4-玻璃的力学性能及热学性能解析
高分子材料的力学状态
弹性体：拉伸——放热
回缩——吸热
2.2 高分子材料的力学性能
高弹性的本质
熵弹性 高弹性由熵变引起
拉伸弹性体时外力所做的功 主要转为高分子链构象熵的减小 体系为热力学不稳定状态 去除外力体系回复到初始状态 热力学第一定 律 热力学第二定 律
2.2 高分子材料的力学性能
粘弹性
聚合物最重要的力学性能 之一
晶区起交联点作用。温度，非晶区进入高弹态， 整个材料具有韧性和强度。
结晶度>40%
晶区互相衔接，贯穿成连续相。观察不到明显的
非晶区玻璃化转变现象。
2.1 高分子材料的力学状态
结晶聚合物能否观察到高弹态，取决于聚合物的摩
尔平均质量。
不呈现高弹态
呈现高弹态
图2.2 高结晶度聚合物的热机械曲线
Y N A D B
Breaking point 断裂点
B Y A
plastic deformation 塑性形变
Strain hardening 应变硬化
D A E D A
O
A y
B
图2.4 非晶态聚合物的应力-应变曲线（玻璃态）
2.2 高分子材料的力学性能
2.2 高分子材料的力学性能
2+3
1 2 3
1
图2-6 线形非晶态聚合物 的蠕变及回复曲线
运动单元：分子链 形变特点：不可逆形变
2.2 高分子材料的力学性能
蠕变大小反映了材料尺寸的稳定性和长期负载能力。 提高材料抗蠕变性能的途径:
a. 聚合物玻璃化温度高于室温；
b. 聚合物分子链含有苯环等刚性链； c.交联:可以防止分子间的相对滑移。
玻璃的力学性能及热学性能
1.4.1 玻璃密度与成分的关系 • 不同组成玻璃密度差别很大。
• 一般单组分玻璃的密度最小，添加网络外体密度增大。
• 玻璃中引入R2O和RO氧化物，随离子半径的增大，玻璃密度
增加。
• 同一氧化物配位状态改变，对密度也产生影响。
• B2O3从[BO3]到[BO4]密度增加；
• 中间体从网络内四面体[RO4]转变为网络外八面体[RO6]密度增加；
• 随温度升高比热逐渐增大，在转变温度区域内增长较快。
• 熔融状态下，比热随温度升高逐渐增大。
• 比热与组成的关系
• SiO2、Al2O3 、B2O3 、MgO、Na2O特别是Li2O 能提高玻璃 的比热，含有大量PbO或BaO 的玻璃比热较低，其余氧化 物影响不大。
2.3 玻璃的导热性
• 导热性：物质依靠质点的振动将热能传递至较低温
玻璃的力学性能及热学性能
• 1 玻璃的力学性能
• 1.1玻璃的机械强度 • 1.2 玻璃的弹性 • 1.3 玻璃的硬度和脆性
• 1.4 玻璃的密度
• 2玻璃的热学性能
• 2.1 玻璃的热膨胀系数 • 2.2 玻璃的比热 • 2.3 玻璃的导热性 • 2.4 玻璃的热稳定性
1.1 玻璃的机械强度
1.1.1理论强度与实际强度 • 所谓材料的理论强度，就是从不同理论角度来分析 材料所能承受的最大应力或分离原子（离子或分子 等）所需的最小应力。取决于原子间的相互作用及 热运动。
2.1 玻璃的热膨胀系数
2.1.1玻璃的热膨胀 • 线膨胀系数α 和体膨胀系数β
• α 和β 之间存在近似关系：β =3α • α 的测定比β 简便而精确，通常采用α 讨论玻璃的 热膨胀性质。 • 不同组成玻璃的热膨胀系数在8~150×10-7/℃范围内 变化，非氧化物玻璃甚至超过200×10-7 /℃，微晶玻 璃则可获得零膨胀或负膨胀。 • 硬质玻璃和软质玻璃
(完整版)玻璃物理化学性能计算
二、玻璃的组成对粘度的作用
玻璃成分与玻璃粘度之间存在卓复杂的关系，一般可以从硅氧比、离子的极化、键强、结构对称性以及配位数等方面来说明。现分述于如：
2.1氧硅比
当氧硅比增大（例如熔体中碱含量增大），使大型四面体群分成为小型四面体群，自由体空间随之增大，导致熔体粘度下降，
一些钠钙硅酸盐在1400℃的粘度
在碱硅二元玻璃中，当O/Si比很低时，对粘度其主要作用的是硅氧四面体[SiO4]间的键力。极化力最大的Li+是减弱Si-O-Si键的作用最大，故粘度按Li2O-Na2O-K2O顺序递增。
2.4结构的对称性
在一定的条件下，结构的对称性对粘度有着重要的作用。如果结构不对称就可能在结构中存在缺陷和弱点，因此使粘度下降。
于10%—12%时增加粘度。
（4）PbO、CdO、BiO、SnO2等降低玻璃粘度。
此外，Li2O、ZnO、B2O3等都有增加低温粘度，降低高温粘度的作用。
3、玻璃粘度参考点
在玻璃生产上常用的粘度参考点如下：
（1）应变点：应力能在几小时内消除的温度，大致相当于粘度为 1013.6Pa.s,时的温度。
（2）转变点：相当一粘度为, 1012.4Pa.s时的温度，通常用T表示。
氰化物如Na2SiF6、Na3AlF6，硫酸盐如芒硝，氯化物如NaCl等都能显著地降低玻璃的表面张力，因此，这些化合物的加入，均有利于玻璃的澄清和均化。
表面张力随着温度的升高而降低，二者几乎成直线关系，实际上可认为，当温度提高100℃时表面张力减少1%，然而在表面活性组分及一些游离的氧化物存在的情况下，表面张力能随温度升高而稍微增加。
例如，硅氧键和硼氧键的键强属于同一数量级的，然而石英玻璃的粘度却比硼氧玻璃大的多，这正是由于二者结构的对称程度不同所致。又如磷氧键和硅氧键键强也属于同一数量级的，但是磷氧玻璃的粘度比石英玻璃的小的多。主要磷氧玻璃四面体中又一带双键氧、结构不对称的缘故。
玻璃等效厚度计算公式
玻璃等效厚度计算公式玻璃的等效厚度在很多领域都有着重要的应用，比如建筑设计、汽车制造等等。
