为了计算耐高温玻璃的热稳定性,曾经有很多经验公式,下面介绍我公司应用较多的热稳定性公式.
K=P/αE √(λ/cρ)=B·△T
式中:
K——玻璃的热稳定性;
P——玻璃的抗张强度极限;
α——玻璃的线膨胀系数;
E——玻璃的弹性模量;
λ——玻璃的导热系数;
c——玻璃的比热容;
ρ——玻璃的密度;
B——常数;
△T——破损的最小急变温度。
在上式中α具有决定性意义,杜格拉斯提出一个经验公式。
α△T=11500×10-7
凡能降低玻璃热膨胀系数的组分都能提高其热稳定性。列如,耐超高温玻璃的热膨胀系数很小(α=5.8×10-7/℃),它的热稳定性极好,可以把红热的耐超高温玻璃投入冷水中而不破裂。又如,500℃耐高温玻璃的SiO2含量很高,并含有B2O3,而且R2O含量很低,它的热膨胀系数仅为α=33×10-7/℃。因此,它耐急冷急热的能力强。反之,某些玻璃品种如瓶罐玻璃SiO2含量较低,而R2O含量较高,热膨胀系数较高【α=(80~95)×10-7/℃】,这些玻璃的热稳定性低。德国学者按玻璃膨胀系数不同,划分成5个热稳定等级,如下表所示。
热稳定性等级 |
玻璃的热膨胀系数/(×10-7/℃) |
热稳定性评估 |
Ⅰ |
0-35 |
优 |
Ⅱ |
36-45 |
良 |
Ⅲ |
46-55 |
中 |
Ⅳ |
56-65 |
可 |
Ⅴ |
≥66 |
差 |
按热稳定性计算公式计算,耐超高温玻璃的热稳定性为2054℃,500℃耐高温玻璃的热稳定为348℃;瓶罐玻璃的器皿玻璃的热稳定性为122℃。在实际情况下,瓶罐和器皿玻璃很难经受100℃以上的热冲击,主要原因没有考虑到制品的形状与厚度的影响,于是巴甫列科尼对杜格拉斯的经验公式进行的修正,见下式。
√(2δ)△T=B
式中:B——常数;
△T——制品破损的急变温度;
δ——制品厚度。
由上式可知,制品的厚度越大,所能承受的急变温差越小。受热时,其表面产生压应力,而在冷却时则表面产生张应力,玻璃的抗压强度比抗张强度要大十多倍。因此,在测定玻璃热稳定性的时候,应使试样经受急冷。
,综上所述,可以推想,在温度急变中,沿着玻璃的厚度,从表面到内部。不同处右转不同的膨胀量,由此产生的应力,当应力超过玻璃的极限强度时,就造成破裂。据此可以得到提高玻璃热稳定性的途径,主要是降低玻璃的热膨胀系数和减少玻璃制品厚度。
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