|
|
Плотность вещества — величина,
равная отношению массы вещества к занимаемому объему: p = m/V, где т. — масса
образца, кг; V — объем образца, м3. Плотность обычного простого стекла,
например оконного, составляет около 2 500, кварцевого стекла — 2 200,
хрустального — 3 ООО кг/м3. Значение плотности используют при
экспериментальном определении однородности стекла, а также в конструкционных
и теплотехнических расчетах. Упругость — это свойство вещества
деформироваться под действием силы, приложенной извне, а после прекращения
действия этой силы возвращаться в первоначальное состояние. Хрупкие твердые
тела, например стекло, разру- 1 шаются, если приложенная сила превысит ту,
при которой еще возможна упругая деформация. Упругость выражают через модуль
упругости Е, который можно измерить следующим образом. К стеклянной нити
длиной I и площадью поперечного сечения S прикрепляют груз Р. Нить
подвешивают вертикально и изменяют ее удлинение А1 под действием груза.
Наблюдается соотношение: Al — Pl/SAl, откуда Е — PljSAl. Величины, стоящие в
правой части этого выражения, можно измерить непосредственно и вычислить
таким образом Е (Н/м2 или Па). Так как Е для упругих тел велик, то обычно
используют более крупную единицу: 1 МПа = 106 ITa; i МПа = 0,0981 кгс/ /мм2 =
9,81 кгс/см2. Для различных стекол модуль упругости составляет от 48 000 до
83 000 МПа. Значения модуля упругости фигурируют в конструкционных расчетах
стеклянных деталей, а также в расчетах их термостойкости.
Прочность — способность материала сопротивляться
разрушению и образованию остаточных деформаций от действия напряжений. Если
сжимающее усилие F направлено перпендикулярно к поперечному сечению образца,
имеющему площадь А, то в образце возникает напряжение сжатия: 0Сж=^М. При л
величении усилия F напряжение при сжатии 0(ж также возрастает (при одной и
той же площади А поперечного сечения образца) и, наконец, достигает
критической величины /?сж, при которой стекло разрушается. Образцы из одного
и того же стекла, но с разной площадью поперечного сечения разрушаются при
различных значениях критического усилия ^кр, но для одного и того же стекла,
независимо от размеров образцов, величина разрушающего напряжения при сжатии
Лет одинакова.
Эту величину пазывают пределом прочности при сжатии
R,-m~Fhp/A (Па). Предел прочности некоторых стекол при сжатии достигает 2 ООО
МПа. Аналогично сказанному выше предел прочности стекла при растяжении #р= =
Fvp/A.
Стекло выдерживает большую прочность при сжатии, чем при
растяжении. Для стекла RP достигает 100 МПа, в то время как, например, для
найлона — 500 МПа.
Если поверхность стекла повреждена царапинами или
микротрещипами, а, как правило, именно так и бывает, то прочность стекла еще
более уменьшается.
Твердость — способность поверхностного слоя стекла
сопротивляться прониканию в этот слой острия царапающей иглы, частиц
шлифующего абразива и т. п.
Качественно оценить твердость стекла можно по шкале Мооса,
которая приписывает ряду мипералов и стеклу условные значения твердости от 1
до 10: гипс 1, каменная соль 2, известковый шпат 3, плавиковый шпат 4, апатит
5, стекло 6, кварц 7, топаз 8, корунд 9, алмаз 10.
Стекло оставляет царапины на минералах с меньшим
показателем и наоборот: его царапают минералы с большим показателем твердости
по Моосу. Однако эта шкала не позволяет судить о том, во сколько раз стекло
тверже или мягче указанных минералов. Количественно можно оценить твердость
стекла следующими способами: 1) по ширине царапины, оставляемой на
поверхности стекла алмазной иглой с радиусом закругления острия 2 мкм под
нагрузкой от 1,5 до 50,0 MII; 2) по объему стекла, сошлифованному
определенным абразивом в заданных условиях; 3) по величине отпечатка,
оставляемого на поверхности стекла алмазной пирамидой, вдавливаемой в стекло
под нагрузкой. В последнем случае мы имеем дело с так называемой
микротвердостью стекла: Н= 1,854 P/D2, где Р — нагрузка, Н; D — размер
диагонали квадратного отпечатка, м. Микротвердость различных стекол, а
следовательно, и связанная с ней твердость согалифовывания колеблются от 480
до 10 000 МПа.
Хрупкость — свойство стекла, находящегося в твердом
состояпии (т] = = 101311а-с), мгновенно разрушаться при сильном ударе, когда
напряжения превышают те, при которых возможна упругая деформация. Показатель
хрупкости az = I,A/V, где ЕЛ = 9,8 тТ,Н — сумма работ по разрушению образца
объемом V, определяемая путем неоднократного сбрасывания стального шара
массой т с последовательно возрастающих высот Яь #2, #3, ..., Нп (2#= =
Н\-\-#2-J-#3 + ...+//n) на образец в виде стеклянпой пластинки, положенной на
опоры «мостиком», т. е. опирающейся лишь краями, до тех пор, пока стекло не
разобьется. Для обычтого, например оконного стекла с=15— 20 кДж/м3.
|