玻璃的机械性质.ppt

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1、第一节玻璃的力学性能机械强度弹性硬度和脆性密度第五章玻璃的力学性能及热学性能1玻璃工艺学一.机械强度定义：指玻璃抵抗外来负荷作用的能力。抗张强度抵抗张应力（拉伸应力）的能力。抗压强度受压应力作用破坏时的极限应力。抗折(弯)强度受的最大弯曲载荷（弯曲力矩/阻力矩）抗冲击强度受动态载荷能力。（功）玻璃的强度特征:1、理论强度比实际强度大得多2、抗张强度比抗压强度小2玻璃工艺学(一)玻璃的理论强度材料的强度取决于组成单元间的作用力Erath=a—原子间的平衡距离th约1010～1.5×1010Pa

2、，而实际强度不足108Pa一般c(抗压)=49~196×108PaF(抗张)=34.3~83.3×106Pa3玻璃工艺学(二)Griffith断裂理论1.要点实际强度低的原因是表面上有许多光学显微镜下看不见的半椭圆的微裂纹（宽0.01~0.02m,深5m），裂纹常在相界产生，尺寸与分相液滴相近。微裂纹起应力中心作用。应力集中是使应力扩展的动力。玻璃的断裂从微裂纹开始，比无缺陷的玻璃发生早。4玻璃工艺学2.Griffith方程σf=2Eγz/πcγz形成新裂纹的表面能a.外力超过σf时玻璃

3、断裂b.c增大则σf减小，即强度由裂纹大小而不是多少决定。c.当c趋近于r0时，σf→σthσ2cσ5玻璃工艺学1.化学键与化学组成（键强及单位体积内键的数目）石英玻璃强度最高加入RO，强度↓加入R2O，强度↓↓*各组分对抗张强度提高作用的顺序：CaO>B2O3>Al2O3>PbO>>K2O>Na2O>(MgO、Fe2O3)*各组分对抗压强度提高作用的顺序：Al2O3>(MgO、SiO2)>Fe2O3>（CaO、PbO）>Na2O>K2O(三)影响玻璃强度的因素6玻璃工艺学2.表面状态微裂纹使玻

4、璃的抗张、抗折强度比抗压强度低1/10~1/15。3.玻璃中的缺陷宏观缺陷（气泡、结石、结瘤）微观缺陷（分相、析晶、点缺陷等）界面处导致微裂纹、应力集中,α↓。4.活性介质（极性物质如酸、碱）①渗入裂纹使裂纹扩展②起化学反应使结构破坏。水可大大降低σf。干空气、非极性物质、憎水性有机硅对σf影响小7玻璃工艺学5.温度T，分子热运动加剧以抗衡分子间引力，σf↓;200C后可能由塑性变形使σf。200CTσfT<200℃，T↑，强度↓T>200℃，T↑，强度↑6.几何尺寸几何尺寸↓，表面和内

5、部缺陷产生的几率↓，强度↑。如石英玻璃纤维的强度可达1.05×1010Pa。8玻璃工艺学(四)玻璃增强①物理钢化使玻璃表面产生均匀分布的压应力层。②化学钢化r大离子取代r小离子③贴层玻璃在玻璃表面贴一层α低的物质（陶瓷釉）④火抛光使玻璃表面伤痕、裂纹弥合。⑤覆盖硅有机化合物放入氯硅烷（SiCl4）溶液中，通过水解在玻璃表面形成SiO2膜。使微裂纹弥合，形成压应力层。⑥霜化处理在so2气氛中退火，使表面缺少Na＋9玻璃工艺学二.玻璃的弹性(一)概述定义：玻璃在外力作用下发生变形，当外力去除后能恢复

6、原来形状的性质。弹性模量、剪切模量、泊松比、体积压缩模量弹性模量：表示材料抵抗变形的能力。低温下（1时:[BO4]、[AlO4]，E增大。当0<

7、<1时:[BO4]、[BO3]、[AlO4]，E减小。当<0时:[BO3]、[AlO6]、[AlO4]，E又增大。12玻璃工艺学2.热处理*淬火玻璃E<退火玻璃E约2~7%*玻纤在300~350C处理后E增大同块状玻璃。*晶化后E增大，取决于主晶相种类、性质。3.温度*TE(大多数硅酸盐玻璃)。离子间距增大*石英、高硅氧玻璃和派莱克斯玻璃的E随温度升高而增大。13玻璃工艺学(三)弹性模量的计算E=∑EiPi（Kgf/mm2）Pi--wt%14玻璃工艺学三.玻璃的硬度和脆性(一)硬度1.

8、意义：玻璃抵抗其它物体侵入其内部的能力。2.表示方法：显微硬度莫氏硬度（5~7）研磨硬度刻化硬度显微硬度（压痕法）:H=1.854P/l2l--对角线长(mm)P--载荷（Kgf/mm2）15玻璃工艺学3.组成对硬度的影响*F离子使H提高。M离子使H降低。*同类玻璃，M离子场强越大H越高。*阳离子N越大H越高。*各组分对H的提高作用：SiO2>B2O3>(MgOZnOBaO)>Al2O3>Fe2O3>K2O>Na2O>PbO16玻璃工艺学(二)脆性定义：当负荷超过玻璃的极限强度时立即破裂的现象。