1.3..3.2 Выдержка при верхней температуре отжига
При термообработке изделия между наружными и внутренними слоями стекломассы возникает перепад температур. Наружные слои, охлаждаясь быстрее внутренних, сжимаются, но внутренние слои вследствие более высокой температуры препятствуют этому. В результате наружные слои твердеют в растянутом состоянии. Внутренние же слои при сжатии в результате охлаждения также стремятся к сжатию, чему препятствуют внешние затвердевшие слои. Это приводит к деформации структуры стекломассы на границе слоев и образованию остаточных напряжений.
При температуре выше температуры стеклования Tg, при которой переохлажденная жидкость переходит в твердое состояние, возникают остаточные напряжения, при температуре ниже Tg – временные [21].
При верхней температуре отжига Тв.о., соответствующей вязкости 1012 Па×с, снимается 95% остаточных напряжений в течение 3 – 20 мин по различным источникам [1, 7, 8, 21, 22]. Теоретически Тв.о. совпадает с температурой стеклования Тg, практически, из-за возможной деформации изделия Тв.о. устанавливают на 20 – 30 (10 – 15)˚С ниже Тg. Таким образом, верхняя температура отжига лежит в интервале от 500 – 520˚С до 530 – 600˚С для большинства промышленных стекол. Известно, что снижение температуры на 10˚С увеличивает время релаксации в два раза, поэтому значительное снижение Тв.о. не целесообразно.
В связи со структурной релаксацией, наблюдаемой в отсутствии внешних сил, когда система переходит в неравновесное состояние при быстром изменении температуры, происходит не только уменьшение внутренних напряжений, но и изменение структуры и свойств стекла, обусловленное ее стабилизацией и переходом в равновесное состояние [23].
Верхняя точка отжига, рекомендованная компаниями Uroboros и Bullseye равна 516˚С, а рекомендованная компанией Spectrum – 580˚С. Для стекла толщиной 3 – 25 мм Uroboros рекомендует делать выдержку в течении 30 – 220 мин, Bullseye – около 50 мин, а Spectrum для стекла толщиной 3 – 51 мм – 90 – 270 мин. Таким образом, компании производители стекла для фьюзинга предлагают значительно более продолжительную выдержку при верхней температуре отжига, чем другие источники отечественной и иностранной литературы. Отчасти это объясняется тем, что режимы разработаны для изделий различной геометрии, отчасти – спеканием стекол различного химического состава, что вызывает у производителей желание перестраховаться и увеличить выдержку.
1.3.3.3 Медленное охлаждение до нижней температуры отжига
После изотермической обработки стекло охлаждают со скоростью 1˚С/мин до нижней температуры отжига. Медленное охлаждение предотвращает возникновение остаточных напряжений, превышающих допустимые, которые из-за высокой вязкости стекломассы уже невозможно удалить.
При нижней температуре отжига Тн.о., соответствующей вязкости 1013,5 – 1014 Па×с, за 3 – 5 мин снимается 5% напряжений. По теоретическим данным Тн.о. большинства промышленных стекол на 50 – 60˚С ниже Тв.о..Но в зависимости от состава стекла интервал температур отжига увеличивают от 50 – 100 до 150˚С, чтобы гарантировать качественную релаксацию структуры. Поэтому нижняя температура равна 470 (450) – 480˚С.
Для изделий толщиной 3 – 25 мм компания Uroboros рекомендует охлаждать изделия до 427˚С со скоростью 0,2 – 1,85˚С/мин, Bullseye – до 370˚С со скоростью около 0,6˚С/мин, а Spectrum – до 430˚С со скоростью 0,08 – 1,7 ˚С/мин для изделий толщиной 3 – 51 мм. Вероятно, указанная температура не является нижней температурой отжига, но стремление компаний гарантировано обеспечить качественный отжиг для изделий различного химического состава и геометрии, изготовленных на различном оборудовании, привело к снижению нижней границы отжига и скорости охлаждения.