Thermoelastic impact damage on glass

Abstract

Etched, as-received and abraded float glass, and etched low-expansion borosilicate glass were impacted at a velocity of 5.62 m/s by a spherical steel impactor of 10.3 mm diameter. The temperature of the glass specimens and that of the impactor were varied, and the effect of thermal shock on the resulting impact damage was investigated. The number, density and the radial spread of inner ring cracks that formed inside the primary ring crack, and the probability of cone crack formation were observed to increase significantly with increasing temperature difference between the impacting bodies, and with the abrasion of the glass surfaces prior to impact. Impacts on soda-lime-silica float glass at specimen temperatures of 700 and 750 °C revealed inner ring cracks without cone cracks, suggesting that significant strength degradation may result in glasses under these impact conditions. Borosilicate glass was found to be much more resistant to inner ring crack formation than soda-lime-silica glass. Geätztes, unbehandeltes und angerauhtes Floatglas sowie geätztes Borosilicatglas mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten wurden einem Stoß (Geschwindigkeit: 5,62 m/s) mit einer Stahlkugel (Durchmesser: 10,3 mm) ausgesetzt. Die Temperaturen der Glasproben und der Stahlkugel wurden variiert und die Auswirkungen des Temperaturschocks auf die sich ergebenden Oberflächenschäden untersucht. Es wurde beobachtet, daß Anzahl, Dichte und radiale Ausbreitung der inneren ringförmigen Brüche, die innerhalb des primären ringförmigen Bruches entstehen, und die Wahrscheinlichkeit der Bildung kegelförmiger Brüche mit ansteigender Temperaturdifferenz zwischen den aufeinanderstoßenden Körpern deutlich zunehmen. Dies gilt auch für Versuche, bei denen die Glasoberfläche vor dem Aufprall der Stahlkugel aufgerauht wurde. Stoßversuche an Kalk-Natronsilicat-Floatglas bei Probentemperaturen von 700 und 750 °C zeigten ringförmige Innenbrüche ohne kegelförmige Brüche, d. h. unter diesen Bedingungen kann es in den Gläsern zu einer deutlichen Festigkeitsminderung kommen. Borosilicatgläser erwiesen sich als wesentlich widerstandsfähiger gegen die Bildung ringförmiger Innenbrüche als Kalk-Natronsilicatgläser.