那什么是玻璃的等效厚度呢？简单来说，就是把玻璃的复杂结构或者性能用一个等效的单一厚度来表示，方便我们进行计算和设计。
要搞清楚玻璃等效厚度的计算公式，咱们先得了解一下玻璃的特性。
玻璃这东西，看起来挺简单，就是透明的、硬邦邦的，但实际上它的物理性质可不简单。
比如说，它的强度、导热性、隔音效果等等，都和厚度有关系。
我记得有一次去一个建筑工地，看到工人们正在安装玻璃幕墙。
那一块块巨大的玻璃在阳光下闪闪发光，特别好看。
我就好奇地问其中一个师傅，这玻璃的厚度怎么选啊？师傅笑着说，这可大有讲究，不仅要看建筑的高度、风压，还得考虑隔热、隔音的要求。
这让我更加意识到，玻璃的厚度可不是随便定的，得经过精心计算。
那玻璃等效厚度的计算公式到底是啥呢？一般来说，它是基于玻璃的力学性能、热学性能或者声学性能来确定的。
对于力学性能，比如说抗压强度，等效厚度可以通过下面这个公式来计算：Te = (K * t^n) / f ，这里的 Te 就是等效厚度，K 是一个与玻璃材料相关的常数，t 是实际的玻璃厚度，n 是一个指数，f 是所要求的强度值。
再来说说热学性能。
在考虑玻璃的隔热效果时，等效厚度可能会用这样的公式：Te = (λ1 * t1 + λ2 * t2) / λe ，其中λ1、λ2 是不同玻璃层的热导率，t1、t2 是对应的厚度，λe 是等效热导率。
声学性能方面呢，等效厚度的计算可能就更复杂一些啦。
但大致的思路也是类似的，要考虑玻璃的隔音系数、声波频率等等因素。
比如说，在汽车车窗的设计中，为了降低车内噪音，就得精确计算玻璃的等效厚度，以达到最佳的隔音效果。
要是算错了，那开车的时候可就吵得要命啦！总之，玻璃等效厚度的计算公式虽然看起来有点复杂，但只要我们理解了其中的原理，再结合实际的需求，就能准确地算出合适的厚度，让玻璃在各种应用中发挥出最好的性能。
材料物理性能
材料物理性能
测试弹性模数的必要性
材料物理性能
几种材料在常温下的弹性模数
材料物理性能
比弹性模数
定义：指材料的弹性模数与其单位体积质 量的比值。
陶瓷的比弹性模数一般都比金属材料的大。 在金属材料中，大多数金属的比弹性模数 相差不大。
材料物理性能
材料物理性能
2.3 影响弹性模数的因素
材料的弹性模数是构成材料的离子或分子 之间键合强度的主要标志。
材料物理性能
④ 微观结构
金属材料，在合金成分不变的情况下，显 微组织对弹性模数的影响较小，晶粒大小 对弹性模数无影响。
冷加工可以降低金属及合金的弹性模数 （5%以下），只有形成强的织构才有明显 的影响，并出现弹性各项异性。 作为金属材料刚度代表的弹性模数，是一 个组织不敏感的力学性能指标。
材料物理性能
材料物理性能
真应力—真应变曲线
工程设计和材料选用中一般以工程应力、工程应变为依据. 在材料科学研究中，真应力与真应变将具有重要意义.
材料物理性能
第二节 弹性变形及其性能指标
2.1 弹性变形的本质
材料产生弹性变形的本质，概括来说，都是构成 材料的原子（离子）或分子自平衡位置产生可逆 位置的反映。
材料物理性能
第一节 力-伸长曲线和应力-应变曲线
1.1 力—伸长曲线
材料物理性能
应力： P
FN
FN A
----胡克定律
Fl FN l l EA EA
其中：E----弹性模量，单位为Pa;
EA----杆的抗拉（压）刚度。 可得胡克定律 的另一种形式
l 规定线应变 l
玻璃与金属阳极键合界面结构及力学性能
01 摘要
03 实验方法
目录
02 引言 04 参考内容
摘要
摘要
玻璃与金属阳极键合是一种广泛应用于电子、通信、能源等领域的关键技术。 界面结构与力学性能是影响键合质量和稳定性的重要因素。本次演示研究了玻璃 与金属阳极键合界面结构及力学性能，通过实验方法分析了界面结构特征和力学 性能参数及其影响因素。结果表明，优化工艺参数和选择合适的材料可以改善界 面结构和力学性能。本次演示对进一步深入研究玻璃与金属阳极键合技术具有一 定的参考价值。
内容摘要
超声键合界面金属学的基本原理是超声波的传播和振动在金属材料表面产生 相互作用，引发表面层材料的塑性变形、晶格振动、热效应等现象，从而导致材 料表面的结合和键合。其中，超声波的频率、振幅、波形、作用时间等参数对于 超声键合的效果有着重要的影响。
内容摘要
在理论分析方面，本次演示将主要从超声波的传播和振动特征、金属材料的 表面特性和声学参数、超声键合的能量机制等方面进行探讨。首先，超声波的传 播和振动特征包括其波形、频率、振幅等参数，这些参数的变化将直接影响到超 声键合的效果。其次，金属材料的表面特性和声学参数也是影响超声键合的重要 因素，包括表面的粗糙度、氧化程度、硬度等。
内容摘要
在未来的研究中，我们将进一步深入研究不同金属材料之间超声键合的差异 和特点，以及超声波与其他物理场（如磁场、电场）的相互作用和复合效应等问 题，为实际应用提供更为丰富和深入的理论依据和技术支持。
参考内容二
一、超声引线键合点形态
一、超声引线键合点形态
超声引线键合点是指通过超声波振动将金属导线与芯片或基板连接起来的连 接点。超声引线键合点的形态包括圆形、椭圆形、扁平形等，其中圆形是最常见 的形态。
《无机材料物理性能》课后习题答案解析
课后习题《材料物理性能》第一章材料的力学性能1-1一圆杆的直径为2.5 mm 、长度为25cm 并受到4500N 的轴向拉力，若直径拉细至 2.4mm ，且拉伸变形后圆杆的体积不变,求在此拉力下的真应力、真应变、名义应力和名义应变，并比较讨论这些计算结果。
