玻璃應(yīng)力的測定

1、概概 述述 一般玻璃制品都須經(jīng)過退火處理，以消一般玻璃制品都須經(jīng)過退火處理，以消除其內(nèi)應(yīng)力。盡管如此，玻璃制品中還會(huì)不除其內(nèi)應(yīng)力。盡管如此，玻璃制品中還會(huì)不同程度地有殘余應(yīng)力，稱作永久應(yīng)力。有時(shí)同程度地有殘余應(yīng)力，稱作永久應(yīng)力。有時(shí)應(yīng)力大到影響玻璃應(yīng)力大到影響玻璃(如瓶子如瓶子)的使用性能，這便的使用性能，這便是應(yīng)力缺陷。是應(yīng)力缺陷。 這種缺陷一方面是由于玻璃質(zhì)量不良或這種缺陷一方面是由于玻璃質(zhì)量不良或玻璃成分不均勻所引起的，一般稱為結(jié)構(gòu)應(yīng)玻璃成分不均勻所引起的，一般稱為結(jié)構(gòu)應(yīng)力。例如玻璃中存在結(jié)石、條紋或玻璃成分力。例如玻璃中存在結(jié)石、條紋或玻璃成分不均勻時(shí)，由于各組分的熱膨脹系數(shù)不同，不均

2、勻時(shí)，由于各組分的熱膨脹系數(shù)不同，冷卻至室溫便產(chǎn)生應(yīng)力。這類由于結(jié)石、條冷卻至室溫便產(chǎn)生應(yīng)力。這類由于結(jié)石、條紋和不均質(zhì)造成的應(yīng)力是很難消除的，嚴(yán)重紋和不均質(zhì)造成的應(yīng)力是很難消除的，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成制品的炸裂。時(shí)會(huì)造成制品的炸裂。 另一類應(yīng)力稱為熱應(yīng)力，這是玻璃另一類應(yīng)力稱為熱應(yīng)力，這是玻璃制品在生產(chǎn)過程中各部位的溫差造成的。制品在生產(chǎn)過程中各部位的溫差造成的。例如玻璃瓶在成型冷卻過程中內(nèi)外面冷卻例如玻璃瓶在成型冷卻過程中內(nèi)外面冷卻速度不同，使玻璃瓶內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，外速度不同，使玻璃瓶內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，外部產(chǎn)生張應(yīng)力。這種情況通過退火基本上部產(chǎn)生張應(yīng)力。這種情況通過退火基本上能消除。我們所要測定的，

3、就是這種殘余能消除。我們所要測定的，就是這種殘余熱應(yīng)力的大小。熱應(yīng)力的大小。 各種工業(yè)玻璃制品允許的永久應(yīng)力值，各種工業(yè)玻璃制品允許的永久應(yīng)力值，見下表見下表工業(yè)玻璃制品允許的永久應(yīng)力值工業(yè)玻璃制品允許的永久應(yīng)力值玻璃種類玻璃種類 永久應(yīng)力允許值永久應(yīng)力允許值光程差光程差 (nm/cm) 玻璃種類玻璃種類永久應(yīng)力允許值永久應(yīng)力允許值光程差光程差 (nm/cm)I-II級(jí)光學(xué)玻璃級(jí)光學(xué)玻璃26空心玻璃空心玻璃60III-IV級(jí)光學(xué)玻璃級(jí)光學(xué)玻璃1020玻璃管玻璃管120垂直引上平板玻璃垂直引上平板玻璃 2095 鋼化玻璃鋼化玻璃 13502400壓延玻璃壓延玻璃 2060航空玻璃航空玻璃25瓶罐

4、玻璃瓶罐玻璃 50400玻璃中的內(nèi)應(yīng)力可用雙折射的光程差表示。當(dāng)玻璃中的內(nèi)應(yīng)力可用雙折射的光程差表示。當(dāng) 以以nm/cm表示時(shí)，其單位為表示時(shí)，其單位為“布布”。每一個(gè)。每一個(gè)“布布”10-7cm2/kg。 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1了解應(yīng)力儀的測量原理了解應(yīng)力儀的測量原理 2掌握應(yīng)力的測定方法及應(yīng)力級(jí)別確掌握應(yīng)力的測定方法及應(yīng)力級(jí)別確定方法。定方法。 二、二、WYL一一2型應(yīng)力儀測量原理型應(yīng)力儀測量原理 應(yīng)力儀是通過透明物體內(nèi)的雙折射現(xiàn)象來應(yīng)力儀是通過透明物體內(nèi)的雙折射現(xiàn)象來測定其內(nèi)應(yīng)力的。本方法可快速地、連續(xù)地鑒測定其內(nèi)應(yīng)力的。本方法可快速地、連續(xù)地鑒定光學(xué)玻璃、瓶罐玻璃等透明材料的應(yīng)力。見定光學(xué)玻

