3第3—5章—玻璃的力学性能及热学性能等12年.pptVIP

* * 第3章　玻璃的力学性能及热学性能 3.1　玻璃的力学性质 3.2　玻璃的热学性质 3.1　玻璃的力学性质 3.1.1　玻璃的机械强度（掌握） 3.1.2　玻璃的弹性（熟悉） 3.1.3　玻璃的硬度和脆性（熟悉） 3.1.4 玻璃的密度（掌握） 3.1.1　玻璃的机械强度（掌握） 1　理论强度与实际强度（掌握） 2　玻璃材料的缺陷及其裂纹的扩展（熟悉） 3　影响强度的主要因素（掌握）　 玻璃的机械强度 耐压 抗折 抗张 抗冲击 机械强度用玻璃所能承受的最大应力表示 　　理论强度：从不同理论角度来分析玻璃所能　　承受的最大应力。 玻璃的机械强度特点：硬度高、耐压、抗折抗张不高、脆性大。 1　理论强度与实际强度（掌握） 奥鲁凡（Orowan)假设 理论强度 弹性模量 0.1-0.2 3.1　玻璃的力学性质 原因 玻璃的脆性、玻璃表面微裂纹、玻璃内部不均匀区及缺陷造成应力集中 表面微裂纹急剧扩展 据测定1㎜2玻璃表面上约有300个微裂纹，深约5微米，宽0.01～0.02微米，光学显微镜分不出来。 2　玻璃材料的缺陷及其裂纹的扩展（熟悉） 裂纹源形成：玻璃由于内部缺陷、表面反应、表面损伤等影响，在其内部和表面形成了各种缺陷　　裂纹源 3.1　玻璃的力学性质 裂纹扩展 在裂纹的尖端处存在着应力集中　　驱使裂纹扩展的动力。 裂纹扩展速度 弹性模量 密度 3　影响强度的主要因素（掌握） 1）化学键与化学组成 　玻璃的键强包括各种的强度及数目。 　键强大，机械强度好。 　结构网络紧密，强度好。 3.1　玻璃的力学性质 一般情况下，CaO、BaO、B2O3(15%)、Al2O3、ZnO能加强网络结构，对强度有提高作用。 MgO、Fe2O3对强度作用不大。 常见的氧化物对抗张强度的提高作用是： CaOB2O3BaOAl2O3PbOK2ONa2O(MgO、Fe2O3) 常见的氧化物对耐压强度的提高作用是： Al2O3（SiO2、MgO、ZnO)＞B2O3Fe2O3 (PbO、CaO ) 抗张强度和抗压强度可用加和性法则计算 3.1　玻璃的力学性质 2）微不均匀性 玻璃中都存在着微相和微不均匀结构，相邻两相间成分不同且结合力弱，膨胀系数不一样，易产生应力，强度下降。 3）宏观和微观缺陷 缺陷处应力集中，导致裂纹产生与扩展。 4）活性介质 渗入裂纹，象楔子一样使裂纹扩展 起化学作用，使结构破坏 作用 水、酸、碱、某些盐类 3.1　玻璃的力学性质 5）温度 低温时，温度升高，强度下降（裂纹端部分子的热运动起伏现象增加，积聚能量使键断裂）200℃时，强度为最低。 高温时，强度增加（产生塑性变性，抵消部分应力） 6）应力 玻璃的残余应力，在多数情况下分布不均匀，将导致其强度大下降。 3.1　玻璃的力学性质 3.1.2　玻璃的弹性（熟悉） 1　概念 2　弹性模量与成分的关系 3　弹性模量与热处理的关系 4　弹性模量与温度的关系 1　概念 弹性：材料在外力作用下发生变形，当外力去掉后恢复原来形状的性质。 塑性：…如外力去掉后仍停留在完全或部分变形状态。 玻璃的弹性　　弹性模量E 应力 相对的纵向变形 表5－4 3.1　玻璃的力学性质 2　弹性模量与成分的关系 与组成、结构、键强之间的关系与强度类似。结构紧密，弹性模量高。 常见的氧化物对弹性模量的提高顺序是： CaOMgOB2O3Fe2O3Al2O3BaOZnOPbO 同一氧化物处于高配位时，其弹性模量要比低配位时大。玻璃中引入离子半径小的极化能力强的离子（Li+Be+Mg2+Al3＋等）则提高弹性模量 在钠硼硅玻璃中，有硼反常现象。铝硼硅酸盐玻璃中，有硼铝反常现象。 　Na2O或K2O↓弹性模量，PbO不起作用 玻璃的弹性模量可用加和法 则进行近似计算 3.1　玻璃的力学性质 3　弹性模量与热处理的关系 退火玻璃的弹性模量大于淬火玻璃（因退火玻璃的密度大，结构牢固） 4　弹性模量与温度的关系 大多数硅酸盐玻璃的弹性模量随温度的上升而下降（因离子间距增大，相互作用力降低；高温时质点热运动动能增大） 　Tg以上，玻璃逐渐失去弹性，并趋于软化 石英玻璃、高硅氧玻璃、硼酸盐玻璃，因膨胀系数小，温度升高，则弹性模量↑(反常现象：T↑，离子间距增大而造成相互作用力↓，使E ↓下降的原因已不存在） 3.1　玻璃的力学性质 3.1.3　玻璃的硬度和脆性（熟悉） 概念 影响因素 1　硬度概念 表示玻璃抵抗其它物体侵入的能力。 一般用显微硬度表示 利用金刚石正方锥以一定负荷在玻璃表面打入印痕，在测量对角线的长度进行计算 2　硬度影响因素（组成、结构） 　网络生成体增加硬度，网络外体降低硬度 　温度升高，硬度下降 　淬火玻璃硬度小于退火玻璃硬度 　与玻璃的冷加工工艺有关 3.1　玻璃的力学性质 结论 ?　硅酸盐玻璃中，石英