解：由计算结果可知：真应力大于名义应力，真应变小于名义应变。
1-5一陶瓷含体积百分比为95%的Al 2O 3 (E = 380 GPa)和5%的玻璃相(E = 84 GPa)，试计算其上限和下限弹性模量。
若该陶瓷含有5 %的气孔，再估算其上限和下限弹性模量。
解：令E 1=380GPa,E 2=84GPa,V 1=0.95,V 2=0.05。
则有当该陶瓷含有5%的气孔时，将P=0.05代入经验计算公式E=E 0(1-1.9P+0.9P 2)可得，其上、下限弹性模量分别变为331.3 GPa 和293.1 GPa 。
0816.04.25.2ln ln ln 22001====A A l l T ε真应变)(91710909.4450060MPa A F =⨯==-σ名义应力0851.0100=-=∆=A A l l ε名义应变)(99510524.445006MPa A F T =⨯==-σ真应力)(2.36505.08495.03802211GPa V E V E E H =⨯+⨯=+=上限弹性模量)(1.323)8405.038095.0()(112211GPa E V E V E L =+=+=--下限弹性模量1-11一圆柱形Al 2O 3晶体受轴向拉力F ，若其临界抗剪强度τf 为135 MPa,求沿图中所示之方向的滑移系统产生滑移时需要的最小拉力值，并求滑移面的法向应力。
解：1-6试分别画出应力松弛和应变蠕变与时间的关系示意图，并算出t = 0,t = ∞ 和t = τ时的纵坐标表达式。
解：Maxwell 模型可以较好地模拟应力松弛过程：Voigt 模型可以较好地模拟应变蠕变过程：).1()()(0)0()1)(()1()(10//0----==∞=-∞=-=e EEe e Et t t στεσεεεσεττ；；则有：其蠕变曲线方程为：./)0()(;0)();0()0((0)e (t)-t/e στσσσσσστ==∞==则有：：其应力松弛曲线方程为0123450.00.20.40.60.81.0σ(t )/σ(0)t/τ应力松弛曲线0123450.00.20.40.60.81.0ε(t )/ε(∞)t/τ应变蠕变曲线)(112)(1012.160cos /0015.060cos 1017.3)(1017.360cos 53cos 0015.060cos 0015.053cos 82332min 2MPa Pa N F F f =⨯=︒︒⨯⨯=⨯=︒⨯︒⨯=⇒︒⨯︒=πσπτπτ：此拉力下的法向应力为为：系统的剪切强度可表示由题意得图示方向滑移以上两种模型所描述的是最简单的情况，事实上由于材料力学性能的复杂性，我们会用到用多个弹簧和多个黏壶通过串并联组合而成的复杂模型。
各种玻璃配方知识
字体大小：大| 中| 小2007-08-02 14:02 - 阅读：734 - 评论：0第一节概述1．物质的玻璃态自然界中，物质存在着三种聚集状态，即气态，液态和固态。
固态物质又有两种不同的形式存在，即晶体和非晶体（无定形态）。
玻璃态属于无定形态，其机械性质类似于固体，是具有一定透明度的脆性材料，破碎时往往有贝壳状断面。
但从微观结构看，玻璃态物质中的质点呈近程有序，远程无序，因而又有些象液体。
从状态的角度理解，玻璃是一种介于固体和液体之间的聚集状态。
对于“玻璃”的定义，二十世纪四十年代以来曾有过几种不同的表述。
1945年，美国材料试验学会将玻璃定义为“熔化后，冷却到固化状态而没有析晶的无机产物”。
也有将玻璃定义扩展为“物质（包括有机物，无机物）经过熔融，在降温冷却过程中因粘度增加而形成的具有固体机械性质的无定形物体”。
我国的技术词典中把“玻璃态”定义为；从熔体冷却，在室温下还保持熔体结构的固体物质状态。
其实，在上世纪八十年代，有人提出上述定义‘是多余的限制’。
因为，无机物可以形成玻璃，有机物也可以形成玻璃，显然早期的表述并不合适。
另外，经过熔融可以形成玻璃，不经过熔融也可以形成玻璃，例如，经过气相沉积，溅射可得到非晶态材料，采用溶胶-凝胶法也可以得到非晶态材料，可见后期的表述也并不妥当。
现代科学技术的发展已使玻璃的含义有了很大的扩展。
因此，有人把具有下述四个通性的物质不论其化学性质如，均称为玻璃。
这四个通性是；（1）各相同性。
玻璃的物理性质，如热膨胀系数，导热系数，导电性，折射率等在各个向都是一致的。
表明物质部质点的随机分布和宏观的均匀状态。
（2）介稳性。
熔体冷却成玻璃体时并没有处于能量最低的状态，仍然有自发转变为晶体的倾向，因而，从热力学的观点看，处于介稳状态。
但常温下玻璃的粘度非常大，自发转变为晶体的速度非常慢，所以，从动力学的观点看，它又是非常稳定的。
（3）固态和熔融态间转化的渐变性和可逆性。
玻璃产品的技术性能参数及设计
玻璃产品的技术性能参数及设计玻璃抗风压及地震力设计（引自《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003） <一> 有框玻璃幕墙玻璃设计a) 有框玻璃幕墙单片玻璃的厚度不应小于6mm ，夹层玻璃的单片厚度不宜小于5mm ；夹层玻璃和中空玻璃的单片玻璃厚度相差不宜大于3mm 。
b) 单片玻璃在垂直于玻璃幕墙平面的风荷载和地震力作用下，玻璃截面最大应力应符合下列规定： i. 最大应力标准值可按照下列公式计算：1.ησ226t a mw k wk=2.ησ226ta mq EK EK= 3. 44Et a w k =θ或44)6.0(Eta q w EK k +=θ表2：折减系数ηc) 单片玻璃的刚度和跨中挠度应符合以下规定：1. 单片玻璃的刚度D ，按照：)1(1223v Et D -=计算。