5、璃、瓶罐玻璃等透明材料的應(yīng)力。見圖圖1為為WYL一一2型應(yīng)力儀外貌。型應(yīng)力儀外貌。 儀器的主要技術(shù)數(shù)據(jù)：儀器的主要技術(shù)數(shù)據(jù)： 應(yīng)力測定范圍：應(yīng)力測定范圍：560nm(一級(jí)干涉色一級(jí)干涉色)以下；以下； 全波片光程差：全波片光程差：560mm； 檢偏鏡通光口徑；檢偏鏡通光口徑； 150mm； 臺(tái)面玻璃通光口徑；臺(tái)面玻璃通光口徑； 220mm； 檢偏鏡升降范圍；檢偏鏡升降范圍；250mm； 光源：光源：11V100W； 儀器使用電源：儀器使用電源：220V。 2測量原理 本應(yīng)力儀采用的是偏振光干涉原理。儀器本應(yīng)力儀采用的是偏振光干涉原理。儀器的光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)如圖如圖2所示。所示。 由光源由光源

6、1發(fā)出的光束，通過隔熱片發(fā)出的光束，通過隔熱片2聚光鏡聚光鏡3、4，反射鏡，反射鏡5和起偏鏡和起偏鏡6變?yōu)槠矫嫫窆?，再通變?yōu)槠矫嫫窆?，再通過發(fā)散鏡過發(fā)散鏡8，臺(tái)面玻璃，臺(tái)面玻璃9，投射到被測試樣上。，投射到被測試樣上。如果這個(gè)試樣具有雙折射性質(zhì)如果這個(gè)試樣具有雙折射性質(zhì)(即有內(nèi)應(yīng)力即有內(nèi)應(yīng)力)的，的，平面偏振光就分解為振動(dòng)方向互相垂直的尋常平面偏振光就分解為振動(dòng)方向互相垂直的尋常光和非尋常光光和非尋常光(這里暫不考慮全波片的作用這里暫不考慮全波片的作用)。因兩者傳播速度不同，透出試樣后，就產(chǎn)生了因兩者傳播速度不同，透出試樣后，就產(chǎn)生了一個(gè)光程差，最后通過檢偏鏡一個(gè)光程差，最后通過檢偏鏡11

7、將看到尋常光將看到尋常光和非常光在同一平面內(nèi)產(chǎn)生的具有應(yīng)力特征的和非常光在同一平面內(nèi)產(chǎn)生的具有應(yīng)力特征的干涉色圖。干涉色圖。 干涉色決定于光程差的大小。光程差由下式干涉色決定于光程差的大小。光程差由下式表示：表示： =R/d 式中式中R光程差光程差(nm)； d被測試樣厚度被測試樣厚度(cm)； 單位厚度上的光程差單位厚度上的光程差(nm/cm)。 上述系統(tǒng)上述系統(tǒng)(沒有全波片沒有全波片)的缺點(diǎn)是儀器不靈敏。的缺點(diǎn)是儀器不靈敏。就是當(dāng)光程差在就是當(dāng)光程差在200300nm以下時(shí)。干涉色只以下時(shí)。干涉色只呈現(xiàn)或明或暗的灰白色。光程差愈小，灰白色呈現(xiàn)或明或暗的灰白色。光程差愈小，灰白色愈不易顯示出

