Thermal shock behaviour of SiC-fibre-reinforced glasses

Abstract

The preparation of two SiC-fibre-reinforced glasses with very different thermal expansion coefficients and glass transition temperatures is described and the influence of long-time temperature and thermal shock behaviour of these composites on the mechanical properties is investigated by means of bending test experiments before and after thermal treatments. It will be shown from experiments and calculations on stresses due to thermal expansion mismatch between fibre and glass matrix that not only best mechanical properties but also best thermal shock behaviour are connected with low tensile intrinsic stresses produced by thermal expansion mismatch during preparation. The thermal shock resistance of the best composite (SiC fibre/DURAN glass) does not show a significant decrease of flexural strength even after 60 shocks from 550 to 25 °C in water, while the bulk glass sample of the same dimension was destroyed by one thermal shock from 350 °C.

Die Herstellung zweier SiC-faserverstärkter Gläser mit unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten und Transformationstemperaturen wird beschrieben und der Einfluß des Langzeit-Temperatur- und Wärmeschock-Verhaltens dieser Verbundwerkstoffe auf die mechanischen Eigenschaften mit Hilfe von Biegeprüfexperimenten vor und nach den Wärmebehandlungen untersucht. Die Experimente und Berechnungen der Spannungen auf Grund der Unterschiede in den Wärmedehnungen zwischen Fasern und Glasmatrix zeigen, daß nicht nur optimale mechanische Eigenschaften, sondern auch optimales Wärmeschockverhalten erhalten wird, wenn bei der Herstellung der Verbundwerkstoffe möghchst geringe Zugeigenspannungen durch die unterschiedlichen Wärmedehnungen erzeugt werden. Die Wärmeschockbeständigkeit der besten Werkstoffe (SiC-Faser/DURAN-Glas) zeigt keine signifikante Abnahme der Biegebruchfestigkeit selbst nach 60 Wärmeschocks von 550 auf 25 °C in Wasser, während unverstärkte Glasproben gleicher Abmessungen schon durch einen Wärmeschock von 350 °C zerstört werden.