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強化玻璃表面應力的測定

文章來源：未知
日期：2020-02-27
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1、熱強化玻璃以及表面應力儀

　　以平板玻璃做素材的熱強化（也叫風冷強化、物理強化）玻璃的用途以及性能比較多樣化。因此它的品質管理也就相應的變得比較重要了。特別是表面的應力與強度有著直接性的關聯。強度分別為1000kg/cm2的玻璃與幾百kg/cm2的玻璃各有各的實用之處。后者被稱為“倍強度玻璃”——比未強化過的玻璃強度大數倍程度的玻璃，新的JIS也就發行了。要對表面應力進行管理，就需要利用光學現象、基于光彈性原理基礎上的表面應力儀來檢測。

2、玻璃表面應力的分布以及光彈性效果

　　平板玻璃的表面，如果忽略大氣壓的話就是一個自由的表面，作用于表面成直角的力為零，因此應力只是平行于表面的。3個存在并相互垂直的主應力，一個垂直于表面，強度為零。其他兩個都在玻璃表面（如圖1）

　　平板玻璃

　　圖1平板玻璃的三條主應力線的角度關系其中一條垂直與表面并且絕對值為零

　　光沿著表面進入玻璃內部，如果存在應力，玻璃就會帶有雙折射性，一條振動波線垂直于表面，相對應另外一條振動波線平行于表面，兩者各自都帶有不同的折射率。（圖2）這兩者的折射率的差叫做雙折射△n雙折射是與光的路線呈直角，與表面平行的應力，表面垂直的應力之間的差成比例的。但是由于兩者的應力之后為零，所以雙折射只同與光的線路成直角方向的表面應力成比例了。比例定數C是根據玻璃的組成來決定玻璃的性質，被稱之為光彈性常數。因此就誕生了如下公式雙折射△n=C*表面應力P公式（1）使用穿透光來進行的光彈性實驗中，通常使用nm/cmkg/cm2來表示光彈性常數的單位。在使用公式（1）進行換算的時候將nm/cm讀成10-7比較好。比如平板玻璃的光彈性常數大約為2。6（nm/cm）/(kg/cm2)=2。6*10-7(kg/cm2)-1代替kg/cm2也可以用Pa和Mpa來換算成光彈性常數。折射率利用真空中的光速度與玻璃中的光速度的比例，因此用穿透光進行光彈性測定的公式也就出來了，即光路差=C*應力*光經過的長度=△n*光經過的長度

　　圖2傳播到玻璃表面的光垂直于表面的振動波A與平行于表面的振動波B

　　3、無損檢測

　　將玻璃表面產生的應力雙折射用折射儀來檢測，根據公式（1）就可以得出應力值。但是通常的折射儀是將光從樣品的一端射入的（圖3），利用與表面平行的光的折射原理來測定的。這個方法不適于檢測大型強化平板玻璃的無損檢測。關于光電子學用的裝置，比如光的集成電路的研究，一般都是在表面的光導向內注入光，再從導向內導出光。這也是對于表面應力測定的一種有用的技術。但是前提必須是樣品表面有光的導向的性質。

　　4、錫面的導光性

　　平板玻璃的兩面，有一面通常會在制造工程中涂上錫溶液（也稱為底面或者下部面），玻璃中的Na離子和溶液中的錫離子會產生離子交換，隨著深度的不同，錫離子的濃度也會有所不同（圖4），因此，折射率也會相應隨之變化，錫離子進入的深度通常為10-30μm。表面的高折射率層與光通信纖維同理，不讓光發散而能讓光傳播的很遠（光的電波導向效果）。這種折射率層能讓很多光通過，因此為表面的光彈性測定提供了非常有利的條件。為了保證光的射入與射出，需要使用利用高折射率的光學玻璃制出來的棱鏡。

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