為什麼普通玻璃驟冷驟熱會碎裂,而陶瓷不會?
兩者都是硅酸鹽,而且都是脆性材料,不經摔。此外為什麼鋼化玻璃就不怕驟冷驟熱了呢?
玻璃是二氧化硅,陶瓷除了二氧化硅,還有鋁鈣鐵等等,陶瓷的玻璃相沒有玻璃那麼高,就是說瓷器的分子排列比玻璃亂,所以韌性強一點。玻璃本質上是液體,但瓷不是。
其實根本不用說的這麼複雜,玻璃是由氧化鈣氧化鈉氧化硅氧化鋁組成,陶瓷也一樣,但是玻璃的透明度高融化溫度低,所以鹼性氧化物鈣和鈉的比例高,而硅的比例小,而陶瓷相反,鹼性氧化物和氧化硅一個膨脹係數高一個膨脹係數低,膨脹係數決定了熱穩定性,所以陶瓷的膨脹係數小熱穩定性好所以就不會像玻璃那麼容易裂
終於看到了完全專業對口的問題了!!激動!!
為什麼驟冷驟熱會炸裂,涉及到熱應力和微裂紋方面的知識,為什麼鋼化玻璃不容易炸裂,需要用到表面壓應力和微裂紋來解釋。
先佔個坑,明天填。---------------------------------------填坑分割線----------------------------------------------------------答案都看了一遍。首先要說的是鋼化玻璃強度高一些不是因為內應力的存在,內應力的存在對於玻璃來說是不利的,要通過退火消除。就說日用的鋼化玻璃,是通過熱處理使表面形成一層壓應力層來抵消一些日常使用中產生的張應力從而提高玻璃強度。其次,拋開成分談熔制溫度燒成溫度都是耍流氓啊。日用玻璃的熔制達不到1500℃,1500℃那是比較純的玻璃了,那麼高的溫度廠家都虧本了,所以實際都是添加了很多助融劑降低熔制溫度。題主的問題其實都有各種公式可以進行理論解釋了,但是考慮到各位可能不愛看公式,我還是不用吧。。。有興趣私下討論
下面是正經的回答。。。。_(:3」∠)_
題主已經知道,陶瓷和玻璃都是脆性材料,就應該知道所有脆性材料都是雖然硬度高但是很脆,不耐衝擊。一塊玻璃,一塊陶瓷,你壓它,要用很大的力才能壓裂,但是你要折的話,就不用特別大的力了是吧。所以我要說的是,這些脆性材料的通性都是抗壓不抗張的。
為什麼抗壓不抗張,可以參考材料的理論強度和Griffith微裂紋理論。簡單來說,一個完美的沒有缺陷的材料,強度即化學鍵強度,然而實際中由於各種因素,材料內部總是存在缺陷的,這就使得材料強度在化學鍵強度基礎上大大下降。在外力作用下,這些微裂紋附近產生很大的應力集中,導致裂紋擴展,材料也就斷裂了。
說了這麼多,我想表達的是,題主所說的驟冷驟熱導致的碎裂,其實是熱應力引起的。
熱脹冷縮相信大家都知道。深入一點說,在實際中,對於一個材料,在受到溫度梯度影響時,它的每一個部分並不是同步進行熱脹冷縮的。這是因為熱在材料中傳導是一個過程,需要時間。在這一過程中,若是不均勻產生的應力(即熱應力)大於上述破壞所需的臨界強度,材料自然也就被破壞了。
影響材料熱穩定性的主要有以下幾大因素:
一、材料本身的強度及彈性模量二、材料的熱導率三、材料的熱膨脹係數四、材料的表面熱傳導係數五、材料厚度不一 一介紹了,就圍繞題主問題說一說強度與彈性模量和熱膨脹係數。
強度:強度_百度百科
彈性模量:彈性模量_百度百科
通常認為,強度/彈性模量越高,材料韌性越好,越能抵禦熱衝擊,陶瓷和玻璃的強度都不低,區別在於普通玻璃的彈性模量比陶瓷大,意思就是,相同應力,玻璃能產生的應變更小。或者說,達到材料被破壞的應變時,玻璃的應力更小,更容易被破壞。
熱膨脹係數:熱膨脹係數_百度百科
同樣溫差下,熱膨脹係數小的材料,產生的熱應力小。熱膨脹係數主要由結構決定,大家都知道玻璃是非晶,即較晶體是一種疏鬆的結構,所以熱膨脹係數是比陶瓷大的。
總結一下,受到相同溫差作用時,玻璃產生的熱應力更大,同時,玻璃的韌性更差,它不裂誰裂咯。
第二個,鋼化玻璃的問題。
對於玻璃來說,它耐急熱是遠遠好於耐急冷的,就是由於受到急熱時,表面產生壓應力,而急冷時表面產生張應力。表面由於日常使用有各種微裂紋的存在,自然也就裂了。
就說日常使用的鋼化玻璃,是通過物理手段鋼化的,即加熱以後淬火,在表面形成一層永久的壓應力層。這樣在以後的使用當中,即使受到我們不希望的張應力,也有壓應力先抵消它的作用,材料的強度自然提高了。參考文獻:
