玻璃與玻璃態
退火(annealing)
當一件熱玻璃冷卻時,它的表面比內部先硬化,兩部分最後便互相拉扯。這種被凍結的拔河叫做殘留應力,而它很危險:帶有足夠內鎖張力的玻璃可能毫無徵兆地開裂,有時是幾小時或幾天之後,或在被刮傷時炸開。退火就是那道溫和的熱處理,把這些應力鬆弛掉,讓成品玻璃平靜穩定,而不是一根盤緊的彈簧。
配方直接來自黏度曲線。你把玻璃回溫到它的退火點,也就是黏度約 10^12 Pa s 的溫度。那硬到足以保持形狀,卻仍軟到讓內應力在幾分鐘內經由緩慢的黏性流動洩掉。你在那裡保溫夠久讓它鬆弛,再非常緩慢且均勻地冷卻,穿過應變點(約 10^13.5 Pa s);低於此,玻璃已剛硬,任何新的溫差都會凍結出新的應力。整套時程——保溫再緩冷——在一座叫做退火窯(lehr)的長隧道爐中完成。
退火是幾乎所有玻璃都必需的步驟,從澆鑄後退火數月的天文望遠鏡鏡坯,到在連線退火窯裡走一小時的瓶子皆然。關於這個詞有一點要誠實提醒:在金屬中,退火是靠晶粒再結晶而軟化,但玻璃沒有晶粒,所以這裡的退火只指經由黏性鬆弛的應力消除。而退火正是回火的刻意反面:退火移除應力以使玻璃穩定,回火則加上精心設計的應力以使玻璃強韌。
魯珀特之淚把危險演得淋漓盡致。把熔融玻璃滴入冷水,它凍結得極不均勻、完全沒有退火,因此鎖進了巨大的應力:圓球狀的頭部能挺過鐵鎚一擊,但只要在細尾巴上劃一道,整滴淚就會因儲存的能量釋放而炸成粉末。退火的存在,就是為了確保一般玻璃絕不帶有那種隱藏的張力。
未退火的玻璃可能儲存爆炸性的應力;退火藉由把玻璃保持在退火點附近,將該應力鬆弛掉。
在玻璃中,退火指的是經由黏性流動的應力消除,而不是它在金屬中所指的晶粒再結晶。省略或趕工退火,是玻璃在使用中自發開裂的主要原因之一。
又稱
另見