深圳市田野儀器有限公司

　　控制應(yīng)力是玻璃生產(chǎn)工藝中較其重要的－環(huán)，應(yīng)用適當(dāng)熱處理來控制應(yīng)力的方法已為玻璃技術(shù)人員所熟知。然而，如何準(zhǔn)確測定玻璃應(yīng)力仍是困撓廣大玻璃廠的難題之一，傳統(tǒng)的經(jīng)驗性估計已越來越不適應(yīng)當(dāng)今社會對玻璃制品質(zhì)量的要求。本文一體地介紹了常用的應(yīng)力測定方法，希望對大家有所幫助和啟發(fā)。

　　1.應(yīng)力測定的理論基礎(chǔ)

　　1.1偏振光

　　眾所周知，光是一種電磁波，其振動方向與前進(jìn)方向垂直，在所有與前進(jìn)方向垂直的振動面上振動。如在光路中引入只允許某一振動方向光線通過的偏振濾片，就可獲得偏振光，簡稱偏光。

　　1.2雙折射

　　玻璃是各向同性體，各方向的折射率相同。如玻璃中存在應(yīng)力，各向同性的性質(zhì)受到破壞，引起折射率變化，兩主應(yīng)力方向的折射率不再相同，即導(dǎo)致雙折射。折射率與應(yīng)力值的關(guān)糸由下式確定：

　　nx-ny=CB(σx–σy)

　　式中：nx、ny分別為x及y方向的折射率。σx、σy分別為x及y方向的應(yīng)力。CB為應(yīng)力光學(xué)常數(shù)，它是物性常數(shù)，僅與玻璃品種有關(guān)。

　　1.3光程差

　　當(dāng)偏光透過厚度為t的有應(yīng)力玻璃時，光矢會分裂為兩個分別在x及y應(yīng)力方向振動的分量。如vx、vy分別為兩光矢分量的速度，則透過玻璃所需的時間分別為t/vx和t/vy，兩分量之間不再同步，而是存在光程差δ：

　　δ=C(t/vx-t/vy)=t(nx-ny)

　　式中C為真空中光速。

　　結(jié)合上述二式，即得如下公式：(σx–σy)=δ/(tCB)

　　即應(yīng)力與光程差存在一定關(guān)系，一般借助光干涉原理測出光程差，從而計算出應(yīng)力值。需要強(qiáng)調(diào)的是，得出的不是應(yīng)力的值，而是二主應(yīng)力之差，有時雖然測出的應(yīng)力為零，但實際上二主應(yīng)力均存在，只不過二者相等而已。典型例子是平板玻璃，從平面上看，存在各向相等的表面壓應(yīng)力及板芯張應(yīng)力，表面壓應(yīng)力在數(shù)值上等于2倍板芯張應(yīng)力，但采用平面透射光并不能測出應(yīng)力，原因就是σx=σy。必須取樣，使光透過玻璃端面才能測定。因此，對不同制品，根據(jù)工藝情況，設(shè)計適當(dāng)?shù)膽?yīng)力測試方法是較為重要的。

　　1.4干涉色

　　兩光矢分量透過檢偏器后，在同－平面內(nèi)振動，且存在一定光程差，滿足相干條件，會發(fā)生干涉。干涉作用產(chǎn)生的光強(qiáng)I由下式?jīng)Q定：

　　I=a2Sin22(β–α)Sin2(pδ/λ)

　　式中各符號的意義見圖1。由此式可得出如下結(jié)論：

　　a)當(dāng)β=α?xí)r，即兩主應(yīng)力方向分別與起偏器及檢偏器方向一致時，I=0。此黑條紋即是“等傾線”，線上所有點的應(yīng)力具有相同的方向。此原理常用來確定應(yīng)力的方向。

　　b)當(dāng)β–α=45o時，即主應(yīng)力方向與偏振方向成450，在δ=0、1λ、2λ、3λ……Nλ處，I=0。也就是光程差為波長的整數(shù)倍時，出現(xiàn)黑色條紋。

　　c)當(dāng)β–α=45o時，下列波長的光能較好地透過：Sin2(pδ/λ)=1,即λ=2δ、2δ/3、2δ/5、2δ/7、……。而以下波長的光被阻：Sin2(pδ/λ)=0,即λ=δ、δ/2、δ/3、δ/4、……。白光是波長從400—700nm范圍內(nèi)多種顏色光波的混合物，有效波長－般按565nm計。所以用白光作光源時，玻璃就出現(xiàn)多彩的干涉色，可用來估計應(yīng)力值。相同的干涉色連成的色帶稱“等色線”，線上的應(yīng)力值相等。

　　2.常用的應(yīng)力測量方法

　　2.1定性、半定量測量方法

　　使用正交偏光觀察玻璃中殘余應(yīng)力的方法為大家所熟知，此種方法廣泛用于定性或半定量判定玻璃中的應(yīng)力情況。較簡易的應(yīng)力儀通常由一個白光光源及二片偏光片組成，偏光片的光軸互相垂直，玻璃樣品置于兩偏光片之間，主應(yīng)力方向與偏振軸成450。如果玻璃中存在垂直于光線傳播方向的非均勻應(yīng)力，則可觀察到黑、灰、白的干涉帶，應(yīng)力更高時，可見黃、紅、藍(lán)等彩色干涉條紋。無應(yīng)力的玻璃只能觀察到均勻的暗場。

　　對于退火玻璃制品，一般僅出現(xiàn)灰白干涉色，此時為提高分辨率，需增加一塊靈敏色片。靈敏色片其實是一種光程差為565nm的人工雙折射片，相當(dāng)于人為將總光程差增加或減少565nm，使視域中出現(xiàn)彩色干涉色，提高肉眼對干涉色的分辯能力。

　　表1：干涉色與光程差對照表

　　干涉色o:p>

　　無靈敏色片時的光程差nm

　　靈敏色片時的光程差nm

　　黑

　　0

　　565

　　灰

　　150

　　415

　　淡黃

　　250

　　315

　　黃

　　300

　　265

　　桔黃

　　450

　　115

　　紅

　　500

　　65

　　紫

　　565

　　0

　　蘭

　　600

　　蘭綠

　　650

　　綠黃

　　750

　　黃

　　850

　　桔

　　950

　　紅

　　1050

　　紫

　　1130

　　綠

　　1300

　　綠黃

　　1400

　　粉紅

　　1500

　　紫

　　1695

　　另一種較為準(zhǔn)確的顏色對比法是采用一套至少包括6片的標(biāo)準(zhǔn)光程片組，將被測玻璃樣品在偏光下與標(biāo)準(zhǔn)片對比干涉色，從而判斷應(yīng)力大小。標(biāo)準(zhǔn)光程片是一種均勻的雙折射片，每片的光程差人為控制在21.8–23.8nm之間，直徑至少30mm，同－組內(nèi)各片的光程差基本一致。通過增減標(biāo)準(zhǔn)光程片數(shù)目，使玻璃樣品的干涉色與標(biāo)準(zhǔn)片組的干涉色相同，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)片的片數(shù)及各片光程數(shù)據(jù)，就能計算出玻璃中的應(yīng)力值。