Relaxation behaviour, high-temperature tensile strength and brittleness of glass melts

Abstract

The intention of this paper is to investigate the frequently in practice used conception "brittleness of a glass melt" and to find a method for quantitative measurements of this kind of property. The simple compression of cylindrical glass samples has been applied as a measuring technique, by which information can be obtained on the high-temperature (ht)-fracture strength, the stiffness and the relaxation behaviour of glass melts. In this way the brittleness of a glass melt can be defined in a quantitative manner. A clear correlation has been found between the ht-fracture tensile strength and the relaxation modulus for some industrial commercial glasses and for various laboratory glasses with successive substitution of CaO by MgO in such a way that a high relaxation modulus is connected to a low ht-fracture tensile strength and vice versa at comparable (Newtonian) viscosities and deformation rates. Differences up to more than 300 % have been measured for silicate glass melts of various compositions. Thus, a powerful method has been developed which allows to understand and to measure the isothermal workability of a glass melt and to investigate the effect of various parameters on it. In contrast to the pure elastic and viscoelastic range the brittle fracture behaviour within the viscous range is a volume property.

Die Intention der vorliegenden Arbeit ist, den häufig in der Praxis angewendeten Begriff „Sprödigkeit einer Glasschmelze" zu untersuchen und eine Methode zur quantitativen Bestimmung dieser Eigenschaft zu finden. Die einfache Stauchung zylindrischer Glasproben wird als Meßtechnik angewendet, mit der Informationen über die Hochtemperatur(ht)-Zugfestigkeit, über die Steifigkeit und über das Relaxationsverhalten von Glasschmelzen erhalten werden können. Damit kann die Sprödigkeit einer Glasschmelze in quantitativer Weise definiert werden. Eine klare Korrelation konnte erhalten werden zwischen der ht-Zugfestigkeit und dem Relaxationsmodul einiger industrieller Gläser und Laborgläser mit sukzessivem Ersatz von CaO durch MgO derart, daß ein hoher Relaxationsmodul mit einer geringen ht-Zugfestigkeit und umgekehrt verbunden ist bei vergleichbaren (Newtonschen) Viskositäten und Verformungsgeschwindigkeiten. Unterschiede bis zu mehr als 300 % werden bei Silicatglasschmelzen verschiedener Zusammensetzungen gemessen. Damit liegt eine brauchbare Methode vor, die die isotherme Verarbeitbarkeit einer Glasschmelze zu verstehen und zu messen und den Einfluß verschiedener Parameter zu untersuchen gestattet. Im Gegensatz zum rein elastischen und viskoelastischen Bereich erweist sich das Sprödbruchverhalten im viskosen Bereich als eine Volumeneigenschaft.