玻璃表面应力的测定

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1、玻璃表面应力的测定平板玻璃一般以表面压应力大小的不同分为钢化玻璃、半钢化玻璃及退火玻璃。根据美国ASTMC1048-1997b标准规定，各种玻璃的表面压应力范围为：钢化玻璃>69MPa(10,000psi)，半钢化玻璃为：24MPa(3500psi)~51MPa(7500psi).我国新近出台的<<幕墙用钢化玻璃与半钢化玻璃>>国家标准也对应力作了明确要求,半钢化玻璃为24-69MPa,钢化玻璃为95MPa以上.长期以来，国内厂家由于长期缺乏检测手段期对国际技术的了解，仅依赖大量的抗冲击试验及碎片试验来确定钢化生产工艺参数及对玻璃质量的

2、控制。不仅成本高昂，而且费时费力，反馈慢，可操作性极差，检验工作往往流于形式，无法真正将批量产品质量置于有效控制之下。对于半钢化玻璃而言，抗冲击及碎片试验无任何作用。以低成本快速方便地实现全面的质量控制，必须采用应力检测方法来稳定生产及产品质量。表面应力无损检测技术有利于稳定钢化玻璃的生产及质量，更重要的是为检验半钢化玻璃质量提供了切实可行的测试手段。1.玻璃应力检测原理玻璃经热处理冷却后，表面通常形成一定的压力，其方向平行于玻璃表面。因玻璃表面压应力与内部张应力相互平衡、及应力的各向同性，用垂直玻璃平面的透射光是无法测应力的。当偏振光

3、通过有应力的玻璃时，形成二束相互垂直且传播速度不同的光束，此现象即通常所称的“双折射”，双折射率为：Dn=na-nb,Dn与玻璃中的应力s成正比，即Dn=C*s。假设光线在玻璃中的传播距离为t，则两光束的光程差R=Dn*t，即应力可由如下公式算出：s=Dn/C或s=R/t*c其中C称为应力光学常数，对于浮法玻璃，C=2.65。目前测定表面应力的方法可归纳为二种：微分表面折射法（DifferentialSurfaceRefractometry,简称DSR）和表面掠角偏光法（GrazingAngleSurfacePolarimetry,简称

4、GASP）2.DSR表面应力仪此种仪器由美国GAERTNERSCIENTIFIC公司研制并生产，中国建材院也研制成功了类似的仪器。DSR表面应力仪一般由光源、棱镜、滤镜、望远物镜、测微目镜等部分组成（图一）。DSR的工作原理见图二。当一定入射角的光线到达玻璃与棱镜的交界面时，由于双折射率的不同，光束会分成以不同临界角a，b反射返回棱镜的两路光束，通过用测微目镜测定两光束之间的距离，即可得到Dn数据并依据公式s=Dn/C算出应力s值。如果应力s=100MPa，浮法玻璃的C=2.65′10-12m2/N，则依据公式Dn=C*s=0.0002

5、65.此数据极小，很难精确测定，因此DSR表面应力仪精度不高，只能用于测定高应力玻璃，不能用于半钢化玻璃。GAERTNERSCIENTIFIC公司在其仪器操作手册中明确表示：“此仪器无意、也不能够用于测定应力值小于10,000psi（69MPa）的玻璃产品。”即此类仪器做的再好，也不能用于半钢化玻璃。除精确度不高以外，DSR表面应力仪还存在零点易飘移、不易调校、操作使用不便等缺点。其优点在于价格相对较低。3.GASP表面应力仪GASP应力仪由美国著名的应力分析技术公司STI研制生产，国内由杭州聚能玻璃技术公司独家代理并提供售后服务及零配

6、件供应。国内已有耀皮、南玻、国家玻璃质量检验测试中心、上海建科院等多家用户。GASP一般采用激光作为光源，其他组件主要包括透镜组、入射棱镜、回射棱镜、反射镜、石英楔、刻度盘、目镜等。（见图3）。图4是GASP工作原理图。入射偏振光束进入玻璃表面薄层，平行玻璃表面运行一段距离t后离开玻璃，由于玻璃表面压应力作用，光束产生双折射现象，其光程差可借助石英楔精确测出。石英楔可制成多种精度等级，因此无论应力大小如何，GASP均可精确地予以测定。4.仪器校验方法ASTMC1377提供了一种校验表面应力仪的方法，采用机械机构在玻璃条上施加恒定的机械应

7、力，将计算得到的机械应力数值与仪器测定数据进行比较，就能得到校验结果。如图5所示，将宽为W，厚度等于t的玻璃条两端简支并在离两端L。距离的位置上施加F力，则玻璃中间段表面应力S=F′6L0/wt2.此种方法的校验精确度主要取决于装置各部分的几何尺寸。L0数值误差必须小于1%，这样才能获得1%精度的校验结果。玻璃断面形状也是非常重要的，断面为10mm′75mm的玻璃作2mm′45°磨边，则会减少断面模量约1%，实际应力比计算结果将同样增加1%左右。5.应用（1）钢化玻璃传统检验钢化玻璃的方法是冲击试验，GB9963及GB9656规定在50

8、mm′50mm范围内的碎片数须大于40粒。试验表明，在钢化玻璃应力范围内，表面应力值与碎片数存在着较好的对应关系，根据Jacobs给出的图表（图6），40粒碎片数对应的表面应力值约为82MPa.(2)热增强