玻璃的力学性能及热学性能-高职.ppt

5.1.3 玻璃的硬度和脆性 5.1.3.1 玻璃的硬度 硬度：固体材料抵抗另一固体深入其内部而不产生残余形变的能力。 表示方法： 莫氏硬度（划痕法） 显微硬度（压痕法） 研磨硬度（磨损法） 刻化硬度（刻痕法） 一般玻璃用显微硬度表示。方法：利用金刚石正方锥体以一定负荷在玻璃表面打入压痕，测量压痕对角线的长度。 玻璃的硬度主要取决于化学成分和结构。一般来说： 网络生成离子使玻璃硬度增加，网络外体离子使玻璃硬度降低。 硼反常、硼铝反常、压制效应在硬度-组成关系中同样存在。 硬度随阳离子的配位数的增加而增大。 玻璃的硬度还与温度、热历史有关。 5.1.3.2 玻璃的脆性 定义：当负荷超过玻璃的极限强度时，不产生明显的塑性变形而立即破裂的性质。 表示方法： 破坏时受到的冲击强度 脆弱度——玻璃抗压强度与抗冲击强度之比 脆裂负荷——测定显微硬度时压痕发生破裂时的负荷值 5.1.4 玻璃的密度 玻璃的密度主要取决于构成玻璃原子的质量、原子堆积紧密程度以及配位数有关，是表征玻璃结构的一个标志。 实际生产中，通过测定玻璃的密度来控制工艺过程，借以控制玻璃成分。 5.1.4.1 玻璃密度与成分的关系 不同组成玻璃密度差别很大。 一般单组分玻璃的密度最小，添加网络外体密度增大。 玻璃中引入R2O和RO氧化物，随离子半径的增大，玻璃密度增加。 同一氧化物配位状态改变，对密度也产生影响。 B2O3从[BO3]到[BO4]密度增加； 中间体从网络内四面体[RO4]转变为网络外八面体[RO6]密度增加； 硼反常、铝反常、硼铝反常 5.1.4.2 玻璃密度与温度及热处理的关系 随温度升高，玻璃密度下降。 一般工业玻璃，温度从室温升至1300℃，密度下降约为6~12%。 玻璃从高温状态冷却下来，同成分的淬火玻璃比退火玻璃具有较低的密度。 在一定退火温度下保持一定时间后，淬火玻璃和退火玻璃的密度趋向该温度的平衡密度。 冷却速度越快，偏离平衡密度的温度愈高，其Tg温度也愈高。 热处理情况 d/(g/cm3) Δd 成形后未退火 2.5000 0 退火较差 2.5050 0.005 退火良好 2.5070 0.007 不同热处理情况下玻璃瓶密度的变化 5.1.4.3 玻璃密度与压力的关系 一定温度下，随压力的增加玻璃的密度随之增大。 密度变化的幅度与加压方法、玻璃组成、压力大小、加压时间有关。 5.2.1 玻璃的热膨胀系数 5.2.1.1玻璃的热膨胀 线膨胀系数α和体膨胀系数β α和β 之间存在近似关系：β=3α α的测定比β简便而精确，通常采用α讨论玻璃的热膨胀性质。 不同组成玻璃的热膨胀系数在5.8~150×10-7/℃范围内变化，非氧化物玻璃甚至超过200×10-7 /℃，微晶玻璃则可获得零膨胀或负膨胀。 硬质玻璃和软质玻璃 5.2.1.2 玻璃热膨胀系数与成分的关系 α根本上取决于质点间的作用力，即各种阳离子与O2-之间的键力f。 从玻璃整体结构看，网络骨架对α起着重要作用。 组分氧化物对α的影响归纳如下： 在比较各组成氧化物对α的作用时，首先区分氧化物的种类，即网络生成体、中间体和网络外体。 能增强网络的组分使α降低，能断裂网络的组分使α上升。 R2O和RO的断网作用是主要的，积聚作用是次要的，使α上升；而对于高键强、高配位离子积聚作用是主要的，使α下降。 网络生成体使α下降，中间体有足够“游离氧”也使α下降。 5.2.1.3 热膨胀系数和温度的关系 热膨胀系数α随温度的升高而增大。 在Tg温度以上，α随温度升高显著增大，直到软化。 5.2.1.4 热处理对热膨胀系数的影响 热处理对α有明显的影响，组成相同的淬火玻璃较退火玻璃的α大百分之几。 退火玻璃和淬火玻璃的热膨胀曲线。 在约330 ℃以下，曲线2在曲线1之上； 330~500 ℃之间，曲线2在曲线1之下； 500~570 ℃之间，曲线2折向下行，玻璃不是膨胀而是收缩； 在570 ℃处，两条曲线都急转向上，此温度为Tg。 在某一温度下单位质量的物质升高1℃所需的热量。 实际计算中多采用t1~t2温度范围内的平均比热cm 5.2.2 玻璃的比热 比热与温度的关系 同其他物质一样，在绝对零度时为零。 随温度升高比热逐渐增大，在转变温度区域内增长较快。 熔融状态下，比热随温度升高逐渐增大。 比热与组成的关系 SiO2、Al2O3 、B2O3 、MgO、Na2O特别是Li2O 能提高玻璃的比热，含有大量PbO或BaO 的玻璃比热较低，其余氧化物影响不大。 导热性：物质依靠质点的振动将热能传递至较低温度物质的能力。 物质的导热性以热导率λ来表示。 热导率：温度梯度等于1时，单位时间内通过试样单位横截面积上的热量。单位W/(m·K) 热导率表征物质传递热量的难易，玻璃是一种热的