為了計算耐高溫玻璃的熱穩(wěn)定性,曾經有很多經驗公式,下面介紹我公司應用較多的熱穩(wěn)定性公式.
K=P/αE √(λ/cρ)=B·△T
式中:
K——玻璃的熱穩(wěn)定性;
P——玻璃的抗張強度極限;
α——玻璃的線膨脹系數;
E——玻璃的彈性模量;
λ——玻璃的導熱系數;
c——玻璃的比熱容;
ρ——玻璃的密度;
B——常數;
△T——破損的最小急變溫度。
在上式中α具有決定性意義,杜格拉斯提出一個經驗公式。
α△T=11500×10-7
凡能降低玻璃熱膨脹系數的組分都能提高其熱穩(wěn)定性。列如,耐超高溫玻璃的熱膨脹系數很小(α=5.8×10-7/℃),它的熱穩(wěn)定性極好,可以把紅熱的耐超高溫玻璃投入冷水中而不破裂。又如,500℃耐高溫玻璃的SiO2含量很高,并含有B2O3,而且R2O含量很低,它的熱膨脹系數僅為α=33×10-7/℃。因此,它耐急冷急熱的能力強。反之,某些玻璃品種如瓶罐玻璃SiO2含量較低,而R2O含量較高,熱膨脹系數較高【α=(80~95)×10-7/℃】,這些玻璃的熱穩(wěn)定性低。德國學者按玻璃膨脹系數不同,劃分成5個熱穩(wěn)定等級,如下表所示。
熱穩(wěn)定性等級 |
玻璃的熱膨脹系數/(×10-7/℃) |
熱穩(wěn)定性評估 |
Ⅰ |
0-35 |
優(yōu) |
Ⅱ |
36-45 |
良 |
Ⅲ |
46-55 |
中 |
Ⅳ |
56-65 |
可 |
Ⅴ |
≥66 |
差 |
按熱穩(wěn)定性計算公式計算,耐超高溫玻璃的熱穩(wěn)定性為2054℃,500℃耐高溫玻璃的熱穩(wěn)定為348℃;瓶罐玻璃的器皿玻璃的熱穩(wěn)定性為122℃。在實際情況下,瓶罐和器皿玻璃很難經受100℃以上的熱沖擊,主要原因沒有考慮到制品的形狀與厚度的影響,于是巴甫列科尼對杜格拉斯的經驗公式進行的修正,見下式。
√(2δ)△T=B
式中:B——常數;
△T——制品破損的急變溫度;
δ——制品厚度。
由上式可知,制品的厚度越大,所能承受的急變溫差越小。受熱時,其表面產生壓應力,而在冷卻時則表面產生張應力,玻璃的抗壓強度比抗張強度要大十多倍。因此,在測定玻璃熱穩(wěn)定性的時候,應使試樣經受急冷。
,綜上所述,可以推想,在溫度急變中,沿著玻璃的厚度,從表面到內部。不同處右轉不同的膨脹量,由此產生的應力,當應力超過玻璃的極限強度時,就造成破裂。據此可以得到提高玻璃熱穩(wěn)定性的途徑,主要是降低玻璃的熱膨脹系數和減少玻璃制品厚度。
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