8、來。同時(shí)光程差有微小改變時(shí)，愈不易顯示出來。同時(shí)光程差有微小改變時(shí)，干涉色不易辯別出變化、因此不能滿足較小光干涉色不易辯別出變化、因此不能滿足較小光程差的精確測量。為此，在系統(tǒng)中放入一塊附程差的精確測量。為此，在系統(tǒng)中放入一塊附加光程差為加光程差為560nm的全波片的全波片7，起到了靈敏色片，起到了靈敏色片的作用，在視場中呈一級(jí)紫紅色。的作用，在視場中呈一級(jí)紫紅色。 在放入全波片的一級(jí)紫紅色視場中放進(jìn)被測在放入全波片的一級(jí)紫紅色視場中放進(jìn)被測試樣，轉(zhuǎn)動(dòng)被測試樣至最大亮度的位置，呈現(xiàn)試樣，轉(zhuǎn)動(dòng)被測試樣至最大亮度的位置，呈現(xiàn)一級(jí)干涉色。再把被測試樣轉(zhuǎn)動(dòng)一級(jí)干涉色。再把被測試樣轉(zhuǎn)動(dòng)90，又呈現(xiàn)，又呈

9、現(xiàn)另一種顏色。這是由于被測試樣的光程差與全另一種顏色。這是由于被測試樣的光程差與全波片的光程差相互迭加或相互減少的緣故。波片的光程差相互迭加或相互減少的緣故。 被測試樣的干涉色與光程差的關(guān)系見下表。被測試樣的干涉色與光程差的關(guān)系見下表。根據(jù)上表，可由干涉色對(duì)紫紅色的偏離程度來根據(jù)上表，可由干涉色對(duì)紫紅色的偏離程度來決定被測試樣光程差決定被測試樣光程差R的大小。知道的大小。知道R和和d就可就可確定玻璃的應(yīng)力級(jí)別了。確定玻璃的應(yīng)力級(jí)別了。 若識(shí)別干涉色有困難，可用標(biāo)準(zhǔn)片作對(duì)照。若識(shí)別干涉色有困難，可用標(biāo)準(zhǔn)片作對(duì)照。標(biāo)準(zhǔn)片分尋常光與非常光兩個(gè)振動(dòng)方向排列，標(biāo)準(zhǔn)片分尋常光與非常光兩個(gè)振動(dòng)方向排列，共分

10、共分8小格，從小格，從1/8 到到1 (近似值近似值)，每格光程差，每格光程差為為6080nm，具體數(shù)值注在蓋板上。，具體數(shù)值注在蓋板上。四、實(shí)驗(yàn)步驟 儀器應(yīng)放在半暗室內(nèi)工作。操作如下：儀器應(yīng)放在半暗室內(nèi)工作。操作如下： 1把電源插頭插在把電源插頭插在220V交流電源上。交流電源上。 2把待測試樣放在臺(tái)面玻璃中心。把待測試樣放在臺(tái)面玻璃中心。 3旋轉(zhuǎn)試樣使視場中出現(xiàn)亮度最大的干涉色旋轉(zhuǎn)試樣使視場中出現(xiàn)亮度最大的干涉色(沒有應(yīng)力的試樣，不論怎樣旋轉(zhuǎn)，視場中始沒有應(yīng)力的試樣，不論怎樣旋轉(zhuǎn)，視場中始終是紫紅色，有應(yīng)力的試樣旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)兩終是紫紅色，有應(yīng)力的試樣旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)兩種亮度最大的干涉色種亮度最大的干涉色)。 4根據(jù)干涉色查表或?qū)φ諛?biāo)準(zhǔn)片，確定光程根據(jù)干涉色查表或?qū)φ諛?biāo)準(zhǔn)片，確定光程差差R的大小。的大小。 5由由R/d值確定玻璃應(yīng)力級(jí)別。值確定玻璃應(yīng)力級(jí)別。w 圖圖2 WYL一一2型應(yīng)力儀光學(xué)系統(tǒng)圖型應(yīng)力儀光學(xué)系統(tǒng)圖w 1光源；2一隔熱片；3、4聚光鏡； 5-反光鏡；6起偏鏡；7一全波片；8一發(fā)散鏡；9一臺(tái)面玻璃；10一被測試樣； 11一檢偏鏡試樣干涉色與光程差的關(guān)系試樣干涉色與光程差的關(guān)系顏顏 色色視程差視程差實(shí)有程差（實(shí)有程差（nm)應(yīng)力應(yīng)力黃黃黃綠黃綠綠綠藍(lán)綠藍(lán)綠淺藍(lán)淺藍(lán)900845770715685340285210155125張應(yīng)力張應(yīng)力紫紅紫紅5600紅紅橙黃橙黃金