《玻璃概论》第2章玻璃的力学性质和热学性质.ppt

第2章玻璃的力学性质和热学性质 2.1玻璃的力学性质 2.2玻璃热学性质 4玻璃强度的计算 抗张强度和耐压强度可按加和法则用计算： （5-12） （5-13） 式中 、…—玻璃中各氧化物的重量百分数 、…—各组成氧化物的抗张强度计算系数 、…—各组成氧化物的耐压强度计算系数 各种氧化物对玻璃弹性模量的提高作用是： CaO MgO B2O3 Fe2O3 Al2O3BaO ZnO PbO 弹性模量可用下式近似地计算： E=E1P1+E2P2+……+EnPn （5-17） 式中 E1、E2…… En —玻璃中氧化物的弹 性系数 P1、P2…… Pn—玻璃中氧化物的重量百分数 派莱克斯玻璃;Pyrex glass;Pyrex type glass 性质：一类含二氧化硅很高的硼硅酸盐硬质玻璃。主要化学组成：二氧化硅78%～81%，三氧化硼11.5%～13.5%，具有热膨胀系数低；热稳定性高，机械强度大，耐酸性（除氢氟酸外）强；软化点较高，能经受火焰加工的温度剧变等特点。“派莱克斯”玻璃原为美国康宁玻璃公司商品名、中国的“GG-17”和“BJTY”等。用于制造实验仪器、真空系统器件、炊具，以及化学、医药、食品等工业的管道和设备。 温度、热历史 的影响 温度升高时分子间结合强度降低，硬度下降 淬火玻璃，由于结构疏松，故硬度也有所下降 * 2.1玻璃的力学性质 一、机械强度mechanical intensity 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） 1. 玻璃的理论强度 材料的强度取决于组成单元间的作用力 E r a ?th= a — 结构单元的平衡距离 ?th约1010帕，而实际强度不足108帕 一般 ?F= 34.3~83.3×106 帕 ?c= 49~196×108 帕 2.影响玻璃强度的因素 （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）玻璃组成: 键强大，结构紧密则强度高。 可提高强度的有CaO、BaO、B2O3 (15%)、Al2O3、ZnO等。各氧化物对强度影响顺序见P97 石英玻璃 含有R2+的硅酸盐玻璃 含有R+的硅酸盐玻璃 图5-3三种不同结构强度的玻璃 （4）活性介质（极性物质如酸、碱） 作用：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。 （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） 界面处有应力。 （5）残余应力 非均匀分布的应力使强度大大降低。 T 200?C ,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?C T σf （6）温度 （7）疲劳现象 定义： 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。 解释： 裂纹尖端在集中的应力作用下加快了与水分的作用，而水分溶解了一部分玻璃，从而延长裂纹，达到临界长度就发生断裂。 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），温度升高疲劳现象加剧。 结论： 3.玻璃增强 ① 物理钢化（淬火） 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