為了消除玻璃中的永久應(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,以消除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發(fā)生可測得的變形。玻璃的最高退火溫度是指在此溫度下經(jīng)過 3min 能消除 95 %的應(yīng)力,此溫度亦稱退火上限溫度;最低退火溫度是指在此溫度下經(jīng) 3min 只能消除 5 %的應(yīng)力,此溫度亦稱退火下限溫度。最高退火溫度和最低退火溫度之間為退火溫度范圍。
大部分器皿玻璃的最高退火溫度為 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最高退火溫度低 20 ~ 30 ℃ ,低于最高退火溫度 50 ~ 150 ℃ 的為最低退火溫度。 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。
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、均熱以消除應(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)生永久應(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極限強(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陷,以免在缺陷與主體玻璃間的界面上產(chǎn)生張應(yīng)力。對一般技術(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。