玻璃制品在制造和加工过程中会产生一定的应力，其中因化学不均匀导致结构不均匀而产生的应力称为结构应力；受迅速而不均匀的温度变化产生的应力称为热应力；把玻璃的结构应力和温度梯度消失后仍残留的热应力称为内应力。

通常玻璃中的永久应力是不均匀的，它会降低玻璃的机械强度、热稳定性，改变光学性质，严重时还会出现自动炸裂现象，因此，在玻璃生产和加工中要通过退火处理来尽量减小玻璃制品的永久应力。

一、试验目的和要求

通过本次实验，掌握WZY-250型应力仪的测试原理及使用方法，并加深对玻璃中应力的认识，培养学生分析和解决实际产生中玻璃炸裂问题的能力。

二、方法原理

本方法根据偏振光干涉原理，利用偏光仪来测试玻璃中的应力，实际上就是求在有应力部位由于光的双折射而产生的2条偏振光的距离（即光程差值），在根据布儒斯特定律由光程计算应力值（kgf/cm2）。

三、测试设备

①WZY-250型应力仪，1台；

②游标卡尺，1把；

③标准程差片，1套。

测试设备主要为一台应力检查仪，该仪器主要有光源、起偏镜、检偏镜等组成，其结构如图一所示。

四、测试步骤

1、块状试样应力测试

（1）试样的要求与制备

①选取测试样品表面应清洁透明，保持原有的透明度，若要测试瓶子的应力，每次选取10个，若需切割制备试样，切割断面应平整光滑，但不要作任何表面处理。

②选取测试的样品必须在仪器旁边放置30min，并且保证被测样未受其他实验。

（2）操作方法

①首先检查仪器检偏镜零位是否正确，打开仪器光源，拨动拨杆，把全波片撤离到光路之外，把1/4波长片置入光路中。

②转动检偏镜旋转手把，观察检偏镜视场，当转动时使视场刚好为最大暗色为止。此时起偏镜与检偏镜正交，偏振轴相互垂直，其检偏镜上的分度盘零位刻线（即零度线）应与指标线正好重合，此时检偏镜旋转角Φ0为零度，如有偏离应记下偏离角度Φ0（或调节光路使之为零）。

③把被测试样放置于试样台上并固定，让偏振光束垂直通过试样。

④当分度旁零位刻线处于指标线零位时（或Φ0）观察检偏镜视场，在试样中部和靠近上下表面处均有较亮区域，并且被两条暗条纹隔开，旋转检偏镜，使两条暗条纹向试样中部移动并重合，使暗色条纹集合为棕褐色。

⑤再使试样绕试样轴旋转，借此准确确定最大的棕褐色，即此时由内应力产生的双折射已被检偏镜补偿，由分度盘准确读取检偏镜旋转角度Φ并记录。

⑥精确测量试样测点处的厚度，测量3次取算术平均值。

（3）应力计算

把上述测知的旋转角按以下公式计算出光程差值：

△=3.14（Φ1-Φ0）/D

式中：△——光程差，nm/cm；

Φ0——未放置试样之前，检偏镜旋转角度，一般为零；

Φ1——放置试样之后，检偏镜旋转角度；

D——测定试样光通过处的厚度，nm；

3.14——检偏镜旋转1°，相当光程差3.14nm/cm。

把计算出的光程差值按下述公式计算出试样的应力值：

F=△/B

式中：F——应力，kfg/cm2(1kfg/cm2=98.0665kpa)；

B——应力光学常数，10-7cm2/kgf（一般钠钙硅玻璃为2.5×10-7cm2/kgf）.

一些玻璃的应力光学常数见下表一。

（表一）一些玻璃的应力光学常数

计算出结果后，对照表二中确定玻璃的应力是否超出允许范围。

（表二）各种玻璃的允许应力

2、 瓶子应力测试（包括类似瓶子产品）

（1）操作方法

①在测定玻璃瓶子应力时，根据国际标准（ISO）进行，分别测定瓶底部和瓶壁部，瓶子底部应力测定按前述步骤操作，但观察时由瓶子口部向瓶底部观察，这时在瓶底部位视场中出现暗十字，这十字把检测时出现的各颜色区分开。旋转检偏镜使暗十字分离成两个沿相反方向向瓶底移动的圆弧，随着暗区的外移，在圆弧凹侧便出现蓝灰色，在凸侧出现棕色，如果测定某选定点的双折射值，则旋转检偏镜使在该点上的蓝灰色刚好被棕色取代为止。绕轴线旋转样瓶，找出最大应力点，当蓝灰色刚好被棕色取代时记录检偏镜旋转角度。在检测瓶底时把瓶底厚度因素计算在内，按下述公式计算出实际的检偏镜旋转角TR，然后在按表三折成退火级数。

TR=TA(4.06/t)

式中：TR——实际的退火度数（旋转角），（°）；

TA——观测的退火度数（旋转角），（°）；

t——瓶底厚度，mm；

4.06——系数。

②瓶壁的检查操作与前述步骤相同，但有应力时，不会出现暗十字，而先出现大块不同的暗亮区域，旋转检偏镜使暗区完全取代亮区，此时记录旋转角TA，按表三的关系直接折算成退火级数。

（2）退火级别的确定

把上述的测定结果，按表三的关系，确定出制品的退火级数（此表只适用于瓶子类制品）。