熱強化玻璃及表面應(yīng)力儀測定

     1、熱強化玻璃以及表面應(yīng)力儀

　　以平板玻璃做素材的熱強化（也叫風(fēng)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(zhì)管理也就相應(yīng)的變得比較重要了。特別是表面的應(yīng)力與強度有著直接性的關(guān)聯(lián)。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(shù)倍程度的玻璃，新的JIS也就發(fā)行了。要對表面應(yīng)力進(jìn)行管理，就需要利用光學(xué)現(xiàn)象、基于光彈性原理基礎(chǔ)上的表面應(yīng)力儀來檢測。

　　2、玻璃表面應(yīng)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(yīng)力只是平行于表面的。3個存在并相互垂直的主應(yīng)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(yīng)力線的角度關(guān)系其中一條垂直與表面并且值為零

　　光沿著表面進(jìn)入玻璃內(nèi)部，如果存在應(yīng)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(yīng)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(yīng)力，表面垂直的應(yīng)力之間的差成比例的。但是由于兩者的應(yīng)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(yīng)力成比例了。比例定數(shù)C是根據(jù)玻璃的組成來決定玻璃的性質(zhì)，被稱之為光彈性常數(shù)。因此就誕生了如下公式雙折射△n=C*表面應(yīng)力P公式（1）使用穿透光來進(jìn)行的光彈性實驗中，通常使用nm/cmkg/cm2來表示光彈性常數(shù)的單位。在使用公式（1）進(jìn)行換算的時候?qū)m/cm讀成10-7比較好。比如平板玻璃的光彈性常數(shù)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(shù)。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(jìn)行光彈性測定的公式也就出來了，即光路差=C*應(yīng)力*光經(jīng)過的長度=△n*光經(jīng)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(chǎn)生的應(yīng)力雙折射用折射儀來檢測，根據(jù)公式（1）就可以得出應(yīng)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(guān)于光電子學(xué)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(dǎo)向內(nèi)注入光，再從導(dǎo)向內(nèi)導(dǎo)出光。這也是對于表面應(yīng)力測定的一種有用的技術(shù)。但是前提必須是樣品表面有光的導(dǎo)向的性質(zhì)。

　　4、錫面的導(dǎo)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(chǎn)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(yīng)隨之變化，錫離子進(jìn)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(fā)散而能讓光傳播的很遠(yuǎn)（光的電波導(dǎo)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(xué)玻璃制出來的棱鏡。