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_的顏色對比法是采用一套至少包括6片的標準光程片組,將被測玻璃樣品在偏光下與標準片對比干涉色,從而判斷應力大小。
標準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 –23.8 nm之間,直徑至少30mm,同-組內(nèi)各片的光程差基本一致。
通過增減標準光程片數(shù)目,使玻璃樣品的干涉色與標準片組的干涉色相同,根據(jù)標準片的片數(shù)及各片光程數(shù)據(jù),_能計算出玻璃中的應力值。
2.2 Senarmont定量應力測定法
此種方法采用的光學元件及其方向匹配關系請參照圖2。
起偏器及檢偏器的偏振方向均須與水平線成45o,它們之間_相互垂直。被測樣品主應力之一的方向_與水平線一致,即主應力方向須與偏振方向成45o,如樣品是瓶子等圓柱形制品,則將瓶子水平放置、使瓶子軸線與水平線重合即可。
檢偏器是可以旋轉的,轉動角度由刻度指示。使用時,先將檢偏器轉至0刻度處;然后放置被測樣品,調整樣品方向,使被測點主應力的方向與偏振方向成45o;再轉動檢偏器,直到被測點變得_暗;記下轉角讀數(shù),每度相當于3.14
nm 光程差。
根據(jù)旋轉方向可判斷出是壓應力還是張應力。如順時針轉動檢偏器能使被測點變暗,則為張應力,反之為壓應力。需要指出,如四分之一波片轉動90o安裝,則檢偏器旋轉方向所代表的應力性質正好相反,讀數(shù)_值不變。如果對儀器有疑問,可取25
X 200mm的平板玻璃測其板芯應力,已知板芯應力是張應力,故能用來驗證儀器的應力測試方向。
四分之一波片的精度對此方法的測定精度有較大影響,-般要求該波片的光程誤差在+/- 2
nm之內(nèi)。Senarmont法適用于測定己知應力方向的玻璃制品,如平板玻璃、瓶子、玻璃管等。對于應力方向復雜的制品,采用Tardy方法比較方便。
2.3 Tardy定量應力測試方法
與Senarmont法不同:Tardy法增加了-塊四分之-波片,兩塊四分之一波片的光軸均與偏振方向成45o,兩塊波片均能從光路中移走;玻璃樣品中的主應力方向與偏振方向重合。其余部分與Senarmont法類似。
測試時,先將兩塊四分之-波片撤離光路;然后放入被測樣品,此時可從檢偏器中看見樣品上黑色的應力等傾線,即在此線上,應力方向均相同并與偏振方向一致;再調整樣品的放置方向,使等傾線通過被測點;將二塊四分之-波片推入光路,等傾線即消失;此時可旋轉檢偏器,直至被測點光線_弱;后面步驟同Senarmont法。
由于Tardy法要求應力方向與偏振方向一致,故可利用等傾線性質實現(xiàn)方向的相對調整,不必準確確定應力的實際方向。
二塊四分之一波片的光軸相互垂直,對光程的作用互為補償,所以波片的精度要求可低-些,只需控制二塊波片之間的相對誤差。故此方法的測量精度要好于Senarmont法。
2.4 Babinet補償器法
Babinet補償器是一種光程差可調的雙折射元件,相當于在應力儀中加入一個應力值可調的人工應力片,其方向與被測玻璃樣品中的應力方向相反,當兩者數(shù)值相等時,應力相互抵消,在正交偏光下觀察到消光黑條紋。
Babinet補償器-般由兩塊石英楔構成,二者尺寸相同,光軸互相垂直。一塊楔是固定的,另-塊可滑動,滑動的位置由測微螺桿轉換成讀數(shù),光程差值與楔滑動的距離成線性關糸。
此種方法操作較為簡單,首先確定被測點的主應力方向,旋轉補償器測微螺桿,直至被測點為黑條紋所覆蓋,記下測微螺桿讀數(shù)并乘以補償器常數(shù)即得到玻璃的應力值。應力的方向亦根據(jù)測微螺桿旋轉方向加以確定。
