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高温玻璃的力学性质中理论强度与实际强度

作者:奥固鸿已有:N多人关注
高温玻璃的力学性质中理论强度与实际强度
抗张强度和抗冲击强度等指标表示玻璃的机械强度。高温玻璃以其抗压强度高,硬度高而得到广泛应用,也因其抗张强度与抗折强度不高,而且脆性大而使其应用受到一定的限制。
高温玻璃的理论强度按照Orowan假设计算为1.76GPa,表面无严重缺陷的玻璃纤维,其平均强度可达686MPa。玻璃的抗张强度一般在34.3~83.3MPa之间,而抗压强度一般在4.9~1.96GPa之间。但实际玻璃的抗折强度只有6.86MPa,比理论强度小2~3个数量级。
玻璃强度遮阳低的原因,是由于玻璃的脆性和玻璃中存在微裂纹(尤其是表面微裂纹)和不均匀区(力学弱点)所引起。由于玻璃受到应力作用时不会产生流动,表面上的微裂纹便急剧扩展,并且应力集中,以致破裂。
广州奥固弘生产高温玻璃,玻璃破裂时在断面的边缘(相当于未断裂前试样表面上的某一点)出现一个光滑的区域,叫做镜面区。在镜面区的外围有外观像贝壳的区域,在显微镜下呈现很多放射状的线条,像鸡劲毛那样,这个贝壳状区还可细分为两个部分,即:靠近镜面区的部分,放射状线条细而密,因此叫做雾状区;在雾状区的外围,放射状线条粗而疏,像鸡劲羽毛状分布,这个区就叫做劲毛区。进一步研究表明,镜面区是断裂开始的地点(断裂源),此后裂痕向四周传播,从而形成上述的辐射状线条。在雾状区,裂痕的传播速度增加,而在劲毛区传播速度达到最大值。所有这些,集中到一点,即镜面区是相当于未断裂前试样表面上的一点,在负荷的作用下断裂就从这个点开始。这个点,在强度上是弱点所在,也就是所谓“微裂纹”。表面微裂纹深度约5um,宽为0.01~0.02um,用光学显微镜是分辨不出的。近代用扫描电镜可以分辨出来。
目前常采用的提高玻璃机械强度的方法主要有退火、钢化、表面处理与涂层、微晶化与其他材料制成复合材料等。这些方法能使玻璃的强度增加几倍甚至十几倍。
1、 玻璃强度与化学组成的关系  不同化学组成的玻璃结构间的键强也不同,从而影响玻璃的机械强度。石英玻璃的强度最高。
2、 玻璃中的缺陷   宏观缺陷如固态夹杂物、气态夹杂物、化学不均匀等,由于其化学组成与主体玻璃不一致而造成内应力。同时,一些微观缺陷(如点缺陷、局部析晶、晶界等)常常在宏观缺陷的地方集中,因而导致玻璃产生微裂纹,严重影响玻璃的强度。
3、温度   在不同的温度下玻璃的强度不同,根据对-20~500℃范围内的测量结果可知,强度最低值位于200℃左右。
一般认为,随着温度的升高,热起伏现象增加,使缺陷处积聚了更多的应变能,增加了破裂的概率。当温度高于200℃时,由于玻璃粘滞性流动增加,使微裂纹的裂口钝化,缓和了应力作用,从而使玻璃强度增大。
4、玻璃中的应力   玻璃中的残余应力,特别是分布不均匀的残余应力,使强度大为降低。然而,玻璃进行钢化后,表面存在压应力,内部存在张应力,而且是有规则的均匀分布,所以玻璃强度得以提高。
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