Термическая обработка стеклоизделий проводится с целью повышения их механической прочности. Под термической обработкой стекла понимают нагрев и выдержку при определенной температуре, охлаждение изделий.
Различают следующие виды термической обработки: отжиг, закалка, моллирование, кристаллизация.
Из общих сведений о напряжениях и деформациях известно, что при механической нагрузке (растяжение, сжатие, изгиб) в твердом теле возникают механические напряжения, которые после снятия нагрузки частично или полностью исчезают. Напряжением называется нагрузка, приходящаяся на единицу площади. Под влиянием напряжений тело испытывает деформацию. Деформация называется упругой, если она полностью исчезает после снятия нагрузки.
Аналогичные явления наблюдаются при тепловом воздействии на твердое тело. В момент формования изделия температура стекломассы находится в динамике. Причем между наружными и внутренними слоями возникает определенный перепад температур (ΔТ), наружные слои, охлаждаясь быстрее, чем внутренние, начинают испытывать сжатие, а внутренние слои – растяжение, создается поле напряжений. В стеклянной пластине или стенке полого изделия распределение температур и напряжений носит параболический характер
Температурный градиент является источником внутренних напряжений, которые возникают в результате воздействия одних частей тела на другие и уравновешиваются в пределах данного тела.
Различают три категории внутренних напряжений:
- напряжения 1-го рода – макроскопические, действующие в областях, сравнимых с размерами тел;
- напряжения 2-го рода – микроскопические, соизмеримые с размерами зерен кристаллов;
- напряжения 3-го рода – элементарные, действующие в областях, соизмеримых с размерами кристаллической ячейки.
В стеклах образуются внутренние напряжения 1-го рода, оказывающие значительное влияние на механическую прочность стекол. В ликвирующих стеклах и ситаллах образуются напряжения 2-го рода.
К способам обнаружения внутренних напряжений в стеклоизделиях относятся:
- механические – путем разрушения стеклоизделий;
- оптические – по величине двойного лучепреломления;
- рентгеновские – по изменению параметров кристаллической решетки.
Напряжения 1-го рода делятся на временные и остаточные термические напряжения:
- временные термические напряжения возникают при нагреве и охлаждении стекла от температур ниже температуры размягчения Т < Tg вследствие неравномерности температурного поля в объеме изделия, вызывают неравномерные по объему упругие деформации, которые исчезают при выравнивании температуры. При охлаждении внутри пластины образуется напряжение сжатия и на поверхности – напряжение растяжения. При нагревании имеет место обратный процесс. Временные термические напряжения существуют, пока существует градиент температуры;
- остаточные термические напряжения возникают при наличии температурного градиента, как правило, при охлаждении от температур выше температуры размягчения стекла T > Tg, но при застывании стекла они остаются. Если быстро охладить стеклянную пластину от T > Tg, то температурный градиент приводит к разности в вязкости между внутренними слоями стекла и поверхностью, но поле напряжений не возникает, так как вязкость мала и поле напряжений, в соответствии с уравнением Максвелла, быстро релаксирует (уменьшается). Но едва происходит выравнивание температур при приближении к Т = Ткомн, как возникает профиль напряжений, причем внутри пластины возникают напряжения растяжения, а на поверхности – напряжения сжатия.
Примером возникновения временных термических напряжений в стеклоизделиях является испытание на термостойкость. Термостойкость характеризуется разностью температур, которую может выдерживать стекло без разрушения при резком нагревании и охлаждении.
Сравнивая процессы охлаждения и нагревания стеклоизделий, можно заключить, что охлаждение является наиболее опасным для них. Известно, что наименьшая прочность у стекла на растяжение. В случае нагревания напряжения растяжения располагаются внутри пластины и на внутренней поверхности полого изделия, а при охлаждении – на поверхности пластины и на внешней поверхности полого изделия. Поэтому охлаждение наиболее опасный процесс с точки зрения разрушения стекла, о чем свидетельствуют и допустимые скорости нагревания и охлаждения стеклоизделий соответственно.
Отжиг – это термическая обработка стеклоизделий, при которой внутренние остаточные напряжения уменьшаются до допустимых значений прочности σдоп.
Для проведения отжига необходимо определить температуры отжига: высшую Тв. о и низшую Тн. о. Для этого либо подбирают близкий состав стекла с известной Т и делаются поправки 
= Тв. о + поправки), либо определяют температуру размягчения стекла по кривой дилатометрического расширения или по кривой ДТА и рассчитывают Тв. о. = Тg + 50 и Тн. о. = Тg – 50 (°С).
Различают стадии отжига:
- нагревание или охлаждение стеклоизделий до Тв. о;
- выдержка при Тв. о;
- ответственное охлаждение в интервале температур Тв. о–Тн. о;
- быстрое охлаждение от Тн. о до 50°С.
Отжиг стеклоизделий проводят в печах отжига [4]. По принципу действия они бывают периодического (камерные, муфельные) и непрерывного действия (леры, конвейерные), по источникам тепла – газовые и электрические. Время отжига 1–1,5 ч.
Строительное стекло отжигают в печах непрерывного действия.
Качество отжига стеклоизделий характеризуется количеством остаточных напряжений и их распределением в изделии.
Качество отжига определяют на полярископах типа ПКС-500 и полярископ-поляриметрах ПКС-125, ПКС-25. Дно стеклоизделия просматривают в поляризованном свете.
Стекло изотропно, ему не свойственно двойное лучепреломление. Причина появления двойного лучепреломления наличие временных и остаточных термических напряжений в стекле, которые приводят к возникновению разности хода лучей.
При прохождении света через дно стеклоизделия плоско поляризованный свет распадается на два луча: обыкновенный и необыкновенный, которые взаимно перпендикулярны и сдвинуты по фазе на величину напряжений и длину хода лучей Δ. С помощью анализатора обыкновенный и необыкновенный лучи приводятся в одну плоскость. У плохо отожженного стекла наблюдается интерференционная картина. Количество цветов и их яркость зависят от величины напряжений. У хорошо отожженного стекла должно быть пурпурно-фиолетовое окрашивание. Здесь же приводится количественная оценка качества отжига.
