玻璃的暂时应力和永久应力

物质内部单位截面上分子间的相互作用力称为内应力。由于温度变化而引起的应力,称为热 应力。由于外力作用而引起的应力,称为机械应力。这两种应力都属于宏观应力。由于玻璃结构 中存在着微细不均匀区或分相所造成的应力称为结构应力,属于微观应力。

微观应力一般很小,对玻璃力学性质影响不大。机械应力在外力撤销后会自动消除。对玻璃 强度影响最大的是玻璃中不规则的热应力,它使玻璃的强度降低,严重时玻璃会自行炸裂。使玻 璃产生热应力的根本原因,是在其内外层或不同部位存在温度梯度。玻璃的导热性较差,在冷却 过程中,由于制品的形状、厚度、受冷却程度等不同,各部位将形成温度梯度,从而引起制品中 产生不规则的热应力。

玻璃制品中的热应力,按其存在的特点,分为暂时应力和永久应力两种。

             暂时应力

玻璃在应变点温度以下加热或冷却时,将会产生一定的热应力。这种热应力,随着温差的存 在而存在,温差越大,应力也越大,并随着温差的消失而消失。其产生和消失过程如图13-1所 示。这种热应力称为暂时应力。

永久应力

当玻璃从应变点温度以上开始冷却时,由温差产生的热应力,到玻璃冷却至室温、内外层温 度均衡后,并不能完全消失,玻璃中仍然残存着一定的应力,这种应力称为永久应力。永久应力 的大小取决于制品在应变点温度以上时的冷却速率、玻璃的黏度、膨胀系数及制品的厚度等。

应该注意的是永久应力的分布情况:玻璃制 品外表面是压应力,内表面是张应力。这看起来 对增强玻璃强度有好处,但关键的是,在这种没 有控制的情况下产生的表面压应力的分布毫无规 律,极不均匀,如果是包装容器,则最大张应力 很可能处于制品的内表面,因此,永久应力是玻 璃制品非常致命的一项重要缺陷。

玻璃中的永久应力必须通过退火才能消除或 减小。


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