2. 玻璃跨中挠度u 可按照下式计算：ημDa w u k 4=四边支撑板的挠度系数：3. 在风荷载标准值作用下，四边支撑玻璃的最大挠度u 不宜大于其短边尺寸的1/60d ） 夹层玻璃可按照下列规定进行计算：1. 作用于夹层玻璃上的风荷载和地震作用可按下列公式分配到两片玻璃上：3231311t t t w w kk +=（1）3231322t t t w w kk +=（2）3231311t t t q q Ek EK +=（3）3231322t t t q q EkEK +=（4）2. 两片玻璃可各自按照第1，2条的规定分别进行单片玻璃的应力计算；3. 夹层玻璃的挠度可按照第1，3条的规定进行计算，但在计算刚度D 时，应采用等效厚度t et e 可按照下式计算：32313t t t e +=（5）其中：t 1,t 2分别为各单片玻璃的厚度（mm ）e) 中空玻璃可按照下列规定进行计算1． 作用于中空玻璃上的风荷载标准值可按下列公式分配到两片玻璃上：i. 直接承受风荷载作用的单片玻璃：32313111.1t t t W W k k +=（1.5-1）ii.不直接承受风荷载作用的单片玻璃：32313221.1t t t W W k k +=（1.5-2）2. 作用于中空玻璃上的地震作用标准值，可根据各单片玻璃的自重计算。
4-玻璃的力学性能及热学性能解析
College of Chemistry & Materials Science
机械强度用玻璃所能承受的最大应力表示。 1 理论强度与实际强度（掌握） 理论强度：从不同理论角度来分析玻璃所能 承受的最大应力。
奥鲁凡（Orowan)假设
th xE
弹性模量
理论强度
《无机非金属材料》-玻璃工艺学“玻璃的力学性能及热学性能”
College of Chemistry & Materials Science
th 10
原因
10
1.5 10 Pa
10
玻璃的脆性、玻璃表面微裂纹、玻璃内 部不均匀区及缺陷造成应力集中。 表面微裂纹急剧扩展。
据测定1mm2玻璃表面上约有300个微裂纹，深约5 微米，宽0.01～0.02微米，光学显微镜分不出来。
l2 l1 l t 2 t1 t l1 l1
（1/℃）
通常用室温～300℃（或400℃）的平均线膨 胀系数表示玻璃的热膨胀系数。
《无机非金属材料》-玻璃工艺学“玻璃的力学性能及热学性能”
College of Chemistry & Materials Science
2 热膨胀系数与成分的关系 能增强网络结构，则α↓;使网络断裂者，则α↑ R2O与RO主要是断网作用，积聚作用是次要的， 当引入时，一般使α↑，同一主族的阳离子随原子半 径增大，则α↓ 高价阳离子(Zr4+、La3+)积聚作用是主要的，则α↓ 网络形成体， α↓，对于网络中间体，在游离氧足 够的条件下也能α↓
《无机非金属材料》-玻璃工艺学“玻璃的力学性能及热学性能”
College of Chemistry & Materials Science
材料物理性能习题解答
2-7 证明固体材料的热膨胀系数不因为含均匀分散的气孔而改变。
2-8 在一维双原子的点阵中： （1）若求证存在关系？ （2）证明在L=，声频支中所有轻原子静止，而光频支中所有重原子 静止，并画出此时原子的振动图像。 （3）若，请证明此时只有声频支而无光频支。
Voigt模型可以较好地模拟应变蠕变过程：
以上两种模型所描述的是最简单的情况，事实上由于材料力学性能的复杂性，我们会用到 用多个弹簧和多个黏壶通过串并联组合而成的复杂模型。如采用四元件模型来表示线性高聚物 的蠕变过程等。
1-7试述温度和外力作用频率对聚合物力学损耗角正切的影响并画出相 应的温度谱和频率谱。
解:
3-3 有一材料的吸收系数α=0.32cm-1，透明光强分别为入射的10%， 20%，50%及80%时，材料的厚度各为多少？
解:
3-4一玻璃对水银灯蓝、绿谱线λ=4358A和5461A的折射率分别为1.6525 和1.6245，用此数据定出柯西Cauchy近似经验公式的常数A和B，然后计 算对钠黄线λ=5893A的折射率n及色散率dn/dλ值。
2-9 试计算一条合成刚玉晶体Al2O3棒在1K的热导率，它的分子量为
102，直径为3mm，声速500m/s，密度为4000kg/m3，德拜温度为 1000K。
2-10 一样品在300K的热导率为320J/（m2.s.K）,电阻率为10-2,求,其电子 热导热的比值.(Loremtz常量L=2.45*10-8(V/K)2
3 材料的光学性能
第五章 玻璃的力学性能及热学性能
第5章玻璃的力学性能及热学性能1、为什么玻璃的实际强度较理论强度低？由于玻璃的脆性、玻璃中存在有微裂纹（尤其是表面微裂纹）和内部不均匀区及缺陷的存在造成应力集中所引起的（由于玻璃受到应力作用时不会产生流动，表面上的微裂纹便急剧扩展，并且应力集中，以致破裂）。
其中表面微裂纹对玻璃强度的影响尤为重要。
2、影响玻璃强度的主要因素有哪些？影响玻璃强度的主要因素有：化学键强度、表面微裂纹、微不均匀性、结构缺陷和外界条件如温度、活性介质、疲劳等。
3、增强玻璃强度的方法有哪些？①物理钢化（淬火）使玻璃表面产生均匀分布的压应力层。
②化学钢化r大离子取代r小离子③贴层玻璃在玻璃表面贴一层α低的物质（陶瓷釉）④火抛光使玻璃表面伤痕、裂纹弥合。
