Упругость — свойство материалов восстанавливать форму и объем после прекращения действия деформирующих сил. Коэффициент пропорциональности между напряжениями и деформациями называется модулем упругости. Упругость стекол в зависимости от их химического состава изменяется в пределах 48-103... 12-10" МПа. Упругость кварцевого стекла — 71,4 ГПа. Модуль упругости, как и некоторые другие свойства стекол, можно определить, пользуясь принципом аддитивности — суммированием значений свойств образующих компонентов (оксидов) пропорционально их содержанию:

р = а,Х, + а,Х2 + а3Хз...апХп, где р — искомое свойство;

аг..ап — содержание оксидов в стекле, %; Х,...ХП — удельный (парциальный) фактор некоторого свойства для соответствующего оксида в стекле.

Увеличивают упругость стекол СаО, В203, А1203, MgO при введении вместо Si02 (частично). Щелочные оксиды снижают модуль упругости, так как прочность связей Me—О значительно ниже прочности связи Si—О.

Механическая прочность характеризует свойство материалов сопротивляться разрушению при воздействии внешних нагрузок. Мерой прочности является предел прочности — максимальное напряжение, вызывающее разрушение материала под действием статической нагрузки или удара. Различают пределы прочности при сжатии, растяжении, изгибе, кручении и т.д.

Предел прочности обычных отожженных стекол при сжатии составляет 500...2000 МПа (оконного стекла 900... 1000 МПа).

Предел прочности при растяжении и изгибе.При поперечном изгибе в стекле со стороны действия силы возникают напряжения сжатия, а с противоположной — напряжения растяжения. Поэтому предел прочности стекла при изгибе измеряют пределом прочности при растяжении. Стекло работает на растяжение значительно хуже, чем на сжатие. Теоретическая прочность стекла, т.е. прочность связей в его структурной сетке, является высокой и составляет примерно 10 000 МПа. Однако фактическая прочность стекла при растяжении гораздо ниже и колеблется в пределах 35... 100 МПа. Таким образом, предел прочности при растяжении в 15...20 раз меньше, чем при сжатии.

Прочность закаленного стекла при прочих равных условиях в 3...4 раза больше прочности отожженного. Значительно повышает прочность стекол обработка их поверхности химическими реагентами с целью удаления дефектов поверхности (мельчайших трещин, царапин и т.д.).

Твердость стекла зависит от химического состава. Стекла имеют различную твердость в пределах 4000... 10000 МПа или по шкале Мооса она составляет 6...7, что находится между твердостью апатита и кварца. Наиболее твердыми являются кварцевое и малощелочное бороси-ликатное стекло (до 10... 12% В203). С увеличением содержания щелочных оксидов твердость стекол снижается. Наиболее мягкие многосвинцовые стекла.

Хрупкость. В области низких температур (ниже t — температуры стеклования) стекло наряду с алмазом и кварцем является идеально хрупким материалом, т.е. способно разрушаться под действием механических напряжений без заметной пластической деформации. Поскольку хрупкость четче всего проявляется при ударе, ее характеризуют прочностью на удар, которую определяют работой удара, отнесенной к единице объема разрушаемого образца, называемой удельной ударной вязкостью. Прочность стекла на удар зависит от многих факторов. Введение В203 (до 12%) повышает прочность на удар почти вдвое, введение MgO, Fe203, увеличение содержания Si02 — на 5...20%. Для силикатных стекол ударная вязкость составляет 1,5...2 кН/м, что на 2 порядка ниже, чем у металлов.


⇐ вернуться назад| |читать дальше ⇒