Основные линейного отжига оптического стекла - Данюшевский Е.Э.
Скачать (прямая ссылка):
Значение 6п пропорционально напряжению Р в стекле, если в данном месте стекла имеется только одно главное напряжение Р*\
Ъп=ВР. (8)
Постоянная В носит название оптического коэффициента напряжения и выражается, как это видно из формулы (7), в единицах, обратных напряжению, т. е. в см^/кг.
В случае прозрачных материалов формула (8) позволяет измерение напряжения заменить измерением пропорциональной ему разности хода лучей на 1 см пути.
Поэтому в дальнейшем мы будем выражать величину напряжения не только в кг]см2, но и условно в ммк/см.
В общем случае, если в данном месте стекла имеются три главных взаимно-перпендикулярных нормальных напряжения Рк, Ру и Ря и луч проходит по оси z перпендикулярно направлениям Рх и Ру (фиг. 7), то
6п=В(Ря—Ру). (9)
* В теории упругости [9] доказывается, что из всех возможных ориентаций элементарного объема существует такая, при которой три нормальных напряжения достигают максимального или минимального значения. При этом направления этих напряжений взаимно-перпендикуляриы, а касательные напряжения равны нулю. Эти напряжения называются главными.
20
Формула (9) переходит в (8) при Ру—0, когда Рх—Р. Таким образом, нормальное напряжение Pz, параллельное лучу, не влияет на разность хода в этом луче. Поэтому Pz на фиг. 7 не изображено.
Из формулы (9) видно, что если Ра=Рг/, т. е. если напряжения одинаковы в обоих направлениях то бя=0, или в стекле двойное лучепреломление не обнаруживается. Очевидно, что в таком случае нет пропорциональности между дп и напряжениями. Вследствие этого на практике применяется только формула (8), справедливая для одностороннего напряжения. Так, например, при просмотре плитки в торец главное напряжение, направленное «по лучу, не влияет на разность хода; при просмотре ее по краю перпенди- ру
кулярно поверхности одно из главных напряжений оказывается максимальным (так назы- р --------г'\
ваемый краевой эффект), а второе главное напряжение обращается в нуль.
Если 8п выражать в ммк/см, то В будет выражаться в особых единицах, называемых
«брюстерами». Для большинства стекол, кроме очень тяжелых флинтов, В близко к 3 брюсте-рам; так, для боросиликата
марки К8
? = 2,85, (10)
если напряжение выражено
в кг/см2.
У тяжелых флинтов В падает с увеличением содержания РЬО в стекле. При содержании РЬО около 75% В близко к нулю, а при большем содержании РЬО В</0-
В табл. 1 даны численные значения В для стекла нескольких марок.
Подставим в формулу (8) Р из (За), где было принято а = 8-10~6; & = 0,24 см1/мин и —= 0,83 * 106 кг/см1*.
1 — (Д,
1 И, следовательно, одинаковы во всех направлениях, перпендикулярных лучу.
* Численное значение коэффициента агк у плитки, равного BaE/6k (1—|г), можно вычислить по известным значениям констант В, а, Е, k и ц для стекла Данной марки, но проще определить его экспериментально, нагревая плитку (или охлаждая) с постоянной скоростью при температурах ниже области от-Жига и измеряя в момент нагрева Ьп ммк/см в середине плитки при помощи поляриметра.
Фиг. 7. Прохождение светового луча через напряженный элементарный кубик стекла.
21
Таблица 1
Марка стекла В в брюсте-рах По чьим данным Марка стекла В в брюсте-рах По чьим данным
К9 3,57 ЛФ4 2,88 ’
К5 3,90 Ф1 2,94
ТК5 2,50 Ф4 2,73
ТК9 3,28 ТФ1 2,41
БК5 3,26 ТФ2 2,20
БК8 3,41 ТФЗ 1,71
БК10 3,66 НИИММ ТФ4 1,43 • ГОИ
БФ7 3,74 ЛГУ ТФ5 1,25
БФ12 3,31 ТФ7 1,61
КФЗ 3,59 ТФ8 1,95
ЛФ2 3,62 ТФЮ 0,65
ЛФ5 4,30 КФ7 3,07
ОФ1 4,74 Л Ф10 2,80
Тяжелый флинт 67,5% РЬО 1,39 Кварцевое стекло 3,45
Тяжелый флинт 74,6 И РЬО Тяжелый флинт 80»/о РЬО -0,19 —1,94 Покельс [18]
В таком случае при просмотре в торец плитки стекла марки К8
8л=2,85 • 4,6h (а2 - 3*г) = 13А (а2 - 3.v2); (11)
в середине плитки
8п=13а2Л; /|2)
у поверхностей
Ьп-~ —26 a2h.
Для плитки из пирекса и очень тяжелых флинтов, имеющих иные значения а и В, вместо коэффициента 13 следует (грубо) брать 6, а при просмотре плитки из кварцевого стекла — всего' единицу \ При измерении на поляриметре торцевых напряжений в плитке лучи направляют перпендикулярно ее торцу, т. е. узкой грани плитки в средней ее части (подальше от ее узких краев); в диске лучи направляют по его диаметру.
1 Кроме очень тяжелых флинтов, у которых В близко к нулю или В-с О-
22
§ 3. Режимы линейного отжига оптического стекла по напряжениям
Выше, в § 1 было указано, что в стекле, прошедшем линейный отжиг (высокая температура выдержки и постоянная скорость ее снижения в области отжига), остаточные напряжения будут равны по величине, но обрагны по знаку тем напряжениям, которые возникли в нем в начале охлаждения. Отсюда следует, что при h^>О формулы (1), (4), (5), (6), (12) выражают также остаточные напряжения (в стекле, подвергнутом линейному отжигу, и поэтому позволяют управлять отжигом по напряжениям.
При отжиге в обычных печах мелких и средних заготовок приняты следующие режимы: 1-й режим—'Охлаждение со скоростью 1 °/час, 2-й режим —2,5 “/час, 3-й —5 °/час, 4-й —8 °/час, 5-й —10 °/час. и 6-й — 20 °/час. При этом чем медленнее снижение, тем дольше выдержка. Так, в 5-м режиме она составляет 3—6 час., а в 1-м — 24 часа1. Практика показала, что в обычных лечах задавать еще более длительные режимы не имеет смысла, так как из-за малой тепловой инерции этих печей они все равно не выдерживаются. Из основной формулы (12) видно, что чем выше требуемая категория по напряжениям, т. е. чем лучше требуется отжечь стекло, тем меньше должна быть скорость h снижения температуры при одной и той же толщине заготовки; чем толще заготовка, тем меньше должна быть h для получения стекла, удовлетворяющего одной и той же категории по напряжениям (одно и то же дп).