⑤覆盖硅有机化合物放入氯硅烷（SiCl4）溶液中，通过水解在玻璃表面形成SiO2膜。
使微裂纹弥合，形成压应力层。
4、如何利用密度控制玻璃生产的工艺过程？密度取决于原子质量、堆积密度等。
（1）组成（2）温度（3）热历史（4）压力（1）组成* r较小的M离子填充网络，使d增大。
而r大的（K+、Ba2+）使d减小。
* 配位数B3+为[BO4],中间体氧化物为[IO6]时密度增大。
（硼反常，铝反常）（2）温度T↑d↓（3）热历史* 淬火玻璃比退火玻璃密度小。
* 玻璃析晶后密度增大（析晶是有序化过程）（4）压力* 加压方法不同的加压方法对密度的变化不同。
* 组成不同随压力变化不同。
含M较多的玻璃变化较小，因其结构空隙已被填充5、何谓玻璃的弹性模量？何谓玻璃的脆性？弹性模量是表征材料应力与应变关系的物理量，表示材料对形变的抵抗力，用E表示。
玻璃的脆性是指当负荷超过玻璃的极限强度时，不产生明显的塑性形变而立即破裂的性质。
6、玻璃硬度的表示方法有哪些？玻璃硬度的表示方法有：莫氏硬度（划痕法）、显微硬度（压痕法）、研磨硬度（磨损法）和刻化硬度（刻痕法）等。
7、影响玻璃的热膨胀系数变化的主要因素有哪些？玻璃的热膨胀系数在很大程度上取决于玻璃的化学成分，温度，此外还与玻璃的热历史有关。
浅谈二苯甲烷双马来酰亚胺二元芳香胺环氧固化体系的力学性能及热学性能
浅谈二苯甲烷双马来酰亚胺二元芳香胺环氧固化体系的力学性能及热学性能摘要：以4，4'-亚甲基-双（2-氯苯胺）（MOCA）和二苯甲烷双马来酰亚胺（BDM）为原料，通过Michael加成制得环氧树脂（E-44）固化剂BDM-MOCA，探讨了BDM-MOCA对BDM-MOCA/MOCA/E-44固化体系力学性能、热稳定性、动态热力学性能以及阻燃性能的影响。
结果表明，固化体系的力学性能随BDM-MOCA量的增加先增加后减小；体系起始分解温度和T5%分解温度随BDM-MOCA用量的增加均有所下降；玻璃态的贮能模量随BDM-MOCA用量增加逐渐增大，同时，玻璃化转变温度（T真）则逐渐减小；阻燃性能随BDM-MOCA用量增加而提高。
关键词：BDM；MOCA；力爭性能；热学性能本研究在MOCA中引入二苯甲烷双马来酰亚胺（BDM）中的双马来酰亚胺刚性基团，通过Michael加成反应合成固化剂BDM-MOCA，将BDM-MOCA和MOCA按照不同配比组成混合固化剂固化E-44，并对固化体系进行了力学性能和热学性能等方面的研究。
1实验部分1.1实验原料环氧树脂E-44，工业级，岳阳石化股份有限公司；二苯甲烷双马来酰亚胺（BDM），分析级，上海笛柏化学品技术有限公司；4，4'-亚甲基-双（2-氯苯胺）（MOCA），分析级，山东佰仟化工有限公司。
1，2-二氯乙烷、三乙胺、无水乙醇，分析级，国药集团化学试剂有限公司。
1.2仪器与设备TGA2型热重差热分析仪（TG），瑞士梅特勒一托利多公司；Inston 3360型万能材料试验机，美国因斯特朗公司；ZR-01型氧指数测定仪，青岛山纺仪器有限公司；Q800型动态力学热分析仪，美国TA公司；OJN-9302型塑料水平垂直燃烧试验机，深圳市欧杰诺科技有限公司；GT-7045型悬臂梁冲击测试机，高铁检测仪器（东莞）公司。
1.3BDM-MOCA的合成及其E-44固化体系的制备将一定量的MOCA溶于二氯乙烷中并在65℃下搅拌溶解，然后通过恒压滴液漏斗加入一定量的BDM二氯乙烷溶液，同时分3次加入催化剂三乙胺，滴加完之后保温3h。
玻璃的粘度,表面性质,力学和热学性质
C 玻璃的硬度主要取决于化学组成和结构，还与温度和 D 热处理历史有关。对玻璃冷加工影响非常大。 S
抗冲击强度
测量方法：落球法，压痕破坏法
5.1.4
玻璃的密度
密度主要取决于构成玻璃原子的质量， 也与原子的堆积紧密程度及配位数有关。
网络形成体
体积： [BO4]<[SiO4]<[AlO4]
影响热导率因素：
玻璃内部的导热包括：热传导，热辐射
低温时，热传导占主要地位，其大小主要取决 于玻璃的化学组成：键强越大，热传导性能越 好
高温时，热辐射占主要地位，温度越高，传导 性能越高。玻璃的颜色越深，导热性越差。
5.2.4
玻璃的热稳定性
玻璃经受剧烈的温度变化而不破坏的性能。
P K E cd
第4章
玻璃的粘度和表面性质
4.1
玻璃的粘度
定义 粘度是指面积为S的两平行液面，以一定的速 度梯度dV/dx移动时所需克服的内摩擦阻力f。 f=ηS dV
dx
粘度在玻璃生产过程中的作用
在熔制过程中，原料的溶解、气泡的排除、各组分的扩散均化
影响粘度的因素：化学组成、温度、热处理时间 在成形过程中，不同的成型方法与成形速度要求不同的粘度和料性
4.1.3
粘度与组成的关系
有利于形成大阴离子基团的组成使粘度增大（SiO2、 Al2O3、ZrO2等）
提供游离氧，破坏网络结构的，则使粘度减小；场 氧硅比较大，意味着大型的[SO4] 强较大的可能产生复杂的作用：高温降粘，低温增 群分解为小型[SO4]群，粘滞活化能降 粘 氧硅比 键强、离子的极化（R2O－SiO2） 结构的对称性（B2O3、P2O5、SiO2） 配位数（B2O3、Al2O3） 总体来说，键强大，则粘度大
玻璃制造的应变与弹性模量分析
影响因素：温度、压力、 时间等对应变与弹性模量
的关系有影响
应变与弹性模量是玻 璃制造过程中重要的 参数，直接影响玻璃
的性能和品质。
应变与弹性模量的测量和 计算方法对玻璃制造工艺 的优化具有重要意义，可 以帮助制造商提高生产效
