抗張強度和抗沖擊強度等指標表示玻璃的機械強度。高溫玻璃以其抗壓強度高,硬度高而得到廣泛應用,也因其抗張強度與抗折強度不高,而且脆性大而使其應用受到一定的限制。
高溫玻璃的理論強度按照Orowan假設計算為1.76GPa,表面無嚴重缺陷的玻璃纖維,其平均強度可達686MPa。玻璃的抗張強度一般在34.3~83.3MPa之間,而抗壓強度一般在4.9~1.96GPa之間。但實際玻璃的抗折強度只有6.86MPa,比理論強度小2~3個數(shù)量級。
玻璃強度遮陽低的原因,是由于玻璃的脆性和玻璃中存在微裂紋(尤其是表面微裂紋)和不均勻區(qū)(力學弱點)所引起。由于玻璃受到應力作用時不會產生流動,表面上的微裂紋便急劇擴展,并且應力集中,以致破裂。
廣州奧固弘生產高溫玻璃,玻璃破裂時在斷面的邊緣(相當于未斷裂前試樣表面上的某一點)出現(xiàn)一個光滑的區(qū)域,叫做鏡面區(qū)。在鏡面區(qū)的外圍有外觀像貝殼的區(qū)域,在顯微鏡下呈現(xiàn)很多放射狀的線條,像雞勁毛那樣,這個貝殼狀區(qū)還可細分為兩個部分,即:靠近鏡面區(qū)的部分,放射狀線條細而密,因此叫做霧狀區(qū);在霧狀區(qū)的外圍,放射狀線條粗而疏,像雞勁羽毛狀分布,這個區(qū)就叫做勁毛區(qū)。進一步研究表明,鏡面區(qū)是斷裂開始的地點(斷裂源),此后裂痕向四周傳播,從而形成上述的輻射狀線條。在霧狀區(qū),裂痕的傳播速度增加,而在勁毛區(qū)傳播速度達到最大值。所有這些,集中到一點,即鏡面區(qū)是相當于未斷裂前試樣表面上的一點,在負荷的作用下斷裂就從這個點開始。這個點,在強度上是弱點所在,也就是所謂“微裂紋”。表面微裂紋深度約5um,寬為0.01~0.02um,用光學顯微鏡是分辨不出的。近代用掃描電鏡可以分辨出來。
目前常采用的提高玻璃機械強度的方法主要有退火、鋼化、表面處理與涂層、微晶化與其他材料制成復合材料等。這些方法能使玻璃的強度增加幾倍甚至十幾倍。
1、 玻璃強度與化學組成的關系 不同化學組成的玻璃結構間的鍵強也不同,從而影響玻璃的機械強度。石英玻璃的強度最高。
2、 玻璃中的缺陷 宏觀缺陷如固態(tài)夾雜物、氣態(tài)夾雜物、化學不均勻等,由于其化學組成與主體玻璃不一致而造成內應力。同時,一些微觀缺陷(如點缺陷、局部析晶、晶界等)常常在宏觀缺陷的地方集中,因而導致玻璃產生微裂紋,嚴重影響玻璃的強度。
3、溫度 在不同的溫度下玻璃的強度不同,根據(jù)對-20~500℃范圍內的測量結果可知,強度最低值位于200℃左右。
一般認為,隨著溫度的升高,熱起伏現(xiàn)象增加,使缺陷處積聚了更多的應變能,增加了破裂的概率。當溫度高于200℃時,由于玻璃粘滯性流動增加,使微裂紋的裂口鈍化,緩和了應力作用,從而使玻璃強度增大。
4、玻璃中的應力 玻璃中的殘余應力,特別是分布不均勻的殘余應力,使強度大為降低。然而,玻璃進行鋼化后,表面存在壓應力,內部存在張應力,而且是有規(guī)則的均勻分布,所以玻璃強度得以提高。
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