CN105271662A - 精退火温度的获得方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可以准确得到精退火温度的方法。精退火温度的获得方法，该方法包括以下步骤：1)对材料加热并得到热膨胀曲线；2)对热膨胀曲线进行一阶微分得到热膨胀一阶微分曲线；3)所述热膨胀一阶微分曲线的开始转变温度Tg0*为最低退火温度，这时一阶微分曲线显示单位时间有长度的变化；所述热膨胀一阶微分曲线的转变温度Tg1*为最佳退火温度，这时材料弛豫的状态达到最佳化，玻璃微观结构的弛豫状态是消除应力的最佳值。本发明利用热膨胀曲线的一阶微分曲线，能快速准确地得到玻璃或陶瓷退火工艺中需要的最低和最佳退火温度。
Description
技术领域
本发明涉及一种温度的获得方法，特别是涉及一种对玻璃或陶瓷材料进行精退火时的温度获得方法。
背景技术
对玻璃或陶瓷材料进行精退火处理，主要是为了消除热应力并使玻璃或陶瓷均匀性提高。由于玻璃是从高温液体经过快速冷却而得到的固体，在玻璃固化冻结状态，玻璃体内始终存在着因快速冷却而产生的内应力，其应力不仅影响光学玻璃参数与均匀性，而且还影响其加工。为了消除应力，通常把玻璃加热到能消除冻结状态的温度，即：Tg以下30℃左右，此时，玻璃微观结构松弛(弛豫)，才能进行应力消除，Tg通常是热膨胀仪测得的升温速率为4℃/min的玻璃转变温度，如图1所示。但采用该方法获得的精退火温度不具体也不准确，而最佳退火温度一直是制造高质量光学玻璃(特别是106大块玻璃)所必须获得的重要参数之一。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可以准确得到精退火温度的方法。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：精退火温度的获得方法，该方法包括以下步骤：
1)对材料加热并得到热膨胀曲线；
2)对热膨胀曲线进行一阶微分得到热膨胀一阶微分曲线；
3)所述热膨胀一阶微分曲线的开始转变温度Tg0*为最低退火温度，这时一阶微分曲线显示单位时间有长度的变化；所述热膨胀一阶微分曲线的转变温度Tg1*为最佳退火温度，这时材料弛豫的状态达到最佳化，玻璃微观结构的弛豫状态是消除应力的最佳值。
进一步的，所述加热是在0.5℃/min～2℃/min的速率下进行。
进一步的，根据不同的退火速率，选取不同的最低退火温度和最佳退火温度。
本发明的有益效果是：利用热膨胀曲线的一阶微分曲线，能快速准确地得到玻璃或陶瓷退火工艺中需要的最低和最佳退火温度；本发明的方法直观快速、容易测量并分析得到；对于不同配方和尺寸的玻璃,可根据一阶微分曲线得到的数据与Tg退火经验相互补充，对其不同玻璃或陶瓷退火温度进行修正,从而得到所需的最佳退火温度；将Tg的经验退火温度上升到具体可测，这对提高大块玻璃材料的均匀性和质量有极其重要的指导意义。
附图说明
图1是玻璃4℃/min热膨胀曲线图。
图2是玻璃的热膨胀与一阶微分曲线图。
图3是同种玻璃不同升温速率热膨胀与一阶微分曲线图。
图4是D-LaK6玻璃0.5℃/min、1℃/min、2℃/min的热膨胀与一阶微分曲线。
图5是两种不同玻璃4℃/min的热膨胀与一阶微分曲线图。
具体实施方式
本发明的方法是根据玻璃的微观结构在温度达到一定值时，产生的微观结构松弛状态能使玻璃微观结构进行舒展以消除急冷形成的热应力，在这一过程中不同的温度对应的玻璃微观结构长度变化不同(即微观结构松弛状态不同)，根据这一变化推断其相对应的最佳退火温度。具体地，就是采用热膨胀曲线的一阶微分分析技术来体现玻璃或陶瓷在加热过程中，微观结构长度变化为何值时对应的温度为最佳退火温度。
实施例：