率和产品质量。
通过控制应变与弹性模量， 可以调整玻璃的强度、硬 度、透明度等性能，以满 足不同应用场景的需求。
应变优化的目标 ：提高玻璃制品 的强度、硬度和 韧性
应变优化的策略 ：通过调整制造 工艺参数和材料 成分，实现应变 的优化控制
弹性模量：材料在应力作用下的应 变与应力的比值，反映了材料的刚 性程度
影响因素：材料的成分、结构、温 度、湿度等
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
测量方法：可以通过拉伸试验、压 缩试验、剪切试验等方法进行测量
应变对玻璃强度 的影响：应变越 大，玻璃强度越 高
应变对玻璃硬度 的影响：应变越 大，玻璃硬度越 高
应变对玻璃韧性 的影响：应变越 大，玻璃韧性越 高
应变对玻璃光学 性能的影响：应 变越大，玻璃光 学性能越好
应变控制的重要 性：保证玻璃制 品的质量和性能
应变控制的方法： 采用先进的制造 工艺和设备，如 热处理、冷加工 等
汇报人：
应变的概念：物 体在外力作用下 产生的形状和尺 寸变化
应变的类型：线 性应变、剪切应 变、体积应变等
应变的测量方法 ：光学法、电测 法、超声波法等
应变的影响因素 ：温度、湿度、 加载速率等
玻璃制造过程中，由于温度变化、 压力变化、剪切力作用等因素，会 导致玻璃产生应变。
应变的产生会影响玻璃的力学性能、 光学性能和热学性能等，因此需要 对应变进行精确分析和控制。
《玻璃工艺学》课程教学大纲
《玻璃工艺学》课程教学大纲一、课程基本情况课程代码：1011339008课程名称（中/英文）：玻璃工艺学/Glass Technology课程类别：专业方向特色课程学分：2总学时：32理论学时：32实验/实践学时：0适用专业：无机非金属材料工程适用对象：本科先修课程：工程化学、物理化学、材料科学基础、材料工程基础等教学环境：线下或混合式教学开课学院：材料科学与工程学院二、课程简介1.课程任务与目的《玻璃工艺学》为无机非金属材料工程专业的一门专业方向特色课程，通过本课程的学习，使学生了解玻璃的种类，结构特点、基本性能，掌握玻璃的组成-结构-性能三者之间的关系，并能运用基础理论知识分析解决玻璃生产中出现的实际问题，培养学生理论联系实际,分析和解决玻璃生产工艺问题的能力。
在本课程介绍新技术环节，了解玻璃在各个领域应用现状和发展趋势，加入中国改革开放以来玻璃工艺生产技术的进展及突出成果，激发学生道路自信，投入玻璃及相关领域建功立业的热情。
2.对接培养的岗位能力通过本课程的学习，使学生掌握玻璃的基本工艺原理，玻璃工艺前沿知识，以及玻璃生产工艺专业知识，达到理论联系实际解决生产中工艺问题的能力，具备能够综合运用无机非金属材料基础理论与专业知识和技能解决在玻璃材料组成、结构和性能改进方面的能力；能够综合分析玻璃生产工艺过程存在的问题及产生原因。
三、课程教学目标本课程教学目标对应于毕业生的毕业要求1、4、7，具体内容如下：教学目标1：掌握玻璃的概念、分类及通性，玻璃结构重点学说，掌握玻璃结构与熔体结构的关系，常用的单元系统玻璃与多元系统玻璃的结构特征及玻璃的性能，使学生具备能应用学过的理论知识分析实际工程中玻璃的组成、结构、性能的关系相关的问题的能力。
支撑毕业要求的指标点1.3。
教学目标2：学习玻璃基础理论，掌握玻璃的组成-结构-制备方法-形成规律-性能之间的关系，能应用相关理论基础知识分析玻璃材料结构与物料性能间的关系，比较和综合材料生产和服役过程中复杂工程问题的解决方案。
玻璃杨氏模量
玻璃杨氏模量
玻璃是一种常见的无机非晶态固体材料，具有许多优良的性质，如透明、硬度高、抗化学腐蚀等。
在工业和生活中有着广泛的应用，而玻璃的性能很大程度上取决于其杨氏模量。
杨氏模量是描述材料弹性性质的重要参数之一，通常用符号E表示。
对于玻璃这样的非晶态材料，其杨氏模量是指在受力时单位面积内应变与应力之间的比值。
简单来说，杨氏模量越大，材料的刚度就越高，抗弯抗压性能也就越好。
玻璃的杨氏模量通常在50-90 GPa之间，不同类型的玻璃具有不同的杨氏模量。
例如，硅酸盐玻璃的杨氏模量约为70-90 GPa，而硼硅酸盐玻璃的杨氏模量则在60-70 GPa左右。
玻璃的杨氏模量受到其成分、结构以及制备工艺等因素的影响。
在实际应用中，了解玻璃的杨氏模量对于设计和工程选择具有重要意义。
比如，在建筑领域中，需要考虑玻璃幕墙的抗风性能，而玻璃的杨氏模量就是一个关键参数。
另外，在光学器件中，玻璃的变形和热变形特性也需要通过杨氏模量来进行评估。
玻璃的杨氏模量还与其制备工艺密切相关。
通过改变玻璃的成分比例、添加助剂或者采用特殊的工艺方法，可以调控玻璃的杨氏模量，从而满足不同的工程需求。
总的来说，玻璃的杨氏模量是其重要的物理性质之一，直接影响着
玻璃的力学性能和工程应用。
通过深入研究玻璃的杨氏模量，可以更好地理解玻璃材料的性质，为其在各个领域的应用提供更多的可能性。
希望未来能够有更多关于玻璃杨氏模量的研究，为玻璃材料的发展和创新提供更多的支持和帮助。
高分子物理----高分子的热学性能
四、影响玻璃化转变温度的因素
Cl
[ CH2
T / oC:
CH ] Cl 87
n
[ CH2
C Cl -17
]n
F
[ CH2
T / oC:
CH ] F 40
n
[ CH2
C F度的因素
（3）分子间作用力（极性、氢键 、离子键）
a．极性
侧基的极性越强，分子间作用力越大，柔性越 差，Tg越高。
[ CH2
