CN116106146A - 判断玻璃退火质量的方法和玻璃制品的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种判断玻璃退火质量的方法和玻璃制品的制备方法。判断玻璃退火质量的方法包括以下步骤：使维氏硬度计以载荷P在玻璃样品表面形成N个压痕；记录N个压痕产生的裂纹总数；记录出现裂纹的压痕数量，并计算得到N个压痕的出裂概率；测量每个压痕产生的裂纹的长度，累加得到裂纹总长度D，并根据裂纹总长度D和载荷P计算得到D²/P值；对M个玻璃样品进行磨边加工；记录出现崩边的玻璃样品数目，并计算得到崩边概率；若玻璃样品满足以下条件中的一个或多个，说明玻璃样品的退火质量好：裂纹总数≤0.2N；出裂概率≤10％；D²/P值≤2N；崩边概率≤10％。该方法可准确判断玻璃退火质量，并帮助优化玻璃退火工艺，从而提高玻璃的力学性能和使用安全性。

Description

判断玻璃退火质量的方法和玻璃制品的制备方法

技术领域

本发明涉及玻璃生产工艺的技术领域，特别是涉及一种判断玻璃退火质量的方法和玻璃制品的制备方法。

背景技术

玻璃的生产工艺包括配料、熔制、成形、退火等工序。其中，玻璃的退火是玻璃生产过程中最为重要的环节，其是指将玻璃制品置于退火窑中，于退火温度范围内保温一段时间后缓慢降温冷却的热处理方式，能够有效减弱或消除玻璃中的永久应力，使其不超过允许值范围且分布合理。

永久应力是玻璃经应力松弛后由于玻璃中依然存在的温度梯度而形成的。当玻璃降温至室温，内外层温度完全平衡后，即温度梯度消失后，永久应力才完全显示出来。大多玻璃退火时并没有过多注意消除或减少永久应力，使得玻璃整体的永久应力较高，从而导致玻璃成型后的强度非常低，甚至有可能出现玻璃直接炸裂的情况，严重降低了玻璃制品的使用安全性。

传统的玻璃退火工序依赖于温度测量来衡量玻璃的退火质量，但温度测量的测温元件通常设置于退火窑中，无法直接测量到玻璃自身的温度，误差较大。在玻璃退火后，也可以通过玻璃的抗压强度、抗张强度、抗冲击强度等指标来评价玻璃的退火质量。然而，测试这些指标需要对玻璃进行切割、仿形、抛光等一系列加工工艺，其影响因素较多，结果离散较大，也不能很好地反映玻璃退火质量。

发明内容

基于此，有必要提供一种判断玻璃退火质量的方法和玻璃制品及其制备方法，该方法能够准确地判断玻璃退火质量，有利于提高玻璃制品的力学性能。

本发明的上述目的是通过如下技术方案进行实现的：

本发明第一方面，提供一种判断玻璃退火质量的方法，包括以下步骤：

以载荷P在玻璃样品表面形成N个压痕，其中，N≥50；

记录N个压痕产生的裂纹总数；

记录出现裂纹的压痕数量，并计算得到N个压痕的出裂概率；

测量每个压痕产生的裂纹的长度，累加得到裂纹总长度D，并根据所述裂纹总长度D和所述载荷P计算得到D²/P值；

对M个所述玻璃样品进行磨边加工，其中，M≥20；记录出现崩边的玻璃样品数目，并计算得到崩边概率；

若所述玻璃样品满足以下条件中的一个或多个，说明所述玻璃样品的退火质量好：1)所述裂纹总数≤0.2N；2)所述出裂概率≤10％；3)所述D²/P值≤2N；4)所述崩边概率≤10％。

