Einige Besonderheiten bei der Bestimmung der Heißbiegefestigkeit hochviskoser Glasschmelzen

Abstract

Bending strength of soda-lime glass (float glass) and borosilicate glass (Duran®) was studied as function of temperature (20 to 720°C) as well as stress and deformation rate, (10^-4 to 10^+3 mm/s) using the double ring method. Glass plates with untreated (as received), abraded, and abraded plus heat treated surfaces were tested. The stress corrosion constant of float glass was determined in the range 20 to 470 °C. Bending strength of both glass types under test increases steeply in the transformation range and above, inversely proportional to the glass viscosity, when an adapted deformation rate is applied sufficient to cause brittle fracture within the region of linearly elastic deformation behaviour of the glass. The marked increase in strength is exhibited also by the pretreated glass samples and is interpreted by healing of surface cracks and crack tip blunting. At low temperatures (room temperature to lower strain point) the bending strength of the glass is governed by the degree of surface damage. Above Tg the strength of the glass melt is determined not only by the mechanically induced surface damage but also by structural visco-elastic properties of the glass (composition) and by inhomogeneities (phase sparation, crystallization) which may arise during the heat treatment necessary to conduct the strength tests. La resistance à la flexion de verres sodocalciques (verre flotte) et borosilicates (verre Duran) est etudiee d'apres le procede des deux anneaux en fonction de la temperature (de 20 à 720 °C) et de la vitesse de sollichation et de deformation (10^-4 à 10^+3 mm/s). On teste des plaques de verre non traitees telles qu'elles se presentent lors de la livraison, des plaques frottees au papier emeri et des plaques frottees puis polies au feu. On determine le terme de correction de la corrosion sous contrainte du verre flotte pour une temperature de 20 à 470 °C. La resistance à la flexion-traction des deux verres s'eleve dans le domaine de transformation de fagon inversement proportionnelle à la viscosite, lorsque la vitesse de deformation critique est suffisante pour provoquer la rupture fragile à l'interieur du domaine de deformation lineaire-elastique. Cela concerne en particulier les echantillons de verre pretraites et on l'attribue en partie à la „guerison" des fissures superficielles (arrondissement de l'extremite des fissures). Alors que la resistance à la flexion des verres à basse temperature (de la temperature ambiante au domaine de relaxation) est determinee essentiellement par le degre d'endommagement de la surface des echantillons festes, la resistance de la fonte de verre visqueuse au-dessus de Tg, elle, ne depend pas seulement des dommages mecaniques de la surface, mais aussi des proprietes viscoelastiques conditionnees par la structure (composition chimique) et des inhomogeneites qui peuvent apparaitre par suite du traitement thermique pour mesurer la resistance mecanique (demixtion, cristallisation). Die Biegefestigkeit von Kalk-Natron-(Floatglas) und Borosilicatglas (Duran) wurde nach dem Doppelringverfahren als Funktion der Temperatur (20 bis 720 °C) und der Belastungs- bzw. Verformungsgeschwindigkeit (10^-4 bis 10^+3 mm/s) untersucht. Geprüft wurden unbehandelte (Anlieferungszustand), geschmirgelte und geschmirgelt + feuerpolierte Glasplatten. Im Bereich 20 bis 470 °C wurde der Spannungsrißkorrosionsbeiwert von Floatglas bestimmt. Die Biegezugfestigkeit beider Gläser steigt im Einfrierbereich und darüber umgekehrt proportional zur Viskosität steil an, wenn die kritische Verformungsgeschwindigkeit ausreicht, um den Sprödbruch innerhalb des linearelastischen Deformationsbereiches herbeizuführen. Dies gilt besonders auch für die vorbehandelten Glasproben und wird z. T. auf die Ausheilung der Oberflächenrisse (Abrundung der Kerbspitzen) zurückgeführt. Während die Biegefestigkeit der Gläser bei niedrigen Temperaturen (Raumtemperatur bis untere Entspannungstemperatur) im wesentlichen durch das Ausmaß der Oberflächenbeschädigung der Prüfkörper bestimmt wird, ist die Festigkeit der zähflüssigen Glasschmelze oberhalb Tg nicht nur von mechanischen Verletzungen der Oberfläche, sondern auch von den strukturell bedingten viskoelastischen Eigenschaften (chemische Zusammensetzung) und von Inhomogenitäten abhängig, die durch die Wärmebehandlung zur Messung der Festigkeit entstehen können (Entmischung, Kristallisation).