Основные линейного отжига оптического стекла - Данюшевский Е.Э.
Скачать (прямая ссылка):
Совершенно иные явления протекают при нагреве стекла до высокой температуры, например, до 600—700°, когда оно способно слегка деформироваться (течь) под действием силы тяжести или температурных напряжений. Рассмотрим простейший случай, показанный на фиг. 6, построенной аналогично фиг. 5.
После выдержки стекла при высокой температуре напряжения, возникшие при нагревании, полностью исчезают (фиг, 6,а). Если такое стекло быстро остудить, то во время охлаждения, так же как и при охлаждении от более низкой температуры, в нем появятся температурный перепад и связанное с ним отрицательное распределение напряжений. Но в то время как в период охлаждения от невысокой температуры напряжения в стекле не изменяются, при достаточно высокой температуре 'выдержки (фиг. 6,6) напряжения,
15
возникая, быстро ослабляются — релаксируются. Это обусловлено тем, что в 'Некотором интервале температур стекло -слегка текуче и в противоположность твердому телу не выдерживает напряжений в течение продолжительного времени (жидкость 'выдерживает лишь всестороннее равномерное сжатие).
При дальнейшем равномерном охлаждении (фиг. 6,в, г) при постоянном перепаде температуры напряжения в стекле не возникают до достижения наружными слоями стекла комнатной температуры, когда оно имеет тот же перепад температуры, что и :в начале охлаждения (фиг. 6,5). Наконец, охлаждение достигает внутренних слоев -стекла; свободно сжаться они не могут, будучи связаны силами сцепления с уже остывшими наружными слоями. Вследствие этого
9и8п
700° sod
-2 а- т гт\ го
го го го го го°
а) 5) S) г) §)
Фиг. 6. Схема появления остаточных напряжений в стеклянной плитке при ее охлаждении от высокой температуры.
они будут находиться под действием сил растяжения, а наружные — сил сжатия, т. е. появятся напряжения с положительным распределением (фиг. 6,е). Эти напряжения постоянны, так как при комнатной температуре изменить их невозможно. Они называются закалочными -или остаточными напряжениями. Закалочные напряжения равны по величине и обратны по знаку тем напряжениям или той части напряжений, которая подвергалась релаксации во время охлаждения стекла при высоких температурах. Если это охлаждение провести весьма медленно, то температурные напряжения, а вместе с тем и закалочные будут весьма малы, т. е. стекло будет освобождено от закалочных напряжений. В этом и состоит сущность процесса отжига стекла по напряжениям.
Следует заметить, что так как отжиг связан с медленным охлаждением, а закалка с быстрым, то разница между отжигом и закалкой чисто количественная. Областью отжига называется температурный интервал, в котором происходит хотя бы незначительная релаксация напряжений в стекле, т. е. в котором можно создать постоянные напряжения или уничтожить хотя бы частично существующие. Область отжига равна приблизительно 150°. Она тесно связана с вязкостью стекла.
С повышением температуры вязкость стекла непрерывно и быстро падает по экспоненциальному закону и, наоборот, с понижением температуры сильно возрастает. Поэтому достаточно некоторого повышения температуры, чтобы стекло из совершенно твердого
16
превратилось сначала в промежуточное, едва текучее, а затем — в жидкое. Промежуточную область можно условно разделить на два интервала: интервал заметной релаксации напряжений, но не заметной ;на глаз деформации в течение не очень длительного выдерживания стекла и интервал почти мгновенной и полной релаксации напряжений и заметной на глаз деформации в течение небольшого промежутка времени. Первый интервал и есть область отжига, а второй — область размягчения стекла; граница между этими областями условна, и между ними нет резкого перехода. Эта граница, отвечающая максимально допустимой температуре отжига, выбирается так, чтобы при более низкой температуре заготовки заметно не деформировались в течение, например, суток, но в то же время чтобы релаксация напряжений происходила достаточно быстро. Бели заготовки отжигать пр« более высокой температуре, то они могут деформироваться, и хотя и будут отожжены, но для потребителя окажутся непригодными; поэтому их придется вновь нагревать, прессовать и отжигать.
Границы област-и отжига называют верхней и нижней. Верхняя граница определяется температурой, при которой вязкость стекла равна 1013 пуаз (пуаз — единица вязкости, имеющая размерность г/см сек).
Температурное изменение различно для стекла разных марок. Стекла, у которых вязкость быстро изменяется с температурой, называются «короткими», таковы, например, тяжелые кроны. Стекла, у которых вязкость медленно меняется с температурой, называются «длинными»; таковы, например, легкие и средние флинты (Ф и ЛФ).
Нижняя граница области отжига является менее определенной. Если принять, что вязкость стекла изменяется вдвое при изменении температуры на 10°, то для нижней границы области отжига, отстоящей от верхней на 150° (для стекол средней степени короткости), вязкость будет в 215 больше, т. е. порядка 1017’5 пуаз. Если это значение вязкости принять в качестве нижней границы области отжига всех стекол, то температурная область отжига будет меньше 150° для коротких и больше 150J для длинных стекол.