在其中一个实施例中，形成N个压痕的设备包括维氏硬度计和/或努氏硬度计。

在其中一个实施例中，N的取值范围为50～500。

在其中一个实施例中，M的取值范围为20～500。

在其中一个实施例中，所述载荷P的大小为200gf～1000gf。

在其中一个实施例中，所述载荷P的保荷时间为10s～60s。

在其中一个实施例中，所述玻璃样品满足以下条件中的一个或多个：

1)所述玻璃样品为石英玻璃、钠玻璃、钾玻璃、铝镁玻璃、铅玻璃和硼硅玻璃中的一种或多种；

2)所述玻璃样品的厚度为0.2mm～8mm。

在其中一个实施例中，还包括以下步骤：将不属于退火质量好的玻璃样品重新进行退火。

在其中一个实施例中，所述退火包括以下步骤中的一个或多个：

1)所述玻璃样品为石英玻璃，使所述玻璃样品于1090℃～1200℃保温30min～300min后，以3℃/min的速度冷却至150℃；

2)所述玻璃样品为钠玻璃、钾玻璃或铝镁玻璃，使所述玻璃样品于560℃～650℃保温20min～120min后，以3℃/min的速度冷却至150℃；

3)所述玻璃样品为铅玻璃，使所述玻璃样品于460℃～490℃保温30min～180min后，以3℃/min的速度冷却至150℃；

4)所述玻璃样品为硼硅玻璃，使所述玻璃样品于560℃～610℃保温30min～240min后，以3℃/min的速度冷却至150℃。

本发明第二方面，提供一种玻璃制品的制备方法，其包括上述所述的判断玻璃退火质量的方法的步骤。

本发明根据玻璃的脆性与玻璃的热历史的相关性，提出了在玻璃退火工序后，通过压痕法和磨边法相结合来对玻璃退火质量进行准确判断的方法，能够帮助优化玻璃退火工艺，从而提高玻璃的力学性能和使用安全性。其中，通过压痕法在玻璃样品表面形成和N个压痕后，利用裂纹总数、出裂概率和D²/P值三个指标能够全面地描述玻璃样品表面的脆性破损情况，有效地提高对玻璃退火质量的判断准确性。进一步地，在利用压痕法判断裂纹的横向扩展情况的基础上，利用磨边法能够帮助确定裂纹的纵向扩展情况，避免造成结果判断的误差，对退火工艺的优化提供全面可靠的参考，从而满足现代玻璃生产工业越来越严格的质量要求。此外，该方法可以直接对不同产线上的玻璃制品进行测试，无需经过切割、仿形、磨边和抛光等一系列工序，不仅适用于不同厚度、不同化学组分、不同形状的玻璃样品，而且能够根据玻璃样品的取样位置判断得到退火窑中哪个位置的退火参数需要优化，简单方便，普适性强。

附图说明

图1为本发明提供的没有裂纹的压痕示例图；

图2为本发明提供的产生裂纹的压痕示例图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明第一方面，提供一种判断玻璃退火质量的方法，包括以下步骤：

以载荷P在玻璃样品表面形成N个压痕，其中，N≥50；

记录N个压痕产生的裂纹总数；

记录出现裂纹的压痕数量，并计算得到N个压痕的出裂概率；

测量每个压痕产生的裂纹的长度，累加得到裂纹总长度D，并根据所述裂纹总长度D和所述载荷P计算得到D²/P值；

对M个所述玻璃样品进行磨边加工，其中，M≥20；记录出现崩边的玻璃样品数目，并计算得到崩边概率；

若所述玻璃样品满足以下条件中的一个或多个，说明所述玻璃样品的退火质量好：1)所述裂纹总数≤0.2N；2)所述出裂概率≤10％；3)所述D²/P值≤2N；4)所述崩边概率≤10％。

可以理解地，在玻璃样品表面形成压痕并根据压痕产生的脆性破损情况来判断玻璃退火质量的方法称为压痕法；对玻璃样品进行磨边加工并根据玻璃样品是否崩边来判断玻璃退火质量的方法称为磨边法。

玻璃的脆性与玻璃的厚度、形状、热历史、化学组成以及内在的均匀性有关。玻璃的硬度越高，其脆性就越大，因此，在玻璃的厚度、形状、化学组成和平整度相同或相近的情况下，可以通过测试玻璃的硬度来定性地表征玻璃的脆性，从而判断玻璃的退火质量。

