玻璃制品在制造和加工過程中會產(chǎn)生一定的應(yīng)力，其中因化學(xué)不均勻?qū)е陆Y(jié)構(gòu)不均勻而產(chǎn)生的應(yīng)力稱為結(jié)構(gòu)應(yīng)力；受迅速而不均勻的溫度變化產(chǎn)生的應(yīng)力稱為熱應(yīng)力；把玻璃的結(jié)構(gòu)應(yīng)力和溫度梯度消失后仍殘留的熱應(yīng)力稱為內(nèi)應(yīng)力。

通常玻璃中的永久應(yīng)力是不均勻的，它會降低玻璃的機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性，改變光學(xué)性質(zhì)，嚴(yán)重時(shí)還會出現(xiàn)自動炸裂現(xiàn)象，因此，在玻璃生產(chǎn)和加工中要通過退火處理來盡量減小玻璃制品的永久應(yīng)力。

一、試驗(yàn)?zāi)康暮鸵��?

通過本次實(shí)驗(yàn)，掌握WZY-250型應(yīng)力儀的測試原理及使用方法，并加深對玻璃中應(yīng)力的認(rèn)識，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實(shí)際產(chǎn)生中玻璃炸裂問題的能力。

二、方法原理

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

三、測試設(shè)備

①WZY-250型應(yīng)力儀，1臺；

②游標(biāo)卡尺，1把；

③標(biāo)準(zhǔn)程差片，1套。

測試設(shè)備主要為一臺應(yīng)力檢查儀，該儀器主要有光源、起偏鏡、檢偏鏡等組成，其結(jié)構(gòu)如圖一所示。

四、測試步驟

1、塊狀試樣應(yīng)力測試

（1）試樣的要求與制備

①選取測試樣品表面應(yīng)清潔透明，保持原有的透明度，若要測試瓶子的應(yīng)力，每次選取10個(gè)，若需切割制備試樣，切割斷面應(yīng)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(shí)驗(yàn)。

（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(zhuǎn)動檢偏鏡旋轉(zhuǎn)手把，觀察檢偏鏡視場，當(dāng)轉(zhuǎn)動時(shí)使視場剛好為最大暗色為止。此時(shí)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(yīng)與指標(biāo)線正好重合，此時(shí)檢偏鏡旋轉(zhuǎn)角Φ0為零度，如有偏離應(yīng)記下偏離角度Φ0（或調(diào)節(jié)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(dāng)分度旁零位刻線處于指標(biāo)線零位時(shí)（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(qū)域，并且被兩條暗條紋隔開，旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，借此準(zhǔn)確確定最大的棕褐色，即此時(shí)由內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的雙折射已被檢偏鏡補(bǔ)償，由分度盤準(zhǔn)確讀取檢偏鏡旋轉(zhuǎn)角度Φ并記錄。

⑥精確測量試樣測點(diǎn)處的厚度，測量3次取算術(shù)平均值。

（3）應(yīng)力計(jì)算

把上述測知的旋轉(zhuǎn)角按以下公式計(jì)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(zhuǎn)角度，一般為零；

Φ1——放置試樣之后，檢偏鏡旋轉(zhuǎn)角度；

D——測定試樣光通過處的厚度，nm；

3.14——檢偏鏡旋轉(zhuǎn)1°，相當(dāng)光程差3.14nm/cm。

把計(jì)算出的光程差值按下述公式計(jì)算出試樣的應(yīng)力值：

F=△/B

式中：F——應(yīng)力，kfg/cm2(1kfg/cm2=98.0665kpa)；

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

一些玻璃的應(yīng)力光學(xué)常數(shù)見下表一。

（表一）一些玻璃的應(yīng)力光學(xué)常數(shù)

計(jì)算出結(jié)果后，對照表二中確定玻璃的應(yīng)力是否超出允許范圍。

（表二）各種玻璃的允許應(yīng)力

2、 瓶子應(yīng)力測試（包括類似瓶子產(chǎn)品）

（1）操作方法

①在測定玻璃瓶子應(yīng)力時(shí)，根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO）進(jìn)行，分別測定瓶底部和瓶壁部，瓶子底部應(yīng)力測定按前述步驟操作，但觀察時(shí)由瓶子口部向瓶底部觀察，這時(shí)在瓶底部位視場中出現(xiàn)暗十字，這十字把檢測時(shí)出現(xiàn)的各顏色區(qū)分開。旋轉(zhuǎn)檢偏鏡使暗十字分離成兩個(gè)沿相反方向向瓶底移動的圓弧，隨著暗區(qū)的外移，在圓弧凹側(cè)便出現(xiàn)藍(lán)灰色，在凸側(cè)出現(xiàn)棕色，如果測定某選定點(diǎn)的雙折射值，則旋轉(zhuǎn)檢偏鏡使在該點(diǎn)上的藍(lán)灰色剛好被棕色取代為止。繞軸線旋轉(zhuǎn)樣瓶，找出最大應(yīng)力點(diǎn)，當(dāng)藍(lán)灰色剛好被棕色取代時(shí)記錄檢偏鏡旋轉(zhuǎn)角度。在檢測瓶底時(shí)把瓶底厚度因素計(jì)算在內(nèi)，按下述公式計(jì)算出實(shí)際的檢偏鏡旋轉(zhuǎn)角TR，然后在按表三折成退火級數(shù)。

TR=TA(4.06/t)

式中：TR——實(shí)際的退火度數(shù)（旋轉(zhuǎn)角），（°）；

TA——觀測的退火度數(shù)（旋轉(zhuǎn)角），（°）；

t——瓶底厚度，mm；

4.06——系數(shù)。

②瓶壁的檢查操作與前述步驟相同，但有應(yīng)力時(shí)，不會出現(xiàn)暗十字，而先出現(xiàn)大塊不同的暗亮區(qū)域，旋轉(zhuǎn)檢偏鏡使暗區(qū)完全取代亮區(qū)，此時(shí)記錄旋轉(zhuǎn)角TA，按表三的關(guān)系直接折算成退火級數(shù)。

（2）退火級別的確定

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