Термостойкость стекол и ситаллов

Материал	Термостойкость, °С	Материал	Термостойкость, °С
Стекло оконное	100	Технические ситаллы	150-1000
Химико-лабораторное № 23	120-140	Шлакоситаллы	200-250
Электро колбочное	150-170	Кварцевое стекло	900-1000

Прочность ситаллов, как правило, значительно выше прочности стекла, поэтому термостойкость их при равных значениях ТКЛР имеет более высокое значение.

По сравнению с другими материалами стекло имеет невысокую термостойкость, например, сталь можно многократно нагревать до 1100-1200˚С и опускать в воду, не опасаясь разрушения.

Термостойкость стекла зависит от его химического состава, определяющего тепловое расширение и механические свойства стекла. Все компоненты, уменьшающие ТКЛР, увеличивают его термостойкость. К ним относятся SiO₂, B₂O₃, Al₂O₃, ZnO, MgO и др. понижение термостойкости вызывается теми же причинами, которые ведут к снижению механической прочности стекла. Значительно снижают термостойкость стекла царапины и трещины, имеющиеся на поверхности, а также различные неоднородности и пороки стекла (свили, камни). Термостойкость стекла может быть повышена огневой полировкой его поверхности или травлением стекла плавиковой кислотой. Закалка стекла также может увеличить термостойкость в 1,5-2 раза.

Термостойкость может быть рассчитана по формуле, предложенной Винкельманом и Шоттом:

,

где К – коэффициент термостойкости стекла;

Р – предел прочности при растяжении, МПа;

 – ТКЛР, град^-1;

Е – модуль упругости, МПа;

 – коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К);

с – теплоемкость, кДж/(кг·К);

d – плотность, кг/м³.

Для цилиндрических образцов с толщиной стенок менее 1 мм термостойкость приближённо может быть найдена по формуле:

Толщина стенки стеклянного изделия существенно влияет на термостойкость: чем тоньше изделие, тем выше термостойкость. Эта зависимость выражается следующей формулой:

, (11.1)

где Δt – термостойкость изделия, ˚С

Δt₁ – разность температур, при которой разрушился образец, ˚С

δ – толщина стенки изделия, мм.

Результаты испытаний цилиндрических образцов на термостойкость приводят к диаметру образца, равному 6 мм, по формуле:

, (11.2)

где d – диаметр образца, мм; 0,6 – переводной коэффициент к стандартному образцу с диаметром 6 мм.

Способы определения термостой­кости основаны на резком переохлаждении изделий в виде пластин, штабиков или балочек от заданной высокой тем­пературы до температуры охлаждаю­щего агента, в качестве которого обычно применяют воду. Способы определения термостойкости различаются как аппа­ратурным оснащением, которое зависит от размеров и массы испытуемого объекта и условий испытания, так и выбором параметров, по которым оценивают термическую устойчивость. В качестве таких параметров могут фигурировать: число теплосмен, выдерживаемых материалом без разрушения (при условии, что перепад температур остается постоянным для каждого теплоудара); число теплосмен, которое способно выдержать изделие до фиксированной с

Рис. 11.2. Установка для измерения термостойкости.

1 – устройство для закрепления образца; 2 – электрическая печь;

3 – рычаги; 4 – тяга; 5 – крышка.

тепени разрушения, задаваемой потерей массы (ГОСТ 7875–83); максимальная разность температур, приводящая к локальному разрушению изделий; потеря прочности после одной или нескольких теплосмен.

Для испытания изделий из стекла наиболее широкое распространение получил метод разрушающего термического удара (рис. 1.2)

Прибор для определения термостойкости состоит из трубчатой электрической печи 1, снабжённой приспособлением 2 для установки образца в печи во время его нагревания и последующего сбрасывания в ёмкость с водой 3. Тяга 4 служит для открывания крышки 5 (при сбрасывании образца) закрывающей снизу полость печи.