玻璃應(yīng)力的測(cè)定

實(shí)驗(yàn)六

玻璃應(yīng)力的測(cè)定

概述一般玻璃制品都須經(jīng)過(guò)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)不同程度地有殘余應(yīng)力，稱(chēng)作永久應(yīng)力。有時(shí)應(yīng)力大到影響玻璃(如瓶子)的使用性能，這便是應(yīng)力缺陷。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(chēng)為結(jié)構(gòu)應(yīng)力。例如玻璃中存在結(jié)石、條紋或玻璃成分不均勻時(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(lèi)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)重時(shí)會(huì)造成制品的炸裂。另一類(lèi)應(yīng)力稱(chēng)為熱應(yīng)力，這是玻璃制品在生產(chǎn)過(guò)程中各部位的溫差造成的。例如玻璃瓶在成型冷卻過(guò)程中內(nèi)外面冷卻速度不同，使玻璃瓶?jī)?nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，外部產(chǎn)生張應(yīng)力。這種情況通過(guò)退火基本上能消除。我們所要測(cè)定的，就是這種殘余熱應(yīng)力的大小。各種工業(yè)玻璃制品允許的永久應(yīng)力值，見(jiàn)下表工業(yè)玻璃制品允許的永久應(yīng)力值

玻璃種類(lèi)

永久應(yīng)力允許值光程差(nm/cm)玻璃種類(lèi)永久應(yīng)力允許值光程差(nm/cm)I-II級(jí)光學(xué)玻璃2~6空心玻璃60III-IV級(jí)光學(xué)玻璃10~20玻璃管120垂直引上平板玻璃20~95鋼化玻璃1350~2400壓延玻璃20~60航空玻璃25瓶罐玻璃50~400玻璃中的內(nèi)應(yīng)力可用雙折射的光程差表示。當(dāng)以nm/cm表示時(shí)，其單位為“布”。每一個(gè)“布”＝10-7cm2/kg。

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．了解應(yīng)力儀的測(cè)量原理2．掌握應(yīng)力的測(cè)定方法及應(yīng)力級(jí)別確定方法。二、WYL一2型應(yīng)力儀測(cè)量原理應(yīng)力儀是通過(guò)透明物體內(nèi)的雙折射現(xiàn)象來(lái)測(cè)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(jiàn)圖1為WYL一2型應(yīng)力儀外貌。儀器的主要技術(shù)數(shù)據(jù)：應(yīng)力測(cè)定范圍：560nm(一級(jí)干涉色)以下；全波片光程差：560mm；檢偏鏡通光口徑；150mm；臺(tái)面玻璃通光口徑；220mm；檢偏鏡升降范圍；250mm；光源：11V／100W；．儀器使用電源：220V。2．測(cè)量原理本應(yīng)力儀采用的是偏振光干涉原理。儀器的光學(xué)系統(tǒng)如圖2所示。由光源1發(fā)出的光束，通過(guò)隔熱片2聚光鏡3、4，反射鏡5和起偏鏡6變?yōu)槠矫嫫窆?，再通過(guò)發(fā)散鏡8，臺(tái)面玻璃9，投射到被測(cè)試樣上。如果這個(gè)試樣具有雙折射性質(zhì)(即有內(nèi)應(yīng)力)的，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(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)生了一個(gè)光程差，最后通過(guò)檢偏鏡11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)力特征的干涉色圖。干涉色決定于光程差的大小。光程差由下式表示：=R/d式中R——光程差(nm)；d——被測(cè)試樣厚度(cm)；

——單位厚度上的光程差(nm/cm)。上述系統(tǒng)(沒(méi)有全波片)的缺點(diǎn)是儀器不靈敏。就是當(dāng)光程差在200~300nm以下時(shí)。干涉色只呈現(xiàn)或明或暗的灰白色。光程差愈小，灰白色愈不易顯示出來(lái)。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(mǎn)足較小光程差的精確測(cè)量。為此，在系統(tǒng)中放入一塊附加光程差為560nm的全波片7，起到了靈敏色片的作用，在視場(chǎng)中呈一級(jí)紫紅色。在放入全波片的一級(jí)紫紅色視場(chǎng)中放進(jìn)被測(cè)試樣，轉(zhuǎn)動(dòng)被測(cè)試樣至最大亮度的位置，呈現(xiàn)一級(jí)干涉色。再把被測(cè)試樣轉(zhuǎn)動(dòng)90°，又呈現(xiàn)另一種顏色。這是由于被測(cè)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。被測(cè)試樣的干涉色與光程差的關(guān)系見(jiàn)下表。根據(jù)上表，可由干涉色對(duì)紫紅色的偏離程度來(lái)決定被測(cè)試樣光程差R的大小。知道R和d就可確定玻璃的應(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。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8小格，從1/8到1(近似值)，每格光程差為60~80nm，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：1．把電源插頭插在220V交流電源上。2．把待測(cè)試樣放在臺(tái)面玻璃中心。3．旋轉(zhuǎn)試樣使視場(chǎng)中出現(xiàn)亮度最大的干涉色(沒(méi)有應(yīng)力的試樣，不論怎樣旋轉(zhuǎn)，視場(chǎng)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，確定光程差R的大小。5．由R/d值確定玻璃應(yīng)力級(jí)別。

圖2WYL一2型應(yīng)力儀光學(xué)系統(tǒng)圖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(cè)試樣；11一檢偏鏡試樣干涉色與光程差的關(guān)系顏色視程差實(shí)有程差（nm)應(yīng)力黃黃綠綠藍(lán)綠淺藍(lán)900845770715685340285210155125張應(yīng)力紫紅5600紅橙黃金黃黃5