玻璃内应力和退火温度测定

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1、玻璃内应力和退火温度测定主讲：高晨晓实验一玻璃内应力的测定目的意义基本原理实验器材测定步骤测试记录与数据处理意义：由于生产工艺的特殊性，在制作完成后的玻璃制品中还或多或少地存在内应力。在玻璃成形过程中，由于外部机械力的作用或冷却时热不均匀所产生的应力称为热应力或宏观应力。在玻璃内部由于成分不均匀而形成的微不均匀区所造成的应力称为结构应力或微观应力。在玻璃内相当于晶胞大小的体积范围内所存在的应力称为超微观应力。由于玻璃的结构特性，其中的微观与超微观应力极小，对玻璃的机械强度影响不大。影响最大的是玻璃中的热应力，因为这种应力通常是极不均匀的，严重时会降低

2、玻璃制品的机械强度和热稳定性，影响制品的使用安全，甚至会发生自裂现象。因此，为了保证使用时的安全，对各种玻璃制品都规定其残余的内应力不能超过某一规定值。对于光学玻璃，较大的应力的存在将严重影响光透过和成像质量。因此，测量玻璃的内应力是控制质量的一种手段，特别是质量要求较高的、贵重的或精密的产品尤为重要。目的：进一步了解玻璃内应力产生的原因掌握测定玻璃内应力的原理和方法基本原理1、玻璃中的内应力与光程差包括玻璃与塑料在内的许多透明材料通常是一种均质体，具有各向同性的性质，当单色光通过其中时，光速与其传播方向与光波的偏振面无关，不会发生双折射现象。但由于

3、内应力的作用，各项同性的玻璃在光学上就变成了各项异性，单色光通过玻璃时就会变成两束光。E光入射光出射光无应力的玻璃入射光O光有应力的玻璃入射光O光有应力的玻璃O光在玻璃内的光速及其传播方向、光波的偏振面都不变，所以沿原来方向传播，到达低二个表面时所需的时间较少，所经过的路程较短；E光在玻璃内的光速及其传播方向、光波的偏振面都发生变化，因此偏离原来的入射方向，到达第二个面的时间较多，所经过的路程较长。O光和E光的这种路程之差称为光程差。测出这种光程差的大小，就可计算玻璃的内应力。布儒斯特（Brewster）等研究得出，玻璃的双折射程度与玻璃内应力强度成

4、正比，即：R=Bσd*10-5式中R—光程差B—布儒斯特常数（应力光学常数），布，1布=10-12Pa-1σ—单向应力，Pad—光在玻璃中的行程长度，cm2、光程差的测量原理本实验采用补偿器测定法测量。1234561—光源；2—起偏镜；3—有应力的玻璃试样；4—1/4波长片；5—检偏镜；6—眼睛由光源1发出的光经起偏镜2后，变成平面偏振光（假设其振动方向为垂直方向），当旋转检偏镜5与之正交时，偏振光不能通过，用眼睛6观察时视场呈黑色。若在光路中放入有应力的玻璃试样3时，该偏振光通过玻璃后被分解为具有程差的水平偏振光和垂直偏振光。当两束偏振光通过1/4

5、玻片4后，被合成为平面偏振光，但此时的平面偏振光的偏振面对起偏镜产生的平面偏振光的振动方向有一个θ角的旋转。因此，在现场中就可看到两条黑色条纹隔开的明亮区。旋转检偏镜，重新使玻璃中心变黑，根据检偏镜的角度差θ，就可计算出玻璃的光程差。由理论推导可知，玻璃试样的光程差与偏转角成正比，即：R=λθ/Π式中R—玻璃的光程差，nmλ—照射光源的波长，nmΠ—弧度，180°当以白光灯为光源时，λ=540nm，则：R=3θ在精密测定时，以钠光灯为光源，λ=589.3nm，则：R=3.27θ通常，用单位长度的光程差来表示玻璃的内应力：δ=R/d式中δ—单位长度的光

6、程差，nm/cmd—光在玻璃中的行程长度，cm即可得σ=δ/B对于普通工业玻璃，B=2.55*10-12Pa-1.1、双折射仪一台。仪器由镇流器箱、光源及起偏镜、载物台、检偏振镜和目镜等组成。2、玻璃试体若干（10~20）mm*（100~120）mm长方条玻璃。实验器材测量步骤1、测定前将仪器检查一遍，接通电源，调节检偏振片与起偏振片成正交消光位置，使视野为黑暗，此时检偏镜指针应当在刻度盘的“O”位，若有偏离应记下偏离角度Φ0,1/4波片长也放在“O”位。2、将具有内应力的玻璃试样放入载物台，其定位应使偏振光束垂直通过试体的端面（片状试体）。3、观察

7、检偏器的现场，可以看到片状试体端面有两条平行黑线，说明此位置不存在应力，而在黑线两侧有灰色背景，这就是双折射引起的干涉色，沿两条线的外侧是压应力，内侧是张应力。慢慢向反方向旋转检偏镜，在两条暗线之间就会形成一个小小的间隙，然后接触，使两条黑线集合成一条棕褐色的线，即由应力产生的双折射已被检偏镜补偿。记下旋转角度Φ。测试记录及数据处理试样编号试样尺寸（cm）检偏镜刻度盘读数（°）单位光程差（nm*cm-1）应力值（Pa）厚度宽度无试样有试样δ=3（Φ-Φ0）dσ=δ/B*10-7hdΦ0Φ123测试结果实验二玻璃退火温度的测定目的意义基本原理实验器材测

8、定步骤测试数据及数据处理意义：为了消除热不均匀所产生的热应力，在生产中绝大多数玻璃制品都需作退火处理（少数薄