玻璃的硬度表示玻璃抵抗机械变形的能力，也可以认为表面产生塑性变形时所需要的能量，最常用的硬度指标有莫氏硬度、布氏硬度、洛氏硬度、努氏硬度和维氏硬度；其中，利用维氏硬度计可以测得玻璃的维氏硬度。在同一测试条件下，玻璃的脆性越大，在玻璃表面形成压痕时越容易发生脆性破损，产生的裂纹总数越多，出裂概率越高，裂纹扩展速度越快。裂纹的扩展需要消耗能量，裂纹总长度D的平方可以表示为裂纹横向扩展所消耗的能量，载荷P可以表示为外界施加的能量，因此D²/P值能够反映裂纹横向扩展消耗的能量在外界施加的能量的占比，占比越大，玻璃表面的裂纹就越容易发生横向扩展。裂纹扩展形成上表面和纵向面，并且，由于在裂纹尖端存在塑性区，裂纹扩展要产生塑性形变，存在放置一段时间后出现裂纹扩展的可能。因此，可以通过磨边加工后玻璃的崩边概率来辅助判断裂纹的横向扩展情况，提高该判断方法的准确性。

本发明根据玻璃的脆性与玻璃的热历史的相关性，提出了在玻璃退火工序后，通过压痕法和磨边法相结合来对玻璃退火质量进行准确判断的方法，能够帮助优化玻璃退火工艺，从而提高玻璃的力学性能和使用安全性。其中，通过压痕法在玻璃样品表面形成和N个压痕后，利用裂纹总数、出裂概率和D²/P值三个指标能够全面地描述玻璃样品表面的脆性破损情况，有效地提高对玻璃退火质量的判断准确性。进一步地，在利用压痕法判断裂纹的横向扩展情况的基础上，利用磨边法能够帮助确定裂纹的纵向扩展情况，避免造成结果判断的误差，对退火工艺的优化提供全面可靠的参考，从而满足现代玻璃生产工业越来越严格的质量要求。此外，该方法可以直接对不同产线上的玻璃制品进行测试，无需经过切割、仿形、磨边和抛光等一系列工序，不仅适用于不同厚度、不同化学组分、不同形状的玻璃样品，而且能够根据玻璃样品的取样位置判断得到退火窑中哪个位置的退火参数需要优化，简单方便，普适性强。

可以理解地，在玻璃样品表面形成的压痕总数N为不小于50的任意整数，例如50、60、70、80、90、100、500或1000等。

可以理解地，裂纹总数与0.2N、D²/P值与2N均仅进行数值上的对比。计算D²/P值时，载荷P的单位为克力(gf)，裂纹总长度的单位为微米(μm)，D²/P值的单位为(μm²/gf)。在利用维氏硬度计在玻璃样品上形成的压痕中，没有裂纹的压痕示例图如图1所示，出现裂纹的压痕示例图如图2所示。对于同一个压痕，只要任意一个顶点出现裂纹就认为该压痕出现裂纹；一个顶点产生的裂纹视为一条裂纹，即图1所示的压痕含有0条裂纹，图2所示的压痕含有4条裂纹；压痕顶点到裂纹尖端的距离为该条裂纹的长度，将所有裂纹的长度累加可得裂纹总长度D。

可以理解地，只要玻璃样品满足裂纹总数≤0.2N、出裂概率≤10％、D²/P值≤2N和崩边概率≤10％四个条件中的至少一个，就可以判断所述玻璃样品的退火质量好，并且满足的条件越多，其退火质量越好。因此，可以根据满足的条件数量来对将玻璃样品的退火质量进行分级。若玻璃样品均不满足上述四个条件，则其退火质量等级为0级，说明其退火质量差；若玻璃样品满足四个条件中的1个～4个，则其退火质量等级为1级～4级，说明其退火质量好，并且退火质量等级越大，其退火质量越好。

在一些更优选的实施方式中，若所述玻璃样品同时满足以下4个条件，说明所述玻璃样品的退火质量好：1)所述裂纹总数≤0.2N；2)所述出裂概率≤10％；3)所述D²/P值≤2N；4)所述崩边概率≤10％。

在其中一个实施例中，形成N个压痕的设备包括维氏硬度计和/或努氏硬度计。

维氏硬度计和努氏硬度计的压头均为金刚石四棱锥压头，因此在判断玻璃退火质量时可采用相同的条件。而布氏硬度计的压头为钢球压头或硬质合金球压头，洛氏硬度计的压头为金刚石圆锥压头或钢球压头，与金刚石四棱锥压头存在较大差异，无法采用上述四个条件进行判断，但根据玻璃的脆性与玻璃的热历史的相关性，经过推导和试验同样可以得到适用于布氏硬度计和洛氏硬度计的判断条件。

