玻璃制品在退火爐里面總是炸是為什么 玻璃的退火工藝包括哪幾個(gè)階段

        玻璃品種多，用途廣，除了常見常用的石英玻璃、鋼化玻璃以外，還有光學(xué)玻璃、變色玻璃、夾層玻璃等各種類型。為了能夠找到更合適的玻璃制品，我們需要對(duì)各種玻璃有所了解，再?gòu)闹刑暨x心儀的類型。接下來(lái)請(qǐng)看我們解釋玻璃制品退火時(shí)為何會(huì)炸裂。

一、玻璃制品在退火爐里面總是炸是為什么

        玻璃制品的應(yīng)力可分為:熱應(yīng)力、結(jié)構(gòu)應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力.熱應(yīng)力是由溫差而產(chǎn)生的,又可細(xì)分為暫時(shí)應(yīng)力和較好應(yīng)力.

        暫時(shí)應(yīng)力是玻璃受不均勻的溫度變化時(shí)所產(chǎn)生的熱應(yīng)力隨溫度差存在而存在,隨溫度差消失而消失. 也就是說只有玻璃中存在溫度梯度的階段才存在的應(yīng)力, 而這個(gè)溫度梯度是玻璃處于 不可能發(fā)生可塑性變形的溫度范圍內(nèi),即處于脆性狀態(tài)下,玻璃在Tg轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變溫度下(1013泊)粘度非常大,玻璃內(nèi)無(wú)質(zhì)點(diǎn)流動(dòng).冷卻時(shí),玻璃外層冷卻速度快,外部的溫度低,就力求收縮,而較熱的內(nèi)層要阻礙外層的壓縮,所以在冷卻過程中玻璃的外層產(chǎn)生張應(yīng)力,內(nèi)層產(chǎn)生壓應(yīng)力,當(dāng)玻璃內(nèi)外溫度均衡以后,這種應(yīng)力就消失了,但當(dāng)產(chǎn)生這種應(yīng)力值超過了玻璃所承受的抗張強(qiáng)度的較限時(shí),就會(huì)使制品產(chǎn)生碎裂. 

        在我們?nèi)粘Ｉa(chǎn)中,由暫時(shí)應(yīng)力引起的玻璃制品碎裂的事例很多,例如:我們有些質(zhì)量大壁厚的制品,由于降溫制度或窯結(jié)構(gòu)等因素,在出退火窯時(shí),發(fā)出的碎裂聲音就是這種原因產(chǎn)生的破裂,夏季生產(chǎn)在制品的冷端噴涂處,也可以聽到制品的碎裂聲,都是暫時(shí)應(yīng)力的惡作劇.如果制品出窯時(shí)溫度過高,碎裂將更嚴(yán)重. 暫時(shí)應(yīng)力也產(chǎn)生在制品的加熱過程,如二次退火清理應(yīng)力,將常溫下的制品送入退火窯,這時(shí)制品的外部溫度高、膨脹大,內(nèi)部溫度低,阻礙制品的外部膨脹,外部產(chǎn)生壓應(yīng)力,內(nèi)部產(chǎn)生張應(yīng)力.當(dāng)這種力超過較限時(shí)也會(huì)使制品碎裂,當(dāng)然,玻璃制品的抗壓強(qiáng)度 是抗張強(qiáng)度的近百倍,也是我們做溫差時(shí)都作急冷的原因,也是很多制品從常溫下到退火溫度上升幾百度而不爆的原因.但是如果制品的壁厚很大,二次退火時(shí)如果不是采用二次退火窯進(jìn)行退火,很可能從退火窯中出來(lái)的制品會(huì)變成一堆碎玻璃,因?yàn)樾枰嘶鸬闹破?一定存在較好外應(yīng)力,應(yīng)力是可以疊加的.應(yīng)力疊加后對(duì)制品的破壞力更強(qiáng).

二、玻璃的退火工藝包括哪幾個(gè)階段

        為了清理玻璃中的較好應(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.玻璃的較好高退火溫度是指在此溫度下經(jīng)過 3min 能清理 95 %的應(yīng)力,此溫度亦稱退火上限溫度;較好低退火溫度是指在此溫度下經(jīng) 3min 只能清理 5 %的應(yīng)力,此溫度亦稱退火下限溫度.較好高退火溫度和較好低退火溫度之間為退火溫度范圍.

        大部分器皿玻璃的較好高退火溫度為 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較好高退火溫度低 20 ~ 30 ℃ ,低于較好高退火溫度 50 ~ 150 ℃ 的為較好低退火溫度. 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.

        2.1 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.

        2.2 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.

        2.3 慢冷階段

        為了使玻璃制品在冷卻后不產(chǎn)生較好應(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.

        2.4 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.

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