CH ] R CH3 R: H CH3 -20 CH2CHCH3 29 100 138
n
T / oC: -68
[ CH2
CH ]
n CH3 CH3 C CH3 CH3 43
COOR R: T / oC: CH2CH2CH3 -56 CH2CHCH3 -22
四、影响玻璃化转变温度的因素
b．侧基柔性
难易程度。
二、聚合物的力学状态与热转变
c. 脆化温度 （Tb） 在玻璃态，高聚物虽然很硬，但并不脆，因而可以
作为塑料被广泛使用，但当温度进一步降低，达到一定
的温度时，在外力作用下，高聚物大分子发生断裂，这
个温度称为脆化温度，是高分子所有性能的终止点。
二、聚合物的力学状态与热转变
d. 分解温度 （Td） 分解温度是高聚物开始发生交联、降解等化学变 化的温度。在加工时不能超越这一温度。
玻璃化温度是指聚合物从玻璃态向高弹态转变的 温度，也是链段开始运动或被冻结的温度。
关于玻璃化温度的测试方法比较多，但大致可分
成下面四类方法。
三、聚合物的玻璃化转变
1. 利用体积的变化的方法 常采用膨胀计来测试。 2. 利用热力学性质变化的方法 ① 差热分析（DTA） ② 差示扫描量热仪（DSC）
高分子科学基础-高分子材料力学性能
么么么么方面
• Sds绝对是假的
2.橡胶弹性的热力学分析
长度lo的试样，等温时受外力 f 拉伸，伸长 dl dU = dQ－dW
拉伸中体积变化所做的功 PdV
dW
PdV－fdl
拉伸中形状变化所做的功－fdl
又 dQ=TdS, ∴ dU = TdS + fdl －PdV
橡胶在拉伸中体积不变, dV=0; ∴ dU = TdS + fdl
弱
脆 断裂强度高低;
韧
断裂伸长大小
类型 形变产生 屈服现象 σ ε
实例
软而弱
易
有
低中
凝胶，低分子量树脂
软而韧
易
有
中大
橡胶，软PVC，LDPE
硬而脆
难
无
中小
PS，PMMA
硬而强
难
有
高中
硬PVC
10
硬而韧
难
有
高大
尼龙，PC
3.影响聚合物实际强度的因素
①高分子的化学结构
——增加极性或产生氢键，强度↑
PE < PVC < 尼龙66
力变化一个相位角δ
ε(t)=ε0 sinωt
σ(t)=σ0 sin(ωt+δ)
σ(t)=σ0 sinωtcosδ+σ0 cosωtsinδ
与应变同相位，幅值为σ0cosδ，是弹性形变的动力
与应变相差90o，幅值为σ0sinδ，消耗于克服摩擦阻力
E’=(σ0 /ε0 ) cosδ E”=(σ0 /ε0 ) sinδ
§2 高分子的力学性能
研究目的：
•求得高分子各种力学性能的宏观描述和测试合理化，以作为高分
玻璃的力学性能
第5章玻璃的机械性能及热学性能5.1玻璃的机械性能玻璃的机械性能主要包括：玻璃的机械强度、玻璃的弹性、玻璃的硬度和脆性以及玻璃的密度等。
对玻璃的使用有着非常重要的作用。
5.1.1玻璃的机械强度玻璃是一种脆性材料，它的机械强度可用耐压、抗折、抗张、抗冲击强度等指标表示。
玻璃之所以得到广泛应用，原因之一就是它的耐压强度高，硬度也高。
由于它的抗折和抗张强度不高，并且脆性较大，使得玻璃的应用受到一定的限制。
为了改善玻璃的这些性能，可采用退火、钢化（淬火）、表面处理与涂层、微晶化、与其它材料制成复合材料等方法。
这些方法中有的可使玻璃抗折强度成倍甚至十几倍的增加。
玻璃的强度与组成、表面和内部状态、环境温度、样品的几何形状、热处理条件等因素有关。
5.1.1.1理论强度与实际强度所谓材料的理论强度，就是从不同理论角度来分析材料所能承受的最大应力或分离原子（离子或分子等）所需的最小应力。
其值决定于原子间的相互作用及热运动。
玻璃的理论强度可通过不同的方法进行计算，其值大约为1010～1.5×1010Pa 。
由于晶体和无定形物质结构的复杂性，物质的理论强度可近似的按E x th •=σ计算。
E 为弹性模量，x 为与物质结构和键型有关的常数，一般为x =0.1～0.2。
按此式计算，石英玻璃的理论强度为1.2×1010Pa 。
表5-1列出一些材料的弹性模量、理论强度与实际强度的数据。
表5-1不同材料的弹性模量、理论强度与实际强度材料名称键型弹性模量E/Pa系数x 理论强度/Pa 实际强度/Pa 石英玻璃纤维玻璃纤维块状玻璃氯化钠有机玻璃钢离子—共价键离子—共价键离子—共价键离子键共价键金属键12.4×10107.2×10107.2×10104.0×10100.4～0.6×101020×10100.10.10.10.060.10.151.24×10100.72×10100.72×10100.24×10100.04～0.06×10103.0×10101.05×10100.2～0.3×10108～15×1070.44×10710～15×1070.1～0.2×1010由表5-1可看出，块状玻璃的实际强度比理论强度低得多，与理论强度相差2～3个数量级。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
《无机非金属材料》-玻璃工艺学“玻璃的力学性能及热学性能”
College of Chemistry & Materials Science
玻璃的弹性模量可用加和法则进行近似计算。
3 弹性模量与热处理的关系 退火玻璃的弹性模量大于淬火玻璃（因退火玻璃 的密度大，结构牢固）。 4 弹性模量与温度的关系 大多数硅酸盐玻璃的弹性模量随温度的上升而 下降（因离子间距增大，相互作用力降低；高 温时质点热运动动能增大）。
《无机非金属材料》-玻璃工艺学“玻璃的力学性能及热学性能”
