HANDOUT Vorlesung: Glas-Grundlagen

Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
an der Universität des Saarlandes
HANDOUT
Vorlesung:
Glas-Grundlagen
Mechanische Eigenschaften
02.06.2016
Leitsatz:
"Die große Schwankungsbreite der erreichten mechanischen Festigkeitswerte von Glas ließ schon sehr frühzeitig die berechtigte Frage nach
der theoretisch überhaupt möglichen Festigkeit aufkommen. [...]
Im allgemeinen liegt die effektive Festigkeit der Gläser bei etwa 50 MPa
[...]. Geht man jedoch bei Festigkeitsmessungen an Gläsern auf kleinere
Abmessungen der Prüfkörper über [...], dann stellt man nach Stockdale,
Tooley und Ying eine Festigkeit von etwa 690 MPa fest. Sie steigt weiter
auf den abnorm hohen Wert von etwa 3330 MPa an, wenn man schließlich dünne Glasfasern eines Durchmessers von etwa 3 µm untersucht."
W. Vogel, Glaschemie, S. 411
Vorlesung Glas-Grundlagen, SS 2016, PD Dr.-Ing. Guido Falk
Glas-Grundlagen
„Mechanische Eigenschaften“
Ziele
Festigkeitsverhalten von Gläsern phänomenologisch beschreiben können sowie wichtige Einflussgrößen und Messmethoden
zur Quantifizierung des Festigkeitsverhaltens von Gläsern
bruchmechanisch und technologisch ableiten können.
ð Bruchmechanische Kenngrößen quantifizieren können
ð Mikrostrukturelle Einflussgrößen ableiten können
ð Spannungszustände messtechnisch erfassen können
ð Härte von Gläsern technologisch begründen können
Inhalte
Begriffe und Definitionen
Bezeichnung mechanischer Kenngrößen
Festigkeit
Theoretische und effektive Festigkeit von Glas
Mechanische Spannungen im Glas
Doppelbrechung und spannungsoptische Koeffizienten
Härte
Mikrohärte, Schleifhärte, Messmethoden
Vorlesung Glas-Grundlagen, SS 2016, PD Dr.-Ing. Guido Falk
Lerntafel 1
Spannungs-Dehnungs-Diagramm und Bezeichnungen mechanischer Kenngrößen
Vergleich der Zugfestigkeiten und der E-Moduli von Werkstoffen
Vorlesung Glas-Grundlagen, SS 2016, PD Dr.-Ing. Guido Falk
Bemessungs-Spannungs-Dehnungs-Diagramme verschiedener Werkstoffe,
nach G. Neroth, D. Vollenschaar (Hrsg.), Wendehorst Baustoffkunde:
Grundlagen – Baustoff – Oberflächenschutz, 2. Aufl., Vieweg+Teubner Verlag, 2011, ISBN-978-3-8351-0225-5
Spannungs-Dehnungs-Verhalten einiger Werkstoffe (Auswahl)
Viskoelastisches Materialverhalten (schematisch)
Vorlesung Glas-Grundlagen, SS 2016, PD Dr.-Ing. Guido Falk
Lerntafel 2
Festigkeit von Glas mit bruchverursachenden Risstypen nach G. Neroth, D.
Vollenschaar et al.
Verknüpfung von Spannungen und Dehnungen durch 3x3-Matrix
Rissöffnungsarten und zugehörige Spannungen
Vorlesung Glas-Grundlagen, SS 2016, PD Dr.-Ing. Guido Falk
Vergleich der Bruchzähigkeiten von Werkstoffen
Schematische Betrachtung:
Spannungsintensitätsfaktor K IC und Bauteilversagen
Bruchfläche einer Flachglasplatte mit Bruchspiegel, feiner und grober Rauheit, sowie Bruchgabelung nach Kerkhof
Vorlesung Glas-Grundlagen, SS 2016, PD Dr.-Ing. Guido Falk
K IC und K IO in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen nach G.
Neroth, D. Vollenschaar et al.
Empirische Formel zur Berechnung der Risswachstumsgeschwindigkeit in
Gläsern und Materialkonstanten S,n.
Rissausbreitungsgeschwindigkeiten, qualitative Darstellung
Festigkeitsänderungen als Funktion der Zusammensetzung
Vorlesung Glas-Grundlagen, SS 2016, PD Dr.-Ing. Guido Falk
A0: unbehandelt
A1: Oberfläche grob beschädigt (P 80), unbeschichtet, thermisch behandelt
A2: Oberfläche fein beschädigt (P 180), unbeschichtet, thermisch unbehandelt
A3: Oberfläche fein beschädigt (P 180), unbeschichtet, thermisch behandelt
B1: Oberfläche fein beschädigt (P 180), beschichtet (ca. 20 µm), thermisch behandelt
B2: Oberfläche nicht beschädigt, beschichtet
(ca. 20 µm), thermisch behandelt
Weibull-Festigkeiten einiger technischer Gläser als Funktion der Beschädigung, Beschichtung und thermischen Behandlung, nach Clasen
Lerntafel 3
Spannungspolarisation (Doppelbrechung) im Glas: positive und negative
Indikatrix
Optische Indikatrix und Doppelbrechung (schematisch) am Beispiel dreiachsiger Ellipsoid
Vorlesung Glas-Grundlagen, SS 2016, PD Dr.-Ing. Guido Falk
Lerntafel 4
Vergleich der Methoden der Härtemessung
Härteskala nach Mohs
Härteprüfverfahren (Vergleich)
Vorlesung Glas-Grundlagen, SS 2016, PD Dr.-Ing. Guido Falk