Biegefestigkeit von Kalk-Natron- und Borosilicatglas von Raumtemperatur bis zur Littleton-Temperatur

Abstract

Die Biegefestigkeit von Probekörpern aus Float- und Borosilicatglas wurde nach dem Doppelring-Verfahren als Funktion der Temperatur und der Belastungsgeschwindigkeit untersucht. Dabei wurden kreisförmige Glasscheiben von 50 mm Durchmesser mit unterschiedlicher Oberflächenqualität verwendet: feuerpoliert, geschmirgelt und nach dem Schmirgeln thermisch nachbehandelt. Von Raumtemperatur bis zur unteren Entspannungstemperatur ist die Biegefestigkeit bei verschiedenen Belastungsgeschwindigkeiten nahezu temperaturunabhängig. Bei höheren Temperaturen gewinnt der Einfluß der angewendeten Belastungsgeschwindigkeit auf die meßbare Festigkeit zunehmend an Bedeutung. Als notwendige Bedingung für sprödes Bruchverhalten bei kleinen Durchbiegungen läßt sich im Temperaturbereich oberhalb Tg eine stark temperaturabhängige „kritische Verformungsgeschwindigkeit" angeben, die eine Grenze zwischen plastisch-viskosem und spröd-elastischem Verhalten des Glases unter Biegebelastung darstellt. Bei Verformungsgeschwindigkeiten höher als die „kritische Geschwindigkeit" steigt die Festigkeit oberhalb der unteren Entspannungstemperatur steil um über 100 % an und sinkt oberhalb von Tg wieder flach ab. Die Höhe der maximalen Festigkeit nimmt mit steigender Verformungsgeschwindigkeit zu, und das Maximum verschiebt sich zu höheren Temperaturen. Der steile Anstieg der Biegefestigkeit im Transformationsbereich wird mit einer teilweisen Ausheilung von Oberflächenschädigungen durch Feuerpolitur gedeutet. Der anschließende Abfall der Festigkeit oberhalb Tg wird mit Kavitationsbildungen in der unterkühlten Glasschmelze unter Zugspannungen interpretiert. Bending strength of soda-lime and borosilicate glass from room temperature to Littleton temperature The bending strength of a float glass and a borosilicate glass was tested by the coaxial ring method as a function of temperature and stress rate viz. deformation rate. Circular plates of 50 mm diameter were used with different surface conditions: as received (heat polished), abraded and heat treated after abrasion. The flexure strength, measured from room temperature up to the lower strain point of the glasses, is independent of temperature within experimental error for all stress rates applied. At higher temperatures the influence of different stress rates becomes more marked. At temperatures above Tg a strong temperature dependent „critical deformation rate" can be determined as a necessary condition for brittle fracture at small bending deflections. This „critical deformation rate" may be taken as a limiting condition between plastic-viscous and brittle-elastic behaviour of the supercooled glass melt. At deformation rates higher than the „critical rate" the bending strength rises steeply by more than 100 % with increasing temperature above the lower strain point and decreases again gently above Tg. The value of the maximum strength near Tg rises markedly with increasing deformation rate and the temperature of the strength peak is shifted to higher temperatures. The steep ascent in bending strength within the transformation region is explained by partial healing of surface flaws due to viscous flow. The following decrease of strength above Tg is attributed to cavitation effects in the supercooled glass melt subjected to tensile stress. Résistance à la flexion du verre à base de silicate sodocalcique et de borosilicate de la température ambiante jusqu'à la température de Littleton La résistance à la flexion d'éprouvettes de verre flotté et borosilicaté est étudiée d'après la méthode d'anneaux concentriques en fonction de la température et de la vitesse de sollicitation. On utilise à cet effet des disques de verre de 50 mm de diamètre ayant différentes qualités de surface: polie au feu, polie à l'émeri et traitée thermiquement après le polissage à l'émeri. La résistance à la flexion, mesurée entre la température ambiante et la température inférieure de recuit, ne dépend presque pas, pour différentes vitesses de sollicitation, de la température. A des températures plus élevées, l'influence de la vitesse de sollicitation employée sur la résistance mesurable, gagne de plus en plus en importance. Comme condition indispensable du comportement à la rupture fragile lors de légers fléchissements au-dessus de Tg, on allègue une „vitesse de déformation critique" fortement dépendante de la température. Cette vitesse représente une limite entre le comportement visqueux-plastique et cassant-élastique du verre soumis à la flexion. Pour des vitesses de déformation plus élevées que la „vitesse critique", la résistance monte en flèche au-dessus de la température inférieure de recuit de plus de 100 % et diminue à nouveau au-dessus de Tg très lentement. La hauteur de la résistance maximale augmente avec la vitesse de déformation et le pic se déplace vers des températures plus élevées. La brusque montée de la résistance à la flexion dans le domaine de transformation s'explique par une guérison partielle des dommages superficiels par le poli au feu. La chute de la résistance mécanique qui s'ensuit au-dessus de Tg est interprétée par la formation de cavitations dans le verre surfondu sous contrainte.