加熱方式

0

500 700 900 1100 1300

Temperature (^oC)

Log Viscosity (P)

Strain point

Annealing point

Softening point

Working point

圖14：鈉鈣玻璃( soda-lime glass )在轉移域溫度時與黏性變化的關係[32]

一般於地鐵玻璃窗常用的玻璃屬於膠合玻璃( Laminated Glass )(圖 15)，膠合 玻璃乃是在高溫高壓中利用兩片soda-lime glass 中間夾入強韌而富熱可塑性的樹 脂中間膜polyvinyl butyral ( 聚乙烯丁醛樹脂 ) 所製成的。當玻璃受到破壞性外

裂，因此玻璃熱膨脹與溫度的特性也是此實驗相當重要的因素，適時掌握玻璃熱 膨脹的特性，避免玻璃在拋光的過程中急速膨脹或收縮是控制實驗參數的關鍵。

一般來說，體積膨脹率約為線性膨脹率的3 倍，而玻璃在 0 ~ 300 ℃的溫度範圍 下，膨脹率是以線性的方式成長，且直至玻璃轉移溫度以上才會有明顯的非線性 變化發生。(圖 16)。

圖16：玻璃之熱膨脹特性曲線

但當溫度超過了玻璃轉移溫度直至應變點膨脹率則急速增加，直到了軟化點 之溫度才停止膨脹現象發生(圖 17)。

圖17：玻璃溫度在軟化點時的體積變化圖[27]

在拋光過程中，熱膨脹所帶來的應力衝擊是否可以在不引起爆裂的狀況下成 溫度

伸 度

用和表面缺陷兩大部分。一般來說玻璃所能承受的壓應力值大於拉應力值，所以

玻璃在加熱的過程中無法改變的是不斷增加的熱膨脹係數和玻璃的實際強 度，而為了避免在加熱玻璃至軟化點的過程因過度膨脹而產生的內應力作用導致 玻璃爆裂，唯一可以能改變的是，盡可能的減少玻璃加熱過程的瞬間膨脹量，也 表示玻璃受熱的區域必須盡可能的減少，使玻璃在受熱的過程只有極小體積的部 分發生膨脹，迫使小體積所膨脹產生的應力不足以超過玻璃實用強度而造成破壞 的力量，因此所選用的加熱火源部份必須只能瞬間劃過玻璃表面，只使玻璃表面 一薄層熔化，而玻璃內部的溫度不至於受到熱源的影響而提高造成玻璃內部也有 受熱膨脹的現象產生。不過只有如此，也還是不夠，因為雖然從早期的論文就可 以知道，玻璃的機械強度受到玻璃本身溫度的變化所影響(圖 19)，但現今卻發現 到，其實強度不只伴隨著玻璃溫度變化的影響，連帶還會隨著加熱時間的長短而 有不同的結果，也所以，避免玻璃在熱處理的過程造成破裂，加熱的時間也是一 個必須列入考量的因數之一。

圖19：鈉鈣玻璃溫度與強度的關係[24]

圖19 所示玻璃強度實驗所使用的鈉鈣玻璃 ( soda-lime glass ) ，其成份約為 68 wt﹪SiO2；15 wt﹪Na2O；5 wt ﹪CaO；4 wt﹪MgO；2 wt﹪Al2O3；2 wt﹪BaO；

1 wt﹪B2O3；和些許的氧化物。玻璃轉換溫度約為 520 ^oC 。而實驗的過程，為 了避免在冷卻的步驟時產生殘留應力而影響到實驗結果，因此實驗溫度必須低於 玻璃轉換溫度。(玻璃材料加熱到溫度高於玻璃轉換區域但低於軟化點的溫度再 進行冷卻，稱為玻璃回火。此過程會儲存表面殘留壓應力。)

從以上的分析，針對加熱方法的對策，以防止玻璃在加熱過程中所發生的爆

如今量測玻璃的楊氏係數大多使用共振法( resonance method )，相對應 ASTM standard C623–92，以上數據所適用的玻璃大小為 75.43 · 14.80 · 3.26 mm，

成分如表1 所示。