深圳市田野仪器有限公司

　　控制应力是玻璃生产工艺中较其重要的－环，应用适当热处理来控制应力的方法已为玻璃技术人员所熟知。然而，如何准确测定玻璃应力仍是困挠广大玻璃厂的难题之一，传统的经验性估计已越来越不适应当今社会对玻璃制品质量的要求。本文一体地介绍了常用的应力测定方法，希望对大家有所帮助和启发。

　　1.应力测定的理论基础

　　1.1偏振光

　　众所周知，光是一种电磁波，其振动方向与前进方向垂直，在所有与前进方向垂直的振动面上振动。如在光路中引入只允许某一振动方向光线通过的偏振滤片，就可获得偏振光，简称偏光。

　　1.2双折射

　　玻璃是各向同性体，各方向的折射率相同。如玻璃中存在应力，各向同性的性质受到破坏，引起折射率变化，两主应力方向的折射率不再相同，即导致双折射。折射率与应力值的关糸由下式确定：

　　nx-ny=CB(σx–σy)

　　式中：nx、ny分别为x及y方向的折射率。σx、σy分别为x及y方向的应力。CB为应力光学常数，它是物性常数，仅与玻璃品种有关。

　　1.3光程差

　　当偏光透过厚度为t的有应力玻璃时，光矢会分裂为两个分别在x及y应力方向振动的分量。如vx、vy分别为两光矢分量的速度，则透过玻璃所需的时间分别为t/vx和t/vy，两分量之间不再同步，而是存在光程差δ：

　　δ=C(t/vx-t/vy)=t(nx-ny)

　　式中C为真空中光速。

　　结合上述二式，即得如下公式：(σx–σy)=δ/(tCB)

　　即应力与光程差存在一定关系，一般借助光干涉原理测出光程差，从而计算出应力值。需要强调的是，得出的不是应力的值，而是二主应力之差，有时虽然测出的应力为零，但实际上二主应力均存在，只不过二者相等而已。典型例子是平板玻璃，从平面上看，存在各向相等的表面压应力及板芯张应力，表面压应力在数值上等于2倍板芯张应力，但采用平面透射光并不能测出应力，原因就是σx=σy。必须取样，使光透过玻璃端面才能测定。因此，对不同制品，根据工艺情况，设计适当的应力测试方法是较为重要的。

　　1.4干涉色

　　两光矢分量透过检偏器后，在同－平面内振动，且存在一定光程差，满足相干条件，会发生干涉。干涉作用产生的光强I由下式决定：

　　I=a2Sin22(β–α)Sin2(pδ/λ)

　　式中各符号的意义见图1。由此式可得出如下结论：

　　a)当β=α时，即两主应力方向分别与起偏器及检偏器方向一致时，I=0。此黑条纹即是“等倾线”，线上所有点的应力具有相同的方向。此原理常用来确定应力的方向。

　　b)当β–α=45o时，即主应力方向与偏振方向成450，在δ=0、1λ、2λ、3λ……Nλ处，I=0。也就是光程差为波长的整数倍时，出现黑色条纹。

　　c)当β–α=45o时，下列波长的光能较好地透过：Sin2(pδ/λ)=1,即λ=2δ、2δ/3、2δ/5、2δ/7、……。而以下波长的光被阻：Sin2(pδ/λ)=0,即λ=δ、δ/2、δ/3、δ/4、……。白光是波长从400—700nm范围内多种颜色光波的混合物，有效波长－般按565nm计。所以用白光作光源时，玻璃就出现多彩的干涉色，可用来估计应力值。相同的干涉色连成的色带称“等色线”，线上的应力值相等。

　　2.常用的应力测量方法

　　2.1定性、半定量测量方法

　　使用正交偏光观察玻璃中残余应力的方法为大家所熟知，此种方法广泛用于定性或半定量判定玻璃中的应力情况。较简易的应力仪通常由一个白光光源及二片偏光片组成，偏光片的光轴互相垂直，玻璃样品置于两偏光片之间，主应力方向与偏振轴成450。如果玻璃中存在垂直于光线传播方向的非均匀应力，则可观察到黑、灰、白的干涉带，应力更高时，可见黄、红、蓝等彩色干涉条纹。无应力的玻璃只能观察到均匀的暗场。

　　对于退火玻璃制品，一般仅出现灰白干涉色，此时为提高分辨率，需增加一块灵敏色片。灵敏色片其实是一种光程差为565nm的人工双折射片，相当于人为将总光程差增加或减少565nm，使视域中出现彩色干涉色，提高肉眼对干涉色的分辩能力。

　　表1：干涉色与光程差对照表

　　干涉色o:p>

　　无灵敏色片时的光程差nm

　　灵敏色片时的光程差nm

　　黑

　　0

　　565

　　灰

　　150

　　415

　　淡黄

　　250

　　315

　　黄

　　300

　　265

　　桔黄

　　450

　　115

　　红

　　500

　　65

　　紫

　　565

　　0

　　兰

　　600

　　兰绿

　　650

　　绿黄

　　750

　　黄

　　850

　　桔

　　950

　　红

　　1050

　　紫

　　1130

　　绿

　　1300

　　绿黄

　　1400

　　粉红

　　1500

　　紫

　　1695

　　另一种较为准确的颜色对比法是采用一套至少包括6片的标准光程片组，将被测玻璃样品在偏光下与标准片对比干涉色，从而判断应力大小。标准光程片是一种均匀的双折射片，每片的光程差人为控制在21.8–23.8nm之间，直径至少30mm，同－组内各片的光程差基本一致。通过增减标准光程片数目，使玻璃样品的干涉色与标准片组的干涉色相同，根据标准片的片数及各片光程数据，就能计算出玻璃中的应力值。