在一些实施方式中，N的取值范围为50～500。

在一些更优选的实施方式中，N的取值范围为50～100。

在一些具体的实施方式中，N＝50。

在一些实施方式中，M的取值范围为20～500。

在一些更优选的实施方式中，M的取值范围为20～100。

在一些具体的实施方式中，M＝20。

在一些实施方式中，所述载荷P的大小为200gf～1000gf。

当在同一台仪器上进行测试时，玻璃的脆性较大，则在较低的载荷下形成压痕时就会发生脆性破损；玻璃的脆性较小，则需要在较高的载荷下形成压痕时才会发生脆性破损。同时，玻璃的脆性还与其厚度、形状、化学组分和内在均匀性有关，因此，根据玻璃样品的具体参数和目标用途，可选择不同的载荷来测试玻璃的脆性，从而对不同玻璃样品的退火质量进行精准判断。

在一些优选的实施方式中，所述载荷P的大小为300gf～500gf。

在一些具体的实施方式中，所述载荷P的大小为300gf。

在一些实施方式中，所述载荷P的保荷时间为10s～60s。

在一些优选的实施方式中，所述载荷P的保荷时间为10s～30s。

在一些具体的实施方式中，所述载荷P的保荷时间为10s。

在一些实施方式中，所述玻璃样品满足以下条件中的一个或多个：

1)所述玻璃样品为石英玻璃、钠玻璃、钾玻璃、铝镁玻璃、铅玻璃和硼硅玻璃中的一种或多种；

2)所述玻璃样品的厚度为0.2mm～8mm。

在一些实施方式中，还包括以下步骤：将退火质量差的玻璃样品重新进行退火。

根据玻璃样品的取样位置，可以得知退火窑中需要优化退火参数的位置；对该处的退火温度、保温时间和降温速度等退火参数进行调试，然后重新测试裂纹总数、出裂概率、D²/P值和崩边概率四个指标，若指标升高，说明该调试方向不合适，若指标降低，说明该调试方向合适，经反复调试直至上述指标合格，从而确定重新退火的最佳参数。

在一些实施方式中，所述退火包括以下步骤中的一个或多个：

1)所述玻璃样品为石英玻璃，使所述玻璃样品于1090℃～1200℃保温30min～300min后，以3℃/min的速度冷却至150℃；

2)所述玻璃样品为钠玻璃、钾玻璃或铝镁玻璃，使所述玻璃样品于560℃～650℃保温20min～120min后，以3℃/min的速度冷却至150℃；

3)所述玻璃样品为铅玻璃，使所述玻璃样品于460℃～490℃保温30min～180min后，以3℃/min的速度冷却至150℃；

4)所述玻璃样品为硼硅玻璃，使所述玻璃样品于560℃～610℃保温30min～240min后，以3℃/min的速度冷却至150℃。

本发明第二方面，提供一种玻璃制品的制备方法，其包括上述所述的判断玻璃退火质量的方法的步骤。

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

本实施例通过压痕法来判断市售的玻璃样品的退火质量，其包括以下步骤：

(1)将市售的玻璃样品置于东莞市晟鼎精密以有限公司的HV-1000型号的维氏硬度计的工作台上；其中，所述玻璃样品均为干净平整的高铝玻璃，其参数如表1所示；

表1.实施例1～4中玻璃样品的参数

(2)设置载荷P为200gf、保荷时间为10s，使金刚石四棱锥压头压入玻璃样品表面形成压痕，并输出压痕的显微图片；若压痕顶点产生裂纹，则利用测微目镜读取压痕顶点至裂纹尖端的距离，记为该裂纹的长度；

(3)重复步骤(2)直至在玻璃样品表面形成50个压痕，并统计50个压痕产生的裂纹总数、出现裂纹的压痕数量以及50个压痕的裂纹总长度D；然后根据出现裂纹的压痕数量计算得到50个压痕的出裂概率，以及根据裂纹总长度D和载荷P计算得到D²/P值，其结果如表2所示。