此法操作簡單,精度高。不足之處是補償器價格昂貴。
3. 幾個需注意的問題
3.1
所有方法測出的均是相互垂直的兩主應力的差值。如果兩主應力相等,即使應力值很大,測出的應力也是零,這種現(xiàn)象經(jīng)常會產(chǎn)生誤導,使人容易忽略實際存在的應力。因此,-般選擇主應力之-為零的部位作為測量點。
3.2
只有垂直于光路的應力才能被測出。如果一維主應力平行于光透射方向,則也會得出不存在應力的錯誤結論。另-方面,此特性也常被用來解決上述3.1條所討論的問題,如玻璃中存在二維應力,應使主應力之-平行于光路,從而準確測出另-主應力值。
3.3
測出的應力是光經(jīng)過的玻璃內(nèi)不同位置應力的代數(shù)和。如果-個玻璃瓶壁的外表面存在壓應力、而內(nèi)表面是張應力,光從瓶身一側射進、從另-側射出,則測得的應力是各處應力的平均值,各處的實際應力很可能遠大于此平均值。
3.4
光的入射方向須與玻璃表面垂直。異型制品須浸入與玻璃折射率相同的液體中,以杜絕反射、折射等現(xiàn)象產(chǎn)生的光學作用,這些作用會干擾應力干涉色,影響應力測量精度。
4. 結束語
應力測定工作并不是一項高難度的工作,但它涉及的因素多,且容易混淆,稍不注意_會得出錯誤甚至相反的結果。在實際測定之前,_要先分析造成玻璃制品失效的應力因素,理清思路,選擇合理的測定方法與步驟。應力測定的目的是反饋給玻璃生產(chǎn)工段,為其采用更合適的熱處理設備、制定更合理的熱處理工藝提供依據(jù)。因此應力測定既是檢驗工序的工作,更重要的應該是工藝過程控制的-環(huán),應力測定與生產(chǎn)工藝應緊密結合在-起。
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_的顏色對比法是采用一套至少包括6片的標準光程片組,將被測玻璃樣品在偏光下與標準片對比干涉色,從而判斷應力大小。
標準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 –23.8 nm之間,直徑至少30mm,同-組內(nèi)各片的光程差基本一致。
通過增減標準光程片數(shù)目,使玻璃樣品的干涉色與標準片組的干涉色相同,根據(jù)標準片的片數(shù)及各片光程數(shù)據(jù),_能計算出玻璃中的應力值。
2.2 Senarmont定量應力測定法
此種方法采用的光學元件及其方向匹配關系請參照圖2。
起偏器及檢偏器的偏振方向均須與水平線成45o,它們之間_相互垂直。被測樣品主應力之一的方向_與水平線一致,即主應力方向須與偏振方向成45o,如樣品是瓶子等圓柱形制品,則將瓶子水平放置、使瓶子軸線與水平線重合即可。
檢偏器是可以旋轉的,轉動角度由刻度指示。使用時,先將檢偏器轉至0刻度處;然后放置被測樣品,調整樣品方向,使被測點主應力的方向與偏振方向成45o;再轉動檢偏器,直到被測點變得_暗;記下轉角讀數(shù),每度相當于3.14
nm 光程差。
根據(jù)旋轉方向可判斷出是壓應力還是張應力。如順時針轉動檢偏器能使被測點變暗,則為張應力,反之為壓應力。需要指出,如四分之一波片轉動90o安裝,則檢偏器旋轉方向所代表的應力性質正好相反,讀數(shù)_值不變。如果對儀器有疑問,可取25
X 200mm的平板玻璃測其板芯應力,已知板芯應力是張應力,故能用來驗證儀器的應力測試方向。
四分之一波片的精度對此方法的測定精度有較大影響,-般要求該波片的光程誤差在+/- 2