College of Chemistry & Materials Science
常见的氧化物对弹性模量的提高顺序是： CaO > MgO > BaO>Fe2O3>Al2O3>BaO>ZnO>PbO 同一氧化物处于高配位时，其弹性模量要比低配位 时大。玻璃中引入离子半径小的极化能力强的离子 （Li+，Be2+，Mg2+，Al3＋等）则提高弹性模量。 在钠硼硅玻璃中，有硼反常现象。铝硼硅酸盐 玻璃中，有硼铝反常现象。 Na2O或K2O↓弹性模量，PbO不起作用。
《无机非金属材料》-玻璃工艺学“玻璃的力学性能及热学性能”
College of Chemistry & Materials Science
裂纹扩展速度
0.4
0.6
E
弹性模量
密度
3 影响强度的主要因素（掌握） 1）化学键与化学组成 玻璃的键强包括各种键的强度及数目。 键强大，机械强度好。 结构网络紧密，强度好。
《无机非金属材料》-玻璃工艺学“玻璃的力学性能及热学性能”
College of Chemistry & Materials Science
College of Chemistry & Materials Science
th 10
原因
10
1.5 10 Pa
10
玻璃的脆性、玻璃表面微裂纹、玻璃内 部不均匀区及缺陷造成应力集中。 表面微裂纹急剧扩展。
据测定1mm2玻璃表面上约有300个微裂纹，深约5 微米，宽0.01～0.02微米，光学显微镜分不出来。
《无机非金属材料》-玻璃工艺学“玻璃的力学性能及热学性能”
College of Chemistry & Materials Science
2 玻璃材料的缺陷及其裂纹的扩展（熟悉）
裂纹源形成：玻璃由于内部缺陷、表面反应、表面损 伤等影响，在其内部和表面形成了各种 缺陷 裂纹源。
裂纹扩展
在裂纹的尖端处存在着应力集中 裂纹扩展的动stry & Materials Science
1 理论强度与实际强度（掌握） 2 玻璃材料的缺陷及其裂纹的扩展（熟悉）
3 影响强度的主要因素（掌握） 耐压 抗折 抗张 抗冲击
玻璃的机械强度
玻璃的机械强度特点：硬度高、耐压、抗折 抗张不高、脆性大。
《无机非金属材料》-玻璃工艺学“玻璃的力学性能及热学性能”
College of Chemistry & Materials Science
第4章 玻璃的力学性能及热学性能
4.1 玻璃的力学性质
4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.1.1 玻璃的机械强度（掌握） 玻璃的弹性（熟悉） 玻璃的硬度和脆性（熟悉） 玻璃的机械强度（掌握）
《无机非金属材料》-玻璃工艺学“玻璃的力学性能及热学性能”
《无机非金属材料》-玻璃工艺学“玻璃的力学性能及热学性能”
College of Chemistry & Materials Science
6）应力
玻璃的残余应力，在多数情况下分布不均匀， 将导致其强度大大下降。 4.1.2 玻璃的弹性（熟悉）
1
概念
弹性：材料在外力作用下发生变形，当外力去 掉后恢复原来形状的性质。
《无机非金属材料》-玻璃工艺学“玻璃的力学性能及热学性能”
College of Chemistry & Materials Science
塑性：材料在外力作用下发生变形，如外力去掉 后仍停留在完全或部分变形状态。
应力
玻璃的弹性 2
弹性模量E E
相对的纵 向变形
弹性模量与成分的关系 与组成、结构、键强之间的关系与强度类似。 结构紧密，弹性模量高。
《无机非金属材料》-玻璃工艺学“玻璃的力学性能及热学性能”
College of Chemistry & Materials Science
4）活性介质 作用 渗入裂纹，象楔子一样使裂纹扩展 起化学作用，使结构破坏 水、酸、碱、某些盐类 5）温度 低温时，温度升高，强度下降（裂纹端部分子的热 运动起伏现象增加，积聚能量使键断裂）200℃时， 强度为最低。 高温时，强度增加（产生塑性变性，抵消部分应力）
《无机非金属材料》-玻璃工艺学“玻璃的力学性能及热学性能”
College of Chemistry & Materials Science
一般情况下，CaO、BaO、B2O3(15%)、Al2O3、 ZnO能加强网络结构，对强度有提高作用。 MgO、Fe2O3对强度作用不大。 常见的氧化物对抗张强度的提高作用是： CaO > B2O3 > BaO > Al2O3 > PbO > K2O > Na2O > (MgO、Fe2O3) 常见的氧化物对耐压强度的提高作用是： Al2O3>SiO2,(MgO,ZnO)＞B2O3>Fe2O3 >(PbO,CaO )
《无机非金属材料》-玻璃工艺学“玻璃的力学性能及热学性能”
College of Chemistry & Materials Science
2）微不均匀性 玻璃中都存在着微相和微不均匀结构，相邻两 相间成分不同且结合力弱，膨胀系数不一样，易 产生应力，强度下降。 3）宏观和微观缺陷 缺陷处应力集中，导致裂纹产生与扩展。
College of Chemistry & Materials Science
机械强度用玻璃所能承受的最大应力表示。 1 理论强度与实际强度（掌握） 理论强度：从不同理论角度来分析玻璃所能 承受的最大应力。
奥鲁凡（Orowan)假设
th xE
弹性模量
理论强度
《无机非金属材料》-玻璃工艺学“玻璃的力学性能及热学性能”