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钢化玻璃工艺讲座 中 国 建 筑 中国安全玻璃认证中心杨建军 材 料 科 学 研 究 院 CBMA 钢化玻璃工艺讲座 1、玻璃基础知识 中 国 • 什么是玻璃 建 通俗地说玻璃就是一种熔融的物质在冷却过程中没有 筑 产生结晶, 或者说来不及结晶的“过冷”液体，是一种 材 非结晶态物质。准确的说：远程无序，近程有续。 料 金属只要冷却的非常快，来不及析晶，形成的物质就 科 是金属玻璃，其强度比金属态要高4~5倍；火山熔岩 学 凝固后大都是以玻璃态的形式存在的。 研 • 玻璃的力学特征 究 院 玻璃是脆性材料，其共性是抗压强度高，抗拉(张)强 度低。 CBMA 钢化玻璃工艺讲座 脆性材料的断裂特征： 中 国 破坏时突发性断裂，塑性小，离散性大，重复性差 建 • 尺寸效应──缺陷影响──断裂力学 筑 • 脆性材料含有众多相互独立的缺陷，任一个缺陷引发 材 的断裂都可以看作是整体的破坏，相当于一根由众多 料 环节组成的链条，只要最弱的环节断开，整个链条就 科 断了（最弱连接链假说（串联模型））。 学 • 脆性材料的力学特性用统计断裂力学的方法和Weibull 研 分布来研究比较有实用意义。 究 院 CBMA 钢化玻璃工艺讲座 • 脆性材料破坏往往是瞬间的，而金属材料的疲劳破坏 中 有不同； 国 • 金属利用晶体团间隙的位移来吸收冲击能，可变形； 建 筑 • 脆性材料不存在这种间隙，靠多晶相间共价键结合， 材 受冲击时表面要么破损，要么不受影响。 料 科 学 •这是一个金属 研 与玻璃在受打击 时的示意图 究 院 CBMA 钢化玻璃工艺讲座 中 •抗拉强度简单例子 比较: •普通玻璃棒 国 建 •普通玻璃棒的平均 抗拉强度大约为 筑 80MPa; •特别保护的玻 璃棒 材 •特别保护的玻璃棒 料 的平均抗拉强度大 科 约为1,000MPa 学 •理论上玻璃抗拉强 研 度为70,000MPa 究 • 问题是为什么会有 院 如此大的差异? CBMA 钢化玻璃工艺讲座 •Griffith微裂纹理论 中 国 •1921年Griffith假定所有材料中都存在着微小裂纹， 建 这种裂纹的应力集中效应对于延展性材料来说由于 筑 裂纹尖端局部流动使得应力松弛；而脆性材料并不 材 具备流动能力，裂纹的扩展会使得材料在较低的应 料 力水平下就会破坏。 科 •起初Griffith假定所有材料的整体内都存在微裂纹， 学 这对多晶态材料是对的，比如陶瓷材料；但对玻璃 研 由于从液态到玻璃态是连续体，因此体内实际上不 究 存在着微裂纹，研究表明仅存在于表面。冷却过程 的热应力作用、大气中水汽的化学作用、温度作用 院 等都会引起微裂纹。 CBMA 钢化玻璃工艺讲座 • Griffith微裂纹理论 中 国