Термическое напряжение в стекле. Причины и механизм возникновения временных и постоянных напряжений, эпюры напряжений. Роль напряжений при эксплуатации стеклоизделий.

Внутренние напряжения – напряжения, уравновешенные в пределах данного тела (или части его) без участия механических или температурных воздействий.

Временные напряжения возникают при нагреве или охлаждении стекла вследствие неравномерности температурного поля в объеме изделия, вызывающей неравномерные по объему упругие деформации, и исчезают при выравнивании температуры.

 

Постоянные напряжения – напряжения, остающиеся в стекле после выравнивания температур.

В связи с низкой теплопроводностью стекла в изделии возникают градиенты температур, элементарные объемы расширяются (сжимаются) неравномерно, что приводит к образованию внутренних упругих напряжений.

Релаксация временных напряжение через образование трещин наблюдается при испытании стекла на термостойкость.

Постоянные напряжения (остаточные) возникают вследствие неравномерности температурного поля в объеме стекла, но при одном условии – при образовании остаточных деформаций. Такие деформации в твердых телах, обладающих пластичностью (металлах), могут быть результатом пластических деформаций, возникающих в случае, когда термоупругие напряжения превышают предел текучести материала.

Помимо напряжений, вызванных градиентом температур, в стекле могут возникать напряжения, обусловленные различием коэффициента теплового расширения и упругих свойств отдельных участков стекла либо стекла и сопряженного с ним материала (стекла, керамики, металла). Такие напряжения являются постоянными.

 

Термическое напряжение в стекле. Факторы, определяющие величину напряжений (состав стекла, условия охлаждения). Двойное лучепреломление как метод количественной оценки термических напряжений в стекле.

Факторы, определяющие величину напряжений:

- свойства стекла (ТКЛР, упругие характеристики, теплопроводность, излучающая способность)

- скорость охлаждения

- толщина изделия

 

· Изменяя условия охлаждения (изменение дельта t), можно регулировать величину напряжений в стеклоизделии

· Принудительный обдув нагретого выше tg стекла позволяет создать в стекле очень высокие напряжения (процесс закалки стекла)

· Удалить напряжения, возникшие в процессе формования изделия, можно медленным охлаждением стекла после его формования (процесс отжига стекла)

· Лучше всего закаляются многощелочные стекла, характеризующейся высокими значениями ТКЛР

· Кварцевое стекло не поддается закалке в связи с низким ТКЛР

· Толстостенные изделия хорошо закаляются, тонкие стекла трудно поддаются закалке

· Стеклянное волокно не требует отжига вследствие малой толщины

 

При равномерном и симметричном охлаждении стеклянной пластины (цилиндра, шара) остаточные напряжения распределяются в стекле симметрично относительно средней плоскости.