1.5.2. Процесс отжига оптического стекла.

Процесс отжига оптического стекла делят на 4 этапа, схематически показанных на рис. (1.5.1):

Рис. (1.5.1). Температурный режим отжига трех типов:

линейного , инерционного

ускоренного - - - -. Этапы отжига: 1 – нагревание, 2 – выдержка, 3 – ответственное охлаждение, 4 – быстрое охлаждение.

1. Нагревание стекла до температуры отжига;

2. Выдерживание стекла при этой температуре необходимое время ;

3. Медленное охлаждение в области отжига, или, как его называют, «ответственное охлаждение»;

4. Быстрое охлаждение стекла до температуры помещения.

Назначение первого этапа – нагреть заготовки с возможно большей скоростью, допускаемой конструкцией печи, но безопасной в отношении возникновения в них трещин. При расчете допустимой скорости нагревания в формуле P = Qh(d² - 3x²) вводят коэффициент пятикратного запаса прочности.

Бывает, что на тонкий отжиг направляют заготовки с большими остаточными напряжениями; как и временные напряжения, при нагревании в середине заготовки они положительны, а на краю – отрицательные. Вследствие этого нагревание закаленных заготовок следует вести с меньшей скоростью, чем это делается обычно.

Назначение второго этапа – полностью освободить стекло от напряжения и неоднородностей, приобретенных им во время предшествующей термической обработки. Этот процесс протекает при разных температурах, но с различной скоростью: чем выше температура, т.е. чем ниже вязкость стекла, тем оно идет быстрее.

Температурой отжиг принято считать температуру, отвечающую вязкости 10¹² Па*с, близкую к температуре перелома дилатометрической кривой t_g. Каждое стекло имеет свою температуру отжига, зависящую от его химического состава. В промышленности выдерживают стекло и при более высокой температуре. Это позволяет получать стекло без структурных неоднородностей и значительно сокращать длительность выдержки.

Основной задачей третьего этапа – ответственного охлаждения – является сохранение высокой однородности стекла, достигнутой во время выдержки.

Вначале охлаждения стекло проходит переходный период, в течение которого непрерывно нарастает перепад температуры между серединой и поверхности заготовки. Подставляя формулу ∆t = в Q = и умножая на ОКН, получаем:

δ_n = (1.5.2)

т.е. двойное лучепреломление в заготовке прямо пропорционально возникающему в ней перепаду температуры. Следовательно, чем меньше быть напряжения в стекле, тем меньше должны быть и перепад температуры в процессе ответственного охлаждения.

Если температура, от которой начинается охлаждение стекла, достаточно высоко, то в процессе охлаждения значения показателя преломления стекла в разных точках будут изменяться по одной и той же кривой, даже если сначала они и не были равны между собой. Смысл этого условия заключается в том, что длительность охлаждения в переходном периоде должна быть не меньше времени, необходимого для протекания структурных изменений. Если эта длительность будет меньше, чем требуется для их завершения, то изменение показателя преломления в разных точках стекла пойдет по разным кривым и приведет к структурной неоднородности, которая будет тем больше, чем значительней скорость охлаждения превышает скорость структурных изменений. Эта скорость должна тем меньше, чем более однородным должно быть стекло и чем больше толщина заготовки (или другой характеристический размер – например радиус), так как от ее размера (см. рис. 1.5.2) зависит температурный интервал переходного периода.

Если к оптическому стеклу не предъявляются высокие требования по однородности и двойному лучепреломлению, то этап ответственного охлаждения может быть закончен при более высокой температуре, в результате чего длительность третьего этапа отжига может быть сокращен примерно на 20-30%.

На четвертом этапе отжига – охлаждении ниже области отжига, - так же, как и при нагревании, основная задача заключается в том, чтобы возможно быстрее охладить стекло без образования трещин. Если при нагревании на поверхности заготовок возникают напряжения сжатия, то при охлаждении ниже области отжига – напряжение растяжения. Поэтому охлаждение на четвертом этапе проводят в 1,5-2 раза медленнее, чем нагревание на первом этапе.