表2.实施例1中玻璃样品的裂纹情况和退火质量判断结果

实施例2

本实施例与实施例1的方法基本相同，不同之处在于：载荷P为300gf，具体步骤如下：

(1)将表1所示的玻璃样品置于维氏硬度计的工作台上；

(2)设置载荷P为300gf、保荷时间为10s，使金刚石四棱锥压头压入玻璃样品表面形成压痕，并输出压痕的显微图片；若压痕顶点产生裂纹，则利用测微目镜读取压痕顶点至裂纹尖端的距离，记为该裂纹的长度；

(3)重复步骤(2)直至在玻璃样品表面形成50个压痕，并统计50个压痕产生的裂纹总数、出现裂纹的压痕数量以及50个压痕的裂纹总长度D；然后根据出现裂纹的压痕数量计算得到50个压痕的出裂概率，以及根据裂纹总长度D和载荷P计算得到D²/P值，其结果如表3所示。

表3.实施例2中玻璃样品的裂纹情况和退火质量判断结果

实施例3

本实施例与实施例1的方法基本相同，不同之处在于：载荷P为500gf，具体步骤如下：

(1)将表1所示的玻璃样品置于维氏硬度计的工作台上；

(2)设置载荷P为500gf、保荷时间为10s，使金刚石四棱锥压头压入玻璃样品表面形成压痕，并输出压痕的显微图片；若压痕顶点产生裂纹，则利用测微目镜读取压痕顶点至裂纹尖端的距离，记为该裂纹的长度；

(3)重复步骤(2)直至在玻璃样品表面形成50个压痕，并统计50个压痕产生的裂纹总数、出现裂纹的压痕数量以及50个压痕的裂纹总长度D；然后根据出现裂纹的压痕数量计算得到50个压痕的出裂概率，以及根据裂纹总长度D和载荷P计算得到D²/P值，其结果如表4所示。

表4.实施例3中玻璃样品的裂纹情况和退火质量判断结果

实施例4

本实施例与实施例1的方法基本相同，不同之处在于：载荷P为1000gf，具体步骤如下：

(1)将表1所示的玻璃样品置于维氏硬度计的工作台上；

(2)设置载荷P为1000gf、保荷时间为10s，使金刚石四棱锥压头压入玻璃样品表面形成压痕，并输出压痕的显微图片；若压痕顶点产生裂纹，则利用测微目镜读取压痕顶点至裂纹尖端的距离，记为该裂纹的长度；

(3)重复步骤(2)直至在玻璃样品表面形成50个压痕，并统计50个压痕产生的裂纹总数、出现裂纹的压痕数量以及50个压痕的裂纹总长度D；然后根据出现裂纹的压痕数量计算得到50个压痕的出裂概率，以及根据裂纹总长度D和载荷P计算得到D²/P值，其结果如表5所示。

表5.实施例4中玻璃样品的裂纹情况和退火质量判断结果

实施例5

本实施例是将实施例1～4中编号为9的玻璃样品重新进行退火后，再通过压痕法和磨边法来共同判断该玻璃样品的退火质量，具体步骤如下：

(1)将9号玻璃样品重新编号为9-1、9-2、9-3、9-4、9-5、9-6、9-7、9-8和9-9；将重新编号后的玻璃样品置于退火窑中，分别根据表6所示的退火工艺参数对不同编号的玻璃样品进行退火，随后以3℃/min的速度冷却至150℃后取出；

(2)将退火后的玻璃样品置于维氏硬度计的工作台上，设置载荷P为300gf、保荷时间为10s，使金刚石四棱锥压头压入玻璃样品表面形成压痕，并输出压痕的显微图片；若压痕顶点产生裂纹，则利用测微目镜读取压痕顶点至裂纹尖端的距离，记为该裂纹的长度；

(3)重复步骤(2)直至在玻璃样品表面形成50个压痕，并统计50个压痕产生的裂纹总数、出现裂纹的压痕数量以及50个压痕的裂纹总长度D；然后根据出现裂纹的压痕数量计算得到50个压痕的出裂概率，以及根据裂纹总长度D和载荷P计算得到D²/P值，其结果如表6所示；

(4)利用东莞市迪奥数控设备有限公司的型号为DA-600T的精雕机对20片玻璃样品进行磨边加工；该精雕机的磨头选自深圳市常兴金刚石磨具有限公司的通用磨头，开粗砂粒度为500，开粗进给为800，开粗吃刀量为0.12mm，主轴转速为45000r/min，精修砂粒度为1200，精修进给为800，精修吃刀量为0.09mm；统计出现崩边的玻璃样品数量，并计算崩边概率，其结果如表6所示。

