Механизм разрушения стекла в результате смены температур

июля 29, 2010

Механизм разрушения стекла в результате быстрой смены температур можно представить следующим образом. В стеклянном шаре мысленно выделим ядро и внешний слой, который, в свою очередь, разделим на секторы. Если шар нагрет равномерно, все его части обладают одинаковой температурой, поэтому напряжений внутри шара нет. При резком охлаждении внешний слой остывает значительно быстрее, чем ядро, поэтому объем шара уменьшается неравномерно. Если бы секторы внешнего слоя не были связаны между собой, то каждый из них сжался бы, а между ними образовались бы свободные пространства. Но так как частицы стекла во внешнем слое связаны друг с другом, между ними возникают напряжения растяжения, которые могут вызвать разрушения внешнего слоя, т. е. образование радиальных трещин, идущих от поверхности. Между внешним слоем и ядром создаются напряжения сжатия, так как ядро противодействует сжатию резко охлажденного внешнего слоя.

При резком нагревании внешний слой быстрее ядра стремится увеличиться в объеме и отслоиться от ядра, но так как он связан с ядром, то между ними возникают напряжения растяжения. Между частицами внешнего слоя, которые не могут оторваться от ядра, но увеличиваются в объеме, возникают напряжения сжатия. Если принять во внимание, что стекло сопротивляется растяжению во много раз хуже, чем сжатию, а также что прочность стекла зависит от состояния поверхности и что резкий тепловой удар получает всегда поверхность стекла, то для стекла более опасно быстрое охлаждение, чем нагревание.

Термостойкость стекла зависит от ряда свойств и главным образом от ТКЛР, модуля упругости, прочности на разрыв. На термостойкость влияют состояние поверхности стекла и степень его однородности. Сколы, царапины, трещины, неоднородность, плохой отжиг снижают термостойкость стекла.

Плохая теплопроводность стекла способствует неравномерному распределению напряжений по сечению охлаждающегося стекла при термическом воздействии, поэтому чем тоньше и равномернее сечение стенки изделия, тем выше его термостойкость; именно этими факторами обеспечивается высокая термостойкость термосных колб.

Опубликовано в Декоротивные изделия из стекла