[發明專利]用于標識機械負載的玻璃構件或玻璃陶瓷構件的斷裂穩定性的方法

有效

• 申請號: 201310206652.6
• 申請日: 2013-05-29
• 公開（公告）號: CN103449721B
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發明（設計）人: 彼得·哈特曼
• 申請（專利權）人: 肖特公開股份有限公司
• 主分類號: C03C4/00
• 分類號: C03C4/00;C03C10/00
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司11219
• 代理人: 車文,張建濤

技術領域

本發明通常涉及一種產品材料特性的特征化。本發明尤其涉及一種對機械負載的構件，比如承載件結構的斷裂穩定性的確定方式。

背景技術

到目前為止還不存在可靠的用于確定由如下材料構成的構件的長時間穩定性的方法，該材料的穩定性受其表面性質影響。該標準此外在易碎裂的材料，比如在玻璃和玻璃陶瓷中得以滿足。玻璃和玻璃陶瓷是自身非常堅固的材料，其在鋼已經失效的應力下才會斷裂。但是該強度明顯受表面性質，特別是表面上裂紋存在的影響。這些裂紋可能使機械邊界應力下降兩個數量級。

此外在這些構件中也要求高的可靠性，這在根據使用不同長度地預定的時間間隔內伴隨著非常低的損壞概率。在所要求的低損壞概率的情況下又存在很少的測量值或根本沒有測量值。為了可以在該區域中針對由易碎裂材料構成的構件說明損壞概率或者在預定的損壞概率的情況下說明允許的機械應力，存在的數據因此被外推。這在低的損壞概率的區域中導致非常不可靠的值。由于這些不可靠的值，構件的材料硬度寧愿被過大地設計，以便避免構件損壞。

發明內容

因此，本發明的任務是，在構件的使用壽命或允許的機械負載方面改進構件的特性并且進而也相應匹配構件的規格。

該任務通過如下方法來解決，其用于通過以下參數之一來標識(Spezifizierung)玻璃構件或玻璃陶瓷構件，或這些構件的材料：

-構件(1)依賴于構件的預定的機械負載的最小使用壽命，或

-依賴于預定的使用壽命的機械負載能力，在該使用壽命期間出現機械負載。

標識分別借助關系式：

(1)進行。

在此，

t表示最小使用壽命，

n表示玻璃構件或玻璃陶瓷構件的材料的應力腐蝕系數，

表示應力升高率，

σ_B,c表示以在構件的使用壽命內出現的機械拉應力形式的機械負載，和

σ_B,r表示構件的最小強度，其形式是在構件中以應力升高率提高的機械應力作用下，直到斷裂時的機械拉應力。

利用對這些參數的認識，玻璃構件或玻璃陶瓷構件現在也可以相應地如下這樣設計并制造，即，其在特定時間內無斷裂地承受住預定的負載。據此，用于制造玻璃構件或玻璃陶瓷構件的方法以如下步驟為基礎：

-預定構件的最小使用壽命和構件的機械負載，并且

-確定構件的大小，從而在預定機械負載的情況下至少達到預定的最小使用壽命，

-成型具有確定的大小的玻璃構件或玻璃陶瓷構件，其中，玻璃構件或玻璃陶瓷構件的大小的確定又借助上面提到的關系式(1)來進行。在此，構件的大小如下這樣來選擇，即，在最小使用壽命內作用的平均負載沒有導致在玻璃構件或玻璃陶瓷構件的材料中的平均大于σ_B,c，的拉應力。

以該方式在假設預定負載的情況下確保，構件至少在最小使用壽命內不會失效，或相反地，至少在預定的負載中無斷裂地挺過最小使用壽命。

意料不到地示出，借助本發明能夠實現明顯更小的大小，也就是說例如能夠實現板狀的玻璃元件或玻璃陶瓷元件的更小的厚度，而構件的預期使用目的不會受到不利影響或者不會降低防損壞安全性。這此外還帶來明顯的重量節省。

在此本發明也以如下意料不到的認識為基礎，即，玻璃構件和玻璃陶瓷構件在不斷提高的機械負載下直到斷裂也沒有跟隨常見的威布爾分布(Weibull-Verteilung)。具體而言以意料不到的方式存在最小強度，從而在機械負載直到其邊界的情況下，損壞實際上可以被排除。

參數σ_B,c可以通過測量序列得到。最小強度σ_B,r在此在本發明的改進方案中被確定，其方法是多個玻璃材料或玻璃陶瓷材料的樣品由以應力升高率提高的機械拉應力加載，直到各樣品斷裂，其中，該樣品的表面優選以與玻璃構件或玻璃陶瓷構件相同的或可比較的方式來加工。從在斷裂時存在的負載的值中于是可以確定最小強度σ_B,r作為邊界值。

應力腐蝕系數是因材料而異的并且依賴于構件的周圍環境條件。該系數同樣可以被測量。值也存在于文獻中。用于測量無因次的應力腐蝕系數的測量方法例如從F.Kerkhof、H.Richter、D.Stahn的“Festigkeit von Glas,zurvon Belastungsdauer und–Verlauf(依賴于負載持續時間和曲線的玻璃強度)”，Glastechn.報告54(1981)Nr.8，265-277頁中公知。