表6.实施例5中玻璃样品的退火工艺参数及退火质量判断结果

实施例6

本实施例参照实施例2中的压痕法来判断10号～15号玻璃样品的退火质量，其结果如表7所示；其中，10号～15号玻璃样品均选自供应商为德国肖特公司、牌号为

厚度为0.7mm、尺寸为140mm×70mm的玻璃板，但根据化学组分的不同，10号～15号玻璃样品的分类分别为石英玻璃、钠玻璃、钾玻璃、铝镁玻璃、铅玻璃和硼硅玻璃。

表7.实施例6中玻璃样品的裂纹情况和退火质量判断结果

将10号～15号玻璃样品置于退火窑中，分别根据表8所示的退火工艺参数重新进行退火，随后以3℃/min的速度冷却至150℃后取出；然后参照实施例5中的压痕法和磨边法来判断重新退火后的10号～15号玻璃样品的退火质量，其结果如表8所示。

表8.实施例6中玻璃样品的退火工艺参数及退火质量判断结果

实施例7

本实施例参照实施例2中的压痕法来判断16号～21号玻璃样品的退火质量，其结果如表9所示；其中，16号～21号玻璃样品均选自供应商为日本旭硝子公司、牌号为DT、尺寸为140mm×70mm的高铝玻璃板，但其厚度不同，16号～21号玻璃样品分别为0.25mm、0.5mm、1mm、3mm、5mm和8mm。

表9.实施例7中玻璃样品的退火工艺参数及退火质量判断结果

实施例8

本实施例参照实施例2中的压痕法来判断22号～26号玻璃样品的退火质量，其结果如表10所示；其中，22号～26号玻璃样品均选自供应商为日本旭硝子公司、牌号为DT、厚度为0.7mm、尺寸为140mm×70mm的高铝玻璃板，但在压痕法测试过程中的保荷时间不同，16号～21号玻璃样品在测试时的保荷时间分别为20s、30s、40s、50s和60s。

表10.实施例7中玻璃样品的退火工艺参数及退火质量判断结果

对比例1

本对比例与实施例5基本一致，其不同之处在于：通过测试玻璃样品的4PB、ROR、抗冲击强度和应力四个力学指标来判断重新退火后的9-1号～9-9号玻璃样品的退火质量，其测试结果如表11所示。

其中，4PB指的是玻璃的四点抗弯强度，用于表征玻璃的边缘强度，可参照《JC/T676-1997玻璃材料弯曲强度试验方法》在4PB力学弯曲强度测试仪上进行测试，当4PB≥700MPa时，说明玻璃的退火质量好，反之说明玻璃的退火质量差；ROR指的是玻璃的环压强度，用于表征玻璃的表面强度，可参照《ASTM C1499-01环境温度下先进陶瓷单调等轴弯曲强度的标准试验方法》在玻璃环弯曲试验机上进行测试，当ROR≥900MPa时，说明玻璃的退火质量好，反之说明玻璃的退火质量差；抗冲击强度可参照《GB/T 39814-2021超薄玻璃抗冲击强度试验方法落球冲击法》在抗冲击强度测试仪上进行测试，当抗冲击强度≥0.4J时，说明玻璃的退火质量好，反之说明玻璃的退火质量差；应力利用英国夏普公司采用Senarmont方法研制的S-66型号的应力测量仪进行测试，当应力≤0.5MPa时，说明玻璃的退火质量好，反之说明玻璃的退火质量差。

