玻璃制品在制造和加工過程中會產生一定的應力，其中因化學不均勻導致結構不均勻而產生的應力稱為結構應力；受迅速而不均勻的溫度變化產生的應力稱為熱應力；把玻璃的結構應力和溫度梯度消失后仍殘留的熱應力稱為內應力。

通常玻璃中的永久應力是不均勻的，它會降低玻璃的機械強度、熱穩定性，改變光學性質，嚴重時還會出現自動炸裂現象，因此，在玻璃生產和加工中要通過退火處理來盡量減小玻璃制品的永久應力。

一、試驗目的和要求

通過本次實驗，掌握WZY-250型應力儀的測試原理及使用方法，并加深對玻璃中應力的認識，培養學生分析和解決實際產生中玻璃炸裂問題的能力。

二、方法原理

本方法根據偏振光干涉原理，利用偏光儀來測試玻璃中的應力，實際上就是求在有應力部位由于光的雙折射而產生的2條偏振光的距離（即光程差值），在根據布儒斯特定律由光程計算應力值（kgf/cm2）。

三、測試設備

①WZY-250型應力儀，1臺；

②游標卡尺，1把；

③標準程差片，1套。

測試設備主要為一臺應力檢查儀，該儀器主要有光源、起偏鏡、檢偏鏡等組成，其結構如圖一所示。

四、測試步驟

1、塊狀試樣應力測試

（1）試樣的要求與制備

①選取測試樣品表面應清潔透明，保持原有的透明度，若要測試瓶子的應力，每次選取10個，若需切割制備試樣，切割斷面應平整光滑，但不要作任何表面處理。

②選取測試的樣品必須在儀器旁邊放置30min，并且保證被測樣未受其他實驗。

（2）操作方法

①首先檢查儀器檢偏鏡零位是否正確，打開儀器光源，撥動撥桿，把全波片撤離到光路之外，把1/4波長片置入光路中。

②轉動檢偏鏡旋轉手把，觀察檢偏鏡視場，當轉動時使視場剛好為最大暗色為止。此時起偏鏡與檢偏鏡正交，偏振軸相互垂直，其檢偏鏡上的分度盤零位刻線（即零度線）應與指標線正好重合，此時檢偏鏡旋轉角Φ0為零度，如有偏離應記下偏離角度Φ0（或調節光路使之為零）。

③把被測試樣放置于試樣臺上并固定，讓偏振光束垂直通過試樣。

④當分度旁零位刻線處于指標線零位時（或Φ0）觀察檢偏鏡視場，在試樣中部和靠近上下表面處均有較亮區域，并且被兩條暗條紋隔開，旋轉檢偏鏡，使兩條暗條紋向試樣中部移動并重合，使暗色條紋集合為棕褐色。

⑤再使試樣繞試樣軸旋轉，借此準確確定最大的棕褐色，即此時由內應力產生的雙折射已被檢偏鏡補償，由分度盤準確讀取檢偏鏡旋轉角度Φ并記錄。

⑥精確測量試樣測點處的厚度，測量3次取算術平均值。

（3）應力計算

把上述測知的旋轉角按以下公式計算出光程差值：

△=3.14（Φ1-Φ0）/D

式中：△——光程差，nm/cm；

Φ0——未放置試樣之前，檢偏鏡旋轉角度，一般為零；

Φ1——放置試樣之后，檢偏鏡旋轉角度；

D——測定試樣光通過處的厚度，nm；

3.14——檢偏鏡旋轉1°，相當光程差3.14nm/cm。

把計算出的光程差值按下述公式計算出試樣的應力值：

F=△/B

式中：F——應力，kfg/cm2(1kfg/cm2=98.0665kpa)；

B——應力光學常數，10-7cm2/kgf（一般鈉鈣硅玻璃為2.5×10-7cm2/kgf）.

一些玻璃的應力光學常數見下表一。

（表一）一些玻璃的應力光學常數

計算出結果后，對照表二中確定玻璃的應力是否超出允許范圍。

（表二）各種玻璃的允許應力

2、 瓶子應力測試（包括類似瓶子產品）

（1）操作方法

①在測定玻璃瓶子應力時，根據國際標準（ISO）進行，分別測定瓶底部和瓶壁部，瓶子底部應力測定按前述步驟操作，但觀察時由瓶子口部向瓶底部觀察，這時在瓶底部位視場中出現暗十字，這十字把檢測時出現的各顏色區分開。旋轉檢偏鏡使暗十字分離成兩個沿相反方向向瓶底移動的圓弧，隨著暗區的外移，在圓弧凹側便出現藍灰色，在凸側出現棕色，如果測定某選定點的雙折射值，則旋轉檢偏鏡使在該點上的藍灰色剛好被棕色取代為止。繞軸線旋轉樣瓶，找出最大應力點，當藍灰色剛好被棕色取代時記錄檢偏鏡旋轉角度。在檢測瓶底時把瓶底厚度因素計算在內，按下述公式計算出實際的檢偏鏡旋轉角TR，然后在按表三折成退火級數。

TR=TA(4.06/t)

式中：TR——實際的退火度數（旋轉角），（°）；

TA——觀測的退火度數（旋轉角），（°）；

t——瓶底厚度，mm；

4.06——系數。

②瓶壁的檢查操作與前述步驟相同，但有應力時，不會出現暗十字，而先出現大塊不同的暗亮區域，旋轉檢偏鏡使暗區完全取代亮區，此時記錄旋轉角TA，按表三的關系直接折算成退火級數。

（2）退火級別的確定

把上述的測定結果，按表三的關系，確定出制品的退火級數（此表只適用于瓶子類制品）。