Повышение прочностных свойств стекла в результате металлизации методом диффузионной сварки

• Автор: Гридасова, Екатерина Александровна
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Комсомольск-на-Амуре
• Количество страниц: 134 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава I. Методика создания экспериментального образца для про- 29 ведения исследований упрочнения стекла методом диффузионной сварки его с металлом
1.3. Технология изготовления стеклометаллокомпозитного образца
стеклометаллокомпозитного стержня
Глава II. Контроль качества сварного соединения. Исследование
механических характеристик переходной зоны
2.1. Неразрушающий контроль стеклометаллокомпозитных образ-

2.2. Микроскопические исследования зоны сварного соединения 77 стекла и стали
2.3. Рентгеноспектральный анализ
2.4. Исследование механических характеристик переходной зоны
Г лава III. Статические испытания стеклометаллокомпозитных
стержней, определение механических характеристик
3.1. Статические испытания на сжатие.
3.2. Статические испытания на растяжение.
3.3. Экспериментальное определение Модуля Юнга
3.4. Испытания на кручение
Общие выводы
Литература
1.1. Основные предположения о факторах упрочнения стекла
1.2. Критерии выбора параметров режима сварки

1.4. Моделирование процесса термоупругого деформирования

ВВЕДЕНИЕ
Основные понятия о прочности стекла.
Современное развитие строительной промышленности предъявляет высокие требования к строительным материалам, которые должны объединять высокие технико-эксплуатационные свойства, технологичность изготовления и низкую себестоимость производства. В ряде конструкций оптимальные эксплуатационные свойства можно получить лишь при условии применения составных или комбинированных узлов из разнородных материалов, например, слоистых композитов. Из таких материалов изготавливается не вся конструкция, а лишь те участки, которые испытывают воздействие силовых нагрузок, температур или агрессивных сред.
Неограниченные сырьевые ресурсы, высокая теоретическая прочность и химическая инертность стекла определяют актуальность его использования при создании композиционных материалов для конструкций ответственного назначения.
Особый интерес к вопросам прочности неорганических стекол со стороны физиков возник в начале 30-х годов после появления работ С.Н. Журкова и А.П. Александрова [3]. В результате фундаментальных исследований, выполненных кругом ученых Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН [8,9] установлено, что неорганическому стеклу присуща высокая природная прочность независимо от размеров: в равной мере, как для стекловолокна, так и для листа или массива стекла.
Прочностью называется свойство материалов противостоять разрушению при воздействии внешних нагрузок. Соответственно, характеристикой механической прочности является предел прочности - максимальное механическое напряжение, вызывающее разрушение материала под действием статической нагрузки.
В зависимости от характера механического воздействия различают прочность на: растяжение, сжатие, изгиб, микротвердость и абразивную стойкость [21,23].

При рассмотрении прочности стекла необходимо четко определять выбранную прочностную характеристику, поскольку их абсолютные значения значительно различаются, например прочность различных стекол ни изгиб варьируется в пределах 0,02-0,10 ГПа, а прочность на сжатие в пределах 0,5-2,5 ГПа.
Рассматривая прочностные характеристики стекла нужно отличать две различные величины: теоретическую и техническую прочность стекла.
Теоретическая прочность является условной величиной, оценочно рассчитываемой для некоего идеального бездефектного гомогенного стекла, нагружаемого квазистатично при низких температурах. Эта условная величина зависит от природы и прочности химических связей в структуре. Для наиболее распространенного силикатного стекла величина теоретической прочности связана с прочностью химической связи —О—81 [115]. Теоретическая прочность стекла по данным
В.П. Пух [114], а также С.И. Сильвестровича [122] составляет от 10000 МПа до 25000 МПа. Высокая природная прочность практических стекол в отсутствии дефектов структуры подтверждена экспериментально [9,50].
Техническая (или практическая) прочность - характеристика реальных изделий из стекла. Известным и подтвержденным литературой фактом является то, что практическая прочность стекла характеризуется величиной от 20 до 100 МПа, что составляет менее 1% от теоретической прочности стекла. В первую очередь это связано с элементарными процессами, происходящими в объеме и на поверхности практических стекол: развитием микронеоднородных областей и фазового разделения, проявлением термомеханических последствий процесса формирования, термическим разуплотнением поверхности, ростом локальных напряжений на границах микрообластей и неуравновешенными теплофизическими свойствами, образованием на поверхности активных центров абсорбции, а также возникновение гидролитических и механических повреждений [8,16, 114, 123, 125].
Совокупность указанных явлений приводит к зарождению и развитию в структуре стекла, особенно на поверхности разного рода разупрочняющих дефек-

дут уменьшаться, или увеличиваться те или иные оксиды, поэтому остановимся на предположении, что ТКЛР переходной зоны может иметь промежуточное значение между ТКЛР оксидного слоя и исходного стекла. На рисунке 1.3 представлен график изменения ТКЛР в сварной зоне.
1.2. Критерии выбора параметров режима сварки.
Диффузионная сварка характеризуется тремя параметрами: давлением, временем выдержки и температурой. Варьирование каждого параметра по отдельности или совместно влияет на качество сварного соединения.
При диффузионной сварке стекла со сталью, стекло находится в расплавленном состоянии, поэтому основным критерием при выборе температуры сварки будет являться вязкость стекла, а ее температурный ход служит основой для определения температурных режимов диффузионной сварки.
Зависимость вязкости от температуры (рисунок 1.4) весьма своеобразна [13, 68, 93]. В температурном интервале 23-1500°С вязкость стекол изменяется на 18 порядков. В твердом состоянии вязкость составляет примерно 1019 Пас, в расплавленном состоянии - 10 Па-с. Поскольку вязкость возрастает постепенно и непрерывно, переход расплава в твердое (стеклообразное) состояние происходит не при строго определенной температуре (как это характерно для кристаллов), а в переходной температурной области. При низких температурах вплоть до температуры стеклования Tg вязкость изменяется незначительно. Наиболее резкое падение вязкости по мере нагревания происходит в интервале стеклования, затем следует вновь участок, где влияние температуры сказывается не столь заметно.
На шкале вязкости в соответствии с рисунком 1.4.6 выделены интервалы процесса диффузионной сварки: сварки и отжига стекла и основные температурные точки:
- температура «размягчения» Тб (точка Литтлтона) при которой стекло размягчается под собственным весом и соответствует вязкости 106’6 Па-с;