云母玻璃陶瓷的增强.doc

第九章 云母玻璃陶瓷的增强 9.1热钢化增强 玻璃热钢化强化在工程上应用十分普遍，理论研究也备受关注，人们一直试图通过理论计算解决不同成分的钢化参数问题，并提出很多建设性理论【I】，瞬态凝固理论，【J】【L】，粘弹性理论【m】【n】，结构理论【o，p】等。但由于这些理论中很多涉及的物理参数难于准确测定，而且多数理论并未与实际玻璃紧密联系，因此目前用理论计算仍不能指导玻璃的实际强化效果，实际工程中玻璃的热钢化增强最普遍的仍是采用试验确定工艺参数。 本文研究云母微晶玻璃热钢化，由于组织为玻璃相与云母相复合组成，材料热钢化机理要比玻璃复杂很多，且由于目前对云母微晶玻璃热钢化增强研究还属空白，无研究结果借鉴，因此在本论文中作者只是进行先驱性探索研究，目的是想利用热钢化手段考察云母微晶玻璃是否有进一步提高强度的可能性。 9.1.1云母微晶玻璃热钢化试验与结果 本文对研究材料热钢化方案设计为试样晶化与热钢化连续完成方式，计晶化后快速冷却，参考玻璃热钢化的加热温度通常取值在玻璃体软化温度附近。本文将材料晶化温度选择为600℃（本文材料软化温度为425℃）。过低温度将影响材料晶化效果，而更高温度则可能导致应力过高产生裂纹。考虑与为增强材料对比及尺寸效应对强度的影响，热钢化试样设计参考陶瓷材料弯曲强度的尺寸标准，采用3*4*40（mm）条状试样。保持与为增强试样一致，但较小试样对形成表面残余应力不利，这样的尺寸对玻璃而言通常认为达到增强较为困难【1】【c】。 图9.1 (张三强图3-12)为600℃保温8小时晶化后在不同冷却方式下的弯曲强度，该晶化工艺原始强度为140Mpa, 从图9.1结果可看出，快速冷却对小尺寸的云母微晶玻璃试样强度仍有较大影响.风冷条件下试样强度提高约30%，达193MPa，140℃温度油淬强度为197 MPa与风冷条件下相近, 而25℃油淬强度可提高近1倍，达到271.6MPa。 9.1.2分析讨论 分析本文云母玻璃陶瓷的热钢化效果,作者认为可从材料的以下几方面特性讨论。 玻璃的膨胀系数 工程应用中玻璃线膨胀系数通长用理论计算近似获得。常用计算公式有Winkelmann. A和schott.O提出的加和计算公式【 W.福格尔著 W.福格尔著,谢于深译. 玻璃化学, 轻工业出版社, p421-423, 1988.4 (9-1) 式中 为玻璃各组分线膨胀系数; 为玻璃各组分的%(wt). Gilard.P,Dubral,L为使Winkelmann-schott公式与试验更好符合，在加和公式基础上引入了平方项的公式： (9-2) Naray-Szabo,引入了常数项的公式： (9-3) 然而由于玻璃成分的种类繁多,影响因素复杂，各种计算公式只能适用部分材料。直至目前仍没有一个普适的公式。 本文研究选用简单的加合法计算法和实测的方法进行玻璃体线膨胀系数对比检定。实测方法为制备一2*2*40mm玻璃细棒，并保证细棒两端平行，将玻璃棒放入管式炉中，用石英棒（膨胀系数为0）将玻璃棒膨胀量引至精度为0.001mm的盘形位移表上。升温速度为2℃/分。以30℃间隔纪录玻璃棒膨胀量，直至数据发生异变。该方法测试的膨胀曲线见图9.2所示（张三强图3-10玻璃线），玻璃的通常随温度变化有所改变【】,在软化温度以下, 随温度升高有所提高，为使分析方便本文在此采用平均进行讨论，线膨胀系数按下式计算： :原长, :伸长量, :温度差 实测平均值相对与计算值如表1 表1 不同检测方法的线膨胀系数 方 法 线膨胀系数×10-7mm/℃ 备 注 实测 42.25 加和法1 48.22 按英格里斯-涅脱尔数据[g] 加和法2 52.08 按千福喜由数据[g] 表1显示实测结果比加合法计算的略低。 表2为几种常用玻璃线膨胀系数. 表2几种常用玻璃线膨胀系数 玻璃类型 线膨胀系数×10-7mm/℃ 数据来源 Na2O-CaO-SiO2玻璃 80~110 【13, 】 【 NOTEREF _Re\h １】 镁用玻璃 200 【14】【易熔玻璃】 玻璃用珐琅 90~100 【14】【易熔玻璃】 对比表1、表2，可看出常用玻璃比本文材料线膨胀系数相对较高。 从热钢化机理分析，热钢化就是利用粘滞玻璃在快速冷却时体积内外收缩的时间不同，在玻璃表面制造出一层残余压应力层。使材料表面对裂纹萌生的抗力提高。而玻璃的膨胀系数是制造玻璃体冷却时内外应力差的主要因素，高膨胀系数玻璃内外收缩比大。将产