表11.对比例1中玻璃样品的退火工艺参数及退火质量判断结果

由表1可知，1号～9号玻璃样品均为高铝玻璃，且其厚度和形状均相同，因此可以直接根据玻璃的脆性来分析判断玻璃的热历史，从而评价玻璃的退火质量。由表2～表5可知，当用维氏硬度计在同一玻璃样品进行压痕法测试时，载荷从200gf增加到1000gf，裂纹总数、出裂概率和裂纹总长度D均逐渐增大。不同玻璃样品的脆性出现明显的差异。其中，5号玻璃样品在200gf～1000gf的载荷下形成多个压痕都不会产生裂纹，退火质量等级均为3级(只采用压痕法时，3级为最高等级)，说明5号玻璃样品退火质量很好，脆性极小，在不同的外力作用下都不容易发生脆性破损。对于1号～3号和7号玻璃样品，随着压痕法的载荷的增加，其裂纹总数、出裂概率和D²/P值均有所提高，并且退火质量等级由3级降至2级，说明这4个玻璃样品的退火质量较好，其脆性较小，在不同的外力作用下都较难发生脆性破损。对于6号、8号和9号玻璃样品，裂纹总数、出裂概率和D²/P值在较低载荷下还在允许范围内，但随着载荷的增大，其脆性破损越来越严重，出现裂纹总数、出裂概率和D²/P值均不合格的现象，并且退火质量等级由3级降至0级，说明这3个玻璃样品的退火质量较差，其脆性较大，在较高的外力作用下容易发生脆性破损。4号玻璃样品在200gf～1000gf的载荷下进行压痕法测试，其裂纹总数>10、出裂概率>10％、D²/P值>100，退火质量等级均为0级，说明4号玻璃样品的退火质量很差，脆性很大，非常容易发生脆性破裂。

由表6可知，将退火质量较差、脆性较大的9号玻璃样品重新编号后，在不同退火条件下进行退火，导致厚度、形状和化学组分完全一样的玻璃样品的脆性出现明显差异。其中，9-7号～9-9号玻璃样品重新退火后，其裂纹总数、出裂概率、D²/P值和崩边概率均超出允许范围，D²/P值远大于100，退火质量等级均为0级，说明在退火不完全的情况下，玻璃的残余内应力较大，在受到外力作用形成压痕时，玻璃表面的裂纹就极易扩展。反之，9-1号～9-6号玻璃样品的退火比较充分，玻璃的残余内应力较小，在受到外力作用形成压痕时，玻璃表面的裂纹就不易扩展，D²/P值均远低于100，裂纹总数、出裂概率和崩边概率也能够满足要求，退火质量等级均为4级。由此可见，将不属于玻璃退火质量好的高铝玻璃样品进行重新退火时，其退火工艺优选为：于560-650℃保温20-120min后以3℃/min的速度降温至150℃，随后从退火窑中取出。

由表7可知，在只有化学组分不同的情况下，10号、14号和15号玻璃样品的退火质量等级均为4级，其退火质量好，脆性小，而11号～13号玻璃样品的退火质量等级均为3级，其退火质量差，脆性大。由于10号～15号玻璃样品的厚度和尺寸相同，但化学组分不同，为排除判断结果的差异是由于玻璃样品化学组分的不同的可能性，发明人进一步参照实施例5中的退火工艺参数对10号～15号玻璃样品重新进行退火，并利用压痕法和磨边法来判断重新退火后的玻璃样品的退火质量。由表8可知，在退火较为充分的情况下，10～15号玻璃样品的退火质量等级都为4级，退火质量都很好，这说明表7中判断结果的差异并非是由化学组分的不同引起的，因此采用压痕法和磨边法来判断玻璃退火质量的方法同样适用于不同化学组分的玻璃样品。

由表9可知，在只有厚度不同的情况下，16号～21号玻璃样品的退火质量等级均为4级，其退火质量好，脆性小。这说明玻璃样品的厚度的差异不会对判断结果造成影响，因此采用压痕法和磨边法来判断玻璃退火质量的方法同样适用于不同厚度的玻璃样品。

由表10可知，在只有保荷时间不同的情况下，22号～26号玻璃样品的退火质量等级均为4级，其退火质量好，脆性小。这说明压痕法测试时保荷时间的差异不会对判断结果造成影响，因此，在测试时可以根据实际情况选择合适的保荷时间来进行压痕法的测试。

在表11中，根据应力测试可知，9-1号～9-6号玻璃样品的退火质量好，9-7号～9-9号玻璃样品的退火质量差，其判断结果与实施例5的判断结果相一致。

根据4PB测试可知，9-2号～9-6号玻璃样品的退火质量好，9-1号、9-7号～9-9号玻璃样品的退火质量差，即9-1号玻璃样品的退火质量判断结果与实施例5的判断结果相反，也与应力测试的判断结果相反。

