Отжиг стеклоизделий

Операция отжига стекла производится для удаления постоянных напряжений, которые возникли в стеклодетали или в спае в процессе их изготовления и для предотвращения возникновения новых постоянных напряжений, которые могут образоваться в процессе охлаждения стеклоизделия уже после снятия старых остаточных напряжений.

Отжиг сгеклоизделий состоит из двух стадий.

1. Нагрев стекла до температуры, при которой удаляются 95% имевшихся в стекле термических напряжений; эта температура называется «верхней границей зоны отжига». Обычно верхняя граница зоны отжига на 50°С ниже температуры размягчения стекла (при более высокой температуре отжига может произойти Деформация стеклооболочки). При температуре, равной верхней границе зоны отжига, вязкость стекла составляет 10¹² — 10¹³П,

Как следует из формулы, при вязкости 10¹⁴П время выдержки при отжиге должно составлять 50 мин, а при вязкости 10¹³П около 5 мин.

2. Медленное охлаждение стекла способствует равномерному изменению температуры по всей толще стекла, минимальному перепаду температуры между поверхностными и внутренними слоями и предотвращает образование новых термических напряжений в стекле.

Особенно медленно следует охлаждать стекло в интервале от верхней до нижней границы зоны отжига. Нижняя граница зоны отжига (т. е. температура, при которой вязкость стекла составляет 10¹⁴П) приблизительно на 150 — 200°С ниже температуры размягчения стекла. В этом интервале температур в стекле могут возникать постоянные (остаточные) напряжения. При дальнейшем охлаждении от нижней границы зоны отжига до комнатной температуры в стекле возникают только временные (переходные) напряжения. Скорость охлаждения должна быть тем меньше, чем толще стекло, больше его ТКР и чем меньше теплопроводность и термостойкость стекла. Коэффициентные напряжения в стеклянных спаях в зависимости от режимов отжига могут возрастать или уменьшаться. Режим длительного нагрева при температуре трансформации и медленного охлаждения (необходимый для снижения термических напряжений) приводит к снижению коэффициентных напряжений в случае, когда одно из спаиваемых стекол имеет более высокий ТКР, а другое стекло — более высокую температуру трансформации. Этот же режим отжига приводит к возрастанию коэффициентных напряжений, когда одно из стекол имеет и ТКР, и температуру трансформации более высокие, чем другое.

На рис. 13.4 показана кривая отжига (график изменения оптимальной температуры в процессе отжига).

В этом состоянии в стекле создается возможность быстрых взаимных перемещений молекул и атомов, что приводит к ослаблению или снятию остаточных напряжений в стекле за сравнительно короткое время (10 — 30 мин). Оптимальная продолжительность выдержки стекла при максимальной температуре зависит от величины этой температуры и соответственно от вязкости стекла:

Скорость нагрева стекла при отжиге (участок А на графике) выбирают из расчета двух сторон, или полная толщина стенок цилиндрической трубки (так как она нагревается только с наружной стороны), см; ДГ — термостойкость стекла, °C.

Продолжительность выдержки стекла ((мин) при температурах, близких к максимальной температуре отжига (участок Б), определяется по формуле / = 10 + 10а .

Скорость медленного охлаждения от верхней до нижней границы зоны отжига (участок В) можно рассчитать по формуле

При отжиге заверенных приемно-усилительных ламп (ПУЛ) скорость охлаждения обычно не превышает 30°С/мин. Превышение оптимальной скорости охлаждения в этой зоне может вызвать появление постоянных напряжений и растрескивание стекла в любой момент уже после остывания прибора до комнатной температуры.

Скорость более быстрого охлаждения от нижней границы зоны отжига до температуры 100 — 150°С (участок Г) определяется по формуле

Эта скорость выбирается с таким расчетом, чтобы временные напряжения, которые возникают на данной стадии отжига, не превышали предела прочности стекла. Например, предельно допустимая скорость охлаждения оболочек ПУЛ в этой зоне 150°С/мин. В этом интервале температур превышение оптимальной скорости охлаждения может вызвать растрескивание прибора только в процессе его охлаждения и не будет сказываться на механической прочности стекла после его остывания до комнатной температуры. Скорость охлаждения от 100°С до комнатной температуры не лимитируется.

где V — скорость нагрева, °С/мин; а — половина толщины плоской стенки, если она нагревается и охлаждается с