采用德国耐驰公司的DIL402PC热膨胀仪，仪器的热膨胀系数精度与温度热值校正由该仪器公司提供的-100℃～900℃的熔融高纯度石英标样，测得的标样数据、温度与标样文献数据库比对，仪器测量精度满足2×10-7/℃。在做实验前必须对仪器进行膨胀系数与温度精度进行确认。玻璃样品要求熔化均匀无气泡条纹与析晶，Φ6×50mm，二端面必须平行。将清洗干净后的样品，量完长度后放入仪器测量室里，设置与退火速率相同的升温速率，对样品进行测试，得到玻璃以0.5℃/min～1℃/min接近退火速率加热的热膨胀曲线,然后进行曲线的一阶微分，如图2所示。
1)最低退火温度的确定
从玻璃不同升温速率的热膨胀一阶微分曲线可以看到，当玻璃加热到开始转变温度Tg0*时，一阶微分曲线显示单位时间有长度的变化，即玻璃微观结构开始变化，也就是说，处于冻结状态的玻璃在此温度开始有松弛物理状态的变化，玻璃微观结构在此温度将趋向弛豫(松弛)，因此，此时的温度为最低退火温度，只有在大于此温度退火玻璃才能进行应力的消除。
2)最佳退火温度的确定
当弛豫(松弛)的状态在转变温度Tg1*时将达到最佳化，此时玻璃微观结构的弛豫状态是消除应力的最佳值，在此温度经过一段时间的恒温后，玻璃的应力得以释放，在以0.5℃/h～2℃/h的降温速率降温到300℃左右。如高于Tg1*，玻璃单位时间长度的变化将出现急剧升高的突变，在此温度玻璃结构间更松弛，也更易在短时间消除应力，但对玻璃这样的不良热导体来说，这种方法是不可行的，尤其是大块玻璃。因为在此玻璃结构突变的温度退火，不仅在此温度恒温玻璃易瘫，而且当冷却后易造成玻璃光学参数的变化以及新的热应力(10-6均匀性玻璃应力变形在3nm/cm可认为热膨胀每分钟长度变化率不能变化太大)。所以，必须在不大于温度Tg1*，再通过长时间保温的方法来达到消应力以及提高玻璃均匀性的目的。因此，Tg1*是玻璃退火最重要的温度参数，知道了该温度，玻璃或陶瓷才能进行很好地消除热应力，才有可能得到大尺寸均匀性为10-6级玻璃。
3)同一种玻璃不同升温速率的Tg1*不同
通常玻璃退火一般都是在0.5℃/min～2℃/min的速率下进行的，从图3可看出：不同的升温速率，得到的Tg1*与Tg值是不一样的，不同的退火速率得到的最佳退火温度也不一样。
图4是D-LaK6玻璃不同升温速率热膨胀与一阶微分曲线图，从图4可以看出：不同的升温速率，得到的Tg0*、Tg1*与Tg值是不一样的，不同的退火速率得到的最佳退火温度也不一样。
图5是两种不同玻璃的热膨胀与一阶微分曲线图，从图5可以看到：不同的玻璃由于属性的不同，在加热过程中体现出对加热速率带来的反应也不一样，每种玻璃都有自己的特征曲线。
由于玻璃是不良热导体，必须根据不同的玻璃尺寸与玻璃的导热系数来制定合理的最佳退火温度和保温时间，这是影响高质量玻璃特别是106大块玻璃的最重要因素。
一阶微分曲线不仅能直观、有效地反应出单位时间的长度变化情况，而且更能体现出玻璃升温过程中微观结构的变化，这有利于我们制定出更好的退火工艺，满足市场对玻璃质量越来越高的要求，特别是国防军工所需的大块玻璃106均匀性的要求。从以上理论和实验测量数据分析可得出：由热膨胀一阶微分曲线分析方法得到的玻璃退火温度最佳。
Claims (3)
1.精退火温度的获得方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)对材料加热并得到热膨胀曲线；
2)对热膨胀曲线进行一阶微分得到热膨胀一阶微分曲线；
3)所述热膨胀一阶微分曲线的开始转变温度Tg0*为最低退火温度，这时一阶微分曲线显示单位时间有长度的变化；所述热膨胀一阶微分曲线的转变温度Tg1*为最佳退火温度，这时材料弛豫的状态达到最佳化，玻璃微观结构的弛豫状态是消除应力的最佳值。
2.如权利要求1所述的精退火温度的获得方法，其特征在于，所述加热是在0.5℃/min～2℃/min的速率下进行。
3.如权利要求1所述的精退火温度的获得方法，其特征在于，根据不同的退火速率，选取不同的最低退火温度和最佳退火温度。
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