根据ROR测试可知，9-1号、9-3号～9-7号玻璃样品的退火质量好，9-2号、9-8号和9-9号玻璃样品的退火质量差，即9-2号和9-7号玻璃样品的退火质量判断结果与实施例5的判断结果相反，也与应力测试的判断结果相反。

根据抗冲击强度测试可知，9-1号、9-2号、9-4号～9-6号和9-8号玻璃样品的退火质量好，9-3号、9-7号和9-9号玻璃样品的退火质量差，即9-3号和9-8号玻璃样品的退火质量判断结果与实施例5的判断结果相反，也与应力测试的判断结果相反。

由于应力测试能够直接测量得到玻璃样品的残余内应力，是衡量玻璃退火质量的最直观、最准确的方法，因此可以根据应力测试的结果来证明其判断方法的准确度。对于同一玻璃样品，4PB测试、ROR测试和抗冲击强度测试的判断结果均存在有与应力测试的判断结果相悖的现象，说明这三个力学指标的判断结果不够准确，不能很好地反映玻璃退火质量。与之相反，根据压痕法和磨边法共同来判断其退火质量的结果与应力测试的判断结果完全相同，从侧面证明了该方法具有很好的准确性，有利于对退火工艺进行精准的优化，从而提高玻璃样品的力学性能和使用安全性。此外，该方法不需要采用高精密度的专业仪器设备，操作难度低，适用于不同厚度、不同形状、不同化学组分的玻璃样品，普适性强。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准，说明书及附图可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.一种判断玻璃退火质量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

以载荷P在玻璃样品表面形成N个压痕，其中，N≥50；

记录N个压痕产生的裂纹总数；

记录出现裂纹的压痕数量，并计算得到N个压痕的出裂概率；

测量每个压痕产生的裂纹的长度，累加得到裂纹总长度D，并根据所述裂纹总长度D和所述载荷P计算得到D²/P值；

对M个所述玻璃样品进行磨边加工，其中，M≥20；记录出现崩边的玻璃样品数目，并计算得到崩边概率；

若所述玻璃样品满足以下条件中的一个或多个，说明所述玻璃样品的退火质量好：1)所述裂纹总数≤0.2N；2)所述出裂概率≤10％；3)所述D²/P值≤2N；4)所述崩边概率≤10％。

2.如权利要求1所述的判断玻璃退火质量的方法，其特征在于，形成N个压痕的设备包括维氏硬度计和/或努氏硬度计。

3.如权利要求1所述的判断玻璃退火质量的方法，其特征在于，N的取值范围为50～500。

4.如权利要求1所述的判断玻璃退火质量的方法，其特征在于，M的取值范围为20～500。

5.如权利要求1所述的判断玻璃退火质量的方法，其特征在于，所述载荷P的大小为200gf～1000gf。

6.如权利要求1所述的判断玻璃退火质量的方法，其特征在于，所述载荷P的保荷时间为10s～60s。

7.如权利要求1所述的判断玻璃退火质量的方法，其特征在于，所述玻璃样品满足以下条件中的一个或多个：

1)所述玻璃样品为石英玻璃、钠玻璃、钾玻璃、铝镁玻璃、铅玻璃和硼硅玻璃中的一种或多种；

2)所述玻璃样品的厚度为0.2mm～8mm。

8.如权利要求1～7中任一项所述的判断玻璃退火质量的方法，其特征在于，还包括以下步骤：将不属于退火质量好的玻璃样品重新进行退火。

9.如权利要求8所述的判断玻璃退火质量的方法，其特征在于，所述退火包括以下步骤中的一个或多个：

1)所述玻璃样品为石英玻璃，使所述玻璃样品于1090℃～1200℃保温30min～300min后，以3℃/min的速度冷却至150℃；

2)所述玻璃样品为钠玻璃、钾玻璃或铝镁玻璃，使所述玻璃样品于560℃～650℃保温20min～120min后，以3℃/min的速度冷却至150℃；

3)所述玻璃样品为铅玻璃，使所述玻璃样品于460℃～490℃保温30min～180min后，以3℃/min的速度冷却至150℃；

4)所述玻璃样品为硼硅玻璃，使所述玻璃样品于560℃～610℃保温30min～240min后，以3℃/min的速度冷却至150℃。

10.一种玻璃制品的制备方法，其特征在于，包括如权利要求1～9中任一项所述的判断玻璃退火质量的方法的步骤。

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