玻璃工艺学3玻璃的力学性能.ppt

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1、玻璃工艺学1第三节玻璃的力学性能机械强度弹性硬度和脆性密度玻璃工艺学2第三节玻璃的力学性能一.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玻璃工艺学3第三节玻璃的力学性能(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，而实际强度不足10

2、8Pa一般c(抗压)=49~196×108PaF(抗张)=34.3~83.3×106Pa玻璃工艺学4第三节玻璃的力学性能(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。玻璃工艺学5第三节玻璃的力学性能2.Griffith方程σf=2Eγz/πcγz形成新裂纹的表面能a.外力超过σf时玻璃断裂b.c增大则σf减

3、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→σthσ2cσ玻璃工艺学6第三节玻璃的力学性能(三)影响玻璃强度的因素3.几何尺寸几何尺寸↓，表面和内部缺陷产生的几率↓，强度↑。如石英玻璃纤维的强度可达1.05×1010Pa。1.表面状态微裂纹使玻璃的抗张、抗折强度比抗压强度低1/10~1/15。2.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↓。玻璃工艺学7第三节玻璃的力学性能5.温度T<200℃，T↑，强度↓T>200℃，T↑，强度↑T，分子热运动加剧以抗衡

4、分子间引力，σf↓;200C后可能由塑性变形使σf。200CTσf4.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↓↓玻璃工艺学8第三节玻璃的力学性能7.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6.疲劳现象玻璃长时间在交变载荷的作用下，在远低于其极限应力的情况下发生突然断裂的现象。加荷速度越大，时间越长，强度越小。①只有水分存在时才有疲劳现象。真空则无。②温度较低时无（反应速度慢），温度升高

5、疲劳现象加剧。玻璃工艺学9第三节玻璃的力学性能(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＋玻璃工艺学10第三节玻璃的力学性能二.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

6、量：表示材料抵抗变形的能力。低温下（1时:[BO4]、[AlO4]，E增大。当0<<1时:[BO4]、[BO3]、[AlO4]，E减小。当<0

7、时:[BO3]、[AlO6]、[AlO4]，E又增大。玻璃工艺学13第三节玻璃的力学性能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。玻璃工艺学14第三节玻璃的力学性能(三)弹性模量的计算E=∑EiPi（Kgf/mm2）Pi--wt%玻璃工艺学15第三节玻璃的力学性能三.玻璃的硬度和脆性(一)硬度1.意义：玻璃抵抗其它物体侵入其内部的能力。2.表

8、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）玻璃工艺学16第三节玻璃的力学性能3.组成对硬度的影响*F离子使