nm之內(nèi)。Senarmont法適用于測定己知應力方向的玻璃制品,如平板玻璃、瓶子、玻璃管等。對于應力方向復雜的制品,采用Tardy方法比較方便。
2.3 Tardy定量應力測試方法
與Senarmont法不同:Tardy法增加了-塊四分之-波片,兩塊四分之一波片的光軸均與偏振方向成45o,兩塊波片均能從光路中移走;玻璃樣品中的主應力方向與偏振方向重合。其余部分與Senarmont法類似。
測試時,先將兩塊四分之-波片撤離光路;然后放入被測樣品,此時可從檢偏器中看見樣品上黑色的應力等傾線,即在此線上,應力方向均相同并與偏振方向一致;再調整樣品的放置方向,使等傾線通過被測點;將二塊四分之-波片推入光路,等傾線即消失;此時可旋轉檢偏器,直至被測點光線_弱;后面步驟同Senarmont法。
由于Tardy法要求應力方向與偏振方向一致,故可利用等傾線性質實現(xiàn)方向的相對調整,不必準確確定應力的實際方向。
二塊四分之一波片的光軸相互垂直,對光程的作用互為補償,所以波片的精度要求可低-些,只需控制二塊波片之間的相對誤差。故此方法的測量精度要好于Senarmont法。
2.4 Babinet補償器法
Babinet補償器是一種光程差可調的雙折射元件,相當于在應力儀中加入一個應力值可調的人工應力片,其方向與被測玻璃樣品中的應力方向相反,當兩者數(shù)值相等時,應力相互抵消,在正交偏光下觀察到消光黑條紋。
Babinet補償器-般由兩塊石英楔構成,二者尺寸相同,光軸互相垂直。一塊楔是固定的,另-塊可滑動,滑動的位置由測微螺桿轉換成讀數(shù),光程差值與楔滑動的距離成線性關糸。
此種方法操作較為簡單,首先確定被測點的主應力方向,旋轉補償器測微螺桿,直至被測點為黑條紋所覆蓋,記下測微螺桿讀數(shù)并乘以補償器常數(shù)即得到玻璃的應力值。應力的方向亦根據(jù)測微螺桿旋轉方向加以確定。
此法操作簡單,精度高。不足之處是補償器價格昂貴。
3. 幾個需注意的問題
3.1
所有方法測出的均是相互垂直的兩主應力的差值。如果兩主應力相等,即使應力值很大,測出的應力也是零,這種現(xiàn)象經(jīng)常會產(chǎn)生誤導,使人容易忽略實際存在的應力。因此,-般選擇主應力之-為零的部位作為測量點。
3.2
只有垂直于光路的應力才能被測出。如果一維主應力平行于光透射方向,則也會得出不存在應力的錯誤結論。另-方面,此特性也常被用來解決上述3.1條所討論的問題,如玻璃中存在二維應力,應使主應力之-平行于光路,從而準確測出另-主應力值。
3.3
測出的應力是光經(jīng)過的玻璃內(nèi)不同位置應力的代數(shù)和。如果-個玻璃瓶壁的外表面存在壓應力、而內(nèi)表面是張應力,光從瓶身一側射進、從另-側射出,則測得的應力是各處應力的平均值,各處的實際應力很可能遠大于此平均值。
3.4
光的入射方向須與玻璃表面垂直。異型制品須浸入與玻璃折射率相同的液體中,以杜絕反射、折射等現(xiàn)象產(chǎn)生的光學作用,這些作用會干擾應力干涉色,影響應力測量精度。
4. 結束語
應力測定工作并不是一項高難度的工作,但它涉及的因素多,且容易混淆,稍不注意_會得出錯誤甚至相反的結果。在實際測定之前,_要先分析造成玻璃制品失效的應力因素,理清思路,選擇合理的測定方法與步驟。應力測定的目的是反饋給玻璃生產(chǎn)工段,為其采用更合適的熱處理設備、制定更合理的熱處理工藝提供依據(jù)。因此應力測定既是檢驗工序的工作,更重要的應該是工藝過程控制的-環(huán),應力測定與生產(chǎn)工藝應緊密結合在-起。