色，隔絕過強(qiáng)的光線，因此常用于各行各業(yè)，滿足不同的需求。接下來(lái)請(qǐng)看玻璃退火工藝的詳細(xì)介紹，增進(jìn)了解玻璃退火上下限溫度與詳細(xì)制作流程。

一、玻璃的退火工藝包括哪幾個(gè)階段

        為了清理玻璃中的應(yīng)力,必須把玻璃加熱到低于玻璃轉(zhuǎn)變溫度 Tg 附近某一溫度進(jìn)行保溫均熱,以清理玻璃各部分的溫度梯度,使應(yīng)力松弛,這個(gè)選定的保溫均熱溫度稱玻璃的退火溫度.玻璃在退火溫度下,由于粘度很大還不會(huì)發(fā)生可測(cè)得的變形.玻璃的退火上限溫度是指在此溫度下經(jīng)過 3min 能清理 95 %的應(yīng)力;退火下限溫度是指在此溫度下經(jīng) 3min 只能清理 5 %的應(yīng)力,上下限退火溫度之間為退火溫度范圍.

        大部分器皿玻璃的退火上限溫度為 550 ± 20 ℃ ,平板玻璃為 550 ~ 570 ℃ 、瓶罐玻璃為 550 ~ 600 ℃ .實(shí)際上,一般采用的退火溫度都比退火上限溫度低 20 ~ 30 ℃ ,低于退火上限溫度 50 ~ 150 ℃ 的為退火下限溫度. 玻璃的退火溫度與其化學(xué)組成有關(guān).凡能降低玻璃粘度的組成也能降低退火溫度,如堿金屬氧化物 Na 2 0 、 K 2 O 等. SiO 2 、 Al 2 O 3 、 CaO 等都增加玻璃粘度,所以隨著它們含量的增加其退火溫度都提高.

        玻璃的退火制度與制品的種類、形狀、大小、容許的應(yīng)力值、退火爐內(nèi)溫度分布等情況有關(guān).目前采用的退火制度有多種形式.根據(jù)退火原理,退火工藝可分為四個(gè)階段:加熱階段、均熱階段、慢冷階段和快冷階段.按上述四個(gè)階段可作出溫度-時(shí)間曲線,此曲線稱退火曲線.

        1 .加熱階段

        不同品種的玻璃有不同的退火工藝.有的玻璃在成型后直接進(jìn)入退火爐進(jìn)行退火,稱為一次退火;有的制品在成型冷卻后再經(jīng)加熱退火,稱為二次退火.所以加熱階段對(duì)有些制品并不是必要的.在加熱過程中,玻璃表面產(chǎn)生壓應(yīng)力,所以加熱速率可相應(yīng)高些,例如 20 ℃ 的平板玻璃可直接進(jìn)入 700 ℃ 的退火爐,其加熱速率可高達(dá) 300 ℃ / rain .考慮到制品大小、形狀、爐內(nèi)溫度分布的不均性等因時(shí)間素,在生產(chǎn)中一般采用的加熱速率為 20/a 2 ~ 30/a 2 ( ℃ /min) ,對(duì)光學(xué)玻璃制品的要求更高.

        2 .均熱階段

        把制品加熱到退火溫度進(jìn)行保溫、均熱以清理應(yīng)力.在本階段中首先要確定退火溫度,其次是保溫時(shí)間.一般把比退火上限溫度低 20 ~ 30 ℃ 作為退火溫度.退火溫度除直接測(cè)定外,也可根據(jù)玻璃成分計(jì)算粘度為 10 12 Pa ? s 時(shí)的溫度.當(dāng)退火溫度確定后,保溫時(shí)間可按 70a 2 ~ 120a 2 進(jìn)行計(jì)算,或者按應(yīng)力容許值進(jìn)行計(jì)算.

        3 .慢冷階段

        為了使玻璃制品在冷卻后不產(chǎn)生應(yīng)力,或減小到制品所要求的應(yīng)力范圍內(nèi),在均熱后進(jìn)行慢冷是必要的,以防止過大的溫差.

        4 .快冷階段

        玻璃在應(yīng)變點(diǎn)以下冷卻時(shí),如前述只產(chǎn)生暫時(shí)應(yīng)力,只要它不超過玻璃的較限強(qiáng)度,就可以加快冷卻速度以縮短整個(gè)退火過程、降低燃料消耗、提高生產(chǎn)率.

        在生產(chǎn)上,一般都采用較低的冷卻速度,這是由于制品或多或少存在某些缺點(diǎn),以免在缺點(diǎn)與主體玻璃間的界面上產(chǎn)生張應(yīng)力.對(duì)一般技術(shù)玻璃采用此值的 15 %~ 20 %,通常還應(yīng)在生產(chǎn)實(shí)踐中加以調(diào)整.

二、退火玻璃的詳細(xì)制作流程

        為了避免冷卻過快而造成玻璃炸裂,玻璃毛坯定型后立即轉(zhuǎn)入退火用的箱式電陰爐中,在退火溫度下保溫30min左右,然后按照冷卻溫度制度降溫到一定溫度后切斷電源停止加熱,讓其隨爐自然緩慢冷卻至100℃以下,出爐,在空氣中冷卻至室溫.

        若玻璃試樣退火后經(jīng)應(yīng)力檢驗(yàn)不合格,須重新退火,以防加工時(shí)碎裂.重新退火時(shí)首先將樣品埋沒于裝滿石英砂的大坩堝中,再把坩堝置于馬弗爐內(nèi),升溫至退火溫度保溫1h,然后停止加熱讓電爐緩慢降溫(必要時(shí)在上、下限退火溫度范圍內(nèi)每降溫10℃保溫一段時(shí)間),直至100℃以下取出.

相關(guān)概念

熱應(yīng)力

        溫度改變時(shí)，物體由于外在約束以及內(nèi)部各部分之間的相互約束，使其不能完全自由脹縮而產(chǎn)生的應(yīng)力。又稱變溫應(yīng)力。

退火

        退火是一種金屬熱處理工藝，指的是將金屬緩慢加熱到一定溫度，保持足夠時(shí)間，然后以適宜速度冷卻。目的是降低硬度，改善切削加工性；清理殘余應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸，減少變形與裂紋傾向；細(xì)化晶粒，調(diào)整籌備，清理籌備缺點(diǎn)。準(zhǔn)確的說，退火是一種對(duì)材料的熱處理工藝，包括金屬材料、非金屬材料。而且新材料的退火目的也與傳統(tǒng)金屬退火存在異同。

玻璃

        玻璃是非晶無(wú)機(jī)非金屬材料，一般是用多種無(wú)機(jī)礦物(如石英砂、硼砂、硼酸、重晶石、碳酸鋇、石灰石、長(zhǎng)石、純堿等)為主要原料，另外加入少量輔助原料制成的。它的主要成分為二氧化硅和其他氧化物。普通玻璃的化學(xué)組成是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2或Na2O·CaO·6SiO2等，主要成分是硅酸鹽復(fù)鹽，是一種無(wú)規(guī)則結(jié)構(gòu)的非晶態(tài)固體。廣泛應(yīng)用于建筑物，用來(lái)隔風(fēng)透光，屬于混合物。另有混入了某些金屬的氧化物或者鹽類而顯現(xiàn)出顏色的有色玻璃，和通過物理或者化學(xué)的方法制得的鋼化玻璃等。有時(shí)把一些透明的塑料（如聚甲基丙烯酸甲酯）也稱作農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系玻璃。