實驗六

玻璃應(yīng)力的測定

概述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，玻璃制品中還會不同程度地有殘余應(yīng)力，稱作永久應(yīng)力。有時應(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，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、條紋和不均質(zhì)造成的應(yīng)力是很難消除的，嚴(yán)重時會造成制品的炸裂。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。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，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，見下表工業(yè)玻璃制品允許的永久應(yīng)力值

玻璃種類

永久應(yīng)力允許值光程差(nm/cm)玻璃種類永久應(yīng)力允許值光程差(nm/cm)I-II級光學(xué)玻璃2~6空心玻璃60III-IV級光學(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，其單位為“布”。每一個“布”＝10-7cm2/kg。

一、實驗?zāi)康?．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)力級別確定方法。二、WYL一2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)力測定范圍：560nm(一級干涉色)以下；全波片光程差：560mm；檢偏鏡通光口徑；150mm；臺面玻璃通光口徑；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?，再通過發(fā)散鏡8，臺面玻璃9，投射到被測試樣上。如果這個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)生了一個光程差，最后通過檢偏鏡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——被測試樣厚度(cm)；

——單位厚度上的光程差(nm/cm)。上述系統(tǒng)(沒有全波片)的缺點是儀器不靈敏。就是當(dāng)光程差在200~300nm以下時。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。同時光程差有微小改變時，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)中放入一塊附加光程差為560nm的全波片7，起到了靈敏色片的作用，在視場中呈一級紫紅色。在放入全波片的一級紫紅色視場中放進(jìn)被測試樣，轉(zhuǎn)動被測試樣至最大亮度的位置，呈現(xiàn)一級干涉色。再把被測試樣轉(zhuǎn)動90°，又呈現(xiàn)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。被測試樣的干涉色與光程差的關(guān)系見下表。根據(jù)上表，可由干涉色對紫紅色的偏離程度來決定被測試樣光程差R的大小。知道R和d就可確定玻璃的應(yīng)力級別了。若識別干涉色有困難，可用標(biāo)準(zhǔn)片作對照。標(biāo)準(zhǔn)片分尋常光與非常光兩個振動方向排列，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、實驗步驟儀器應(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．把待測試樣放在臺面玻璃中心。3．旋轉(zhuǎn)試樣使視場中出現(xiàn)亮度最大的干涉色(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)時會出現(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)系顏色視程差實有程差（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