[1]趙彥釗,殷海榮主編.玻璃工藝學[M].北京:化學工業出版社.2006.。[2]關振鐸,龔江宏,唐子龍著.無機材料物理性能 第2版[M].北京:清華大學出版社.2011.------------------------------------廢話補充分割線------------------------------------------------------------------------
其實以上所有討論都是拋開各種成分,熱處理制度來談的完全不科學。實際中,現在的日用玻璃經過成分的調節,熱處理等等,都非常耐熱衝擊,不要太極端,放心用完全沒問題。
以上。謝邀。首先,其實陶瓷驟冷驟熱也會裂的。。。
對玻璃而言,玻璃是一種非晶態狀態,具有流動性,雖然這個流動性大概是一千年流動一厘米?具體的數我記不清楚了。所以玻璃內部其實並不均勻,有的地方有少量的結晶,有的地方沒有,這些結晶和非結晶區域交界的地方會形成更多更大的缺陷,驟冷驟熱時候的內應力很容易就破壞掉了。對陶瓷而言,如果是家用瓷器,其實是一樣的道理,家用陶瓷含有20%以上的非晶相,界面上的缺陷很容易被破壞掉。對工程陶瓷,由於是高溫固體燒結,整個陶瓷都是晶體,缺陷被分散的困在其它堅固的晶體結構中,要長大就要破壞共價鍵,需要非常高的能量,對內應力的要求就要高一些。第二個問題的話,我都不知道原來鋼化玻璃是不怕快速變溫的。。。如果說原理的話,可能是因為鋼化玻璃本身已經上上了非常大的內應力,其餘再來溫度變化產生的內應力還不足以抵消原有的內應力,更別說破壞吧。第一個問題:我覺得玻璃更純,瓷器更雜。純粹瓷土(瓷器原料)的成分是:SiO2 46.51%,Al2O3 39.54%,H2O 13.95%;玻璃的成分為Na2O·CaO·6SiO2第二個問題:鋼化玻璃是將普通退火玻璃先切割成要求尺寸,然後加熱到接近軟化點的700度左右,再進行快速均勻的冷卻而得到的鋼化處理後玻璃表面形成均勻壓應力,而內部則形成張應力,使玻璃的抗彎和抗衝擊強度得以提高,其強度約是普通退火玻璃的四倍以上。所以他才叫鋼化玻璃。
學渣的自我介紹:無機非專業,陶瓷混凝土均學,但目前是一枚專註於土木工程材料的賣萌帥氣農民工,對於陶瓷僅局限在理論基礎知識上(還還了一部分給老師-。-)以下分析若有錯誤,敬請各位大牛指點。先解釋一下玻璃,它是採用無機礦物為原料,經熔融、冷卻、固化而成,是一種無規矩結構的非晶態固體。學材料的應該知道,晶體在空間上是做長程有序排列的,而玻璃偏偏就那麼跳,喜歡短程有序。正因為玻璃不是晶體,因此具有各向同性的性質。另外在冷卻的過程中,粘度急劇增大,質點來不及做有規則排列而形成晶體,沒有析出結晶熱,因此內部能量較高,此時的玻璃處於亞穩態,從力學角度上看,由於內外溫差造成內應力。因此在驟冷驟熱的條件下,破壞了其內外應力的平衡,導致玻璃碎裂。至於陶瓷嘛,大多是都是離子晶體,並且煅燒工藝中,不僅是在高溫煅燒而成(具有一個升溫過程,最高溫度一般1000℃以上,一般在1250℃下煅燒),還有一個降溫過程,這就決定了陶瓷的晶格缺陷較小,處於能量最低狀態,內外應力差小,對於驟冷驟熱,並不是完全沒有影響,只是影響不大,你試試把陶瓷凍融循環N次,它一樣堅持不住-。-。還有一點值得一提的就是,並不是所有陶瓷在驟冷驟熱的條件下都那麼堅強的,還要看它的材料組成、煅燒工藝等。最後附上實習期間做的醜醜的陶瓷,工科生的藝術細胞有限請體諒- -
怎麼感覺這個問題下能發現不少校友的身影。
不謝邀(沒人邀)
先說結論:陶瓷也會碎裂,只是相比較普通玻璃而言不容易碎裂。
其中材料學中有個名詞專門用來衡量這一特徵的——熱震性!
抗熱震性_百度百科熱震性和以下幾個參數息息相關:熱膨脹係數、導熱係數、彈性模量、材料固有強度、斷裂韌性等,下面我選取其中一個熱膨脹係數為例子來分析,如下:
陶瓷的熱脹冷縮係數相對較小,就拿我做的氮化硅陶瓷來說,數據如下:
熱震性是:優怎麼個優法呢?圖表顯示熱脹冷縮係數3.1到3.3意味著溫度每變化一攝氏度材料宏觀線性尺寸上變化3.1um到3.3um(一根髮絲的直徑一般是70um~120um)
當然對這個數值沒有概念也沒問題,下面我們來看看玻璃的線性熱脹係數我們日常的玻璃窗一般為7.6X 10 -6 / ℃ 。 工業玻璃為 4.5X 10 -6 / ℃。
不難發現普通玻璃是氮化硅的兩倍多,而工業玻璃是1.5倍左右。(線性是2倍1.5倍,而放到體積關係則是三次方的關係啦)再結合實際情況來說,當你讓一件玻璃或者陶瓷驟冷驟熱,不可能一下子均勻的使得整個物件加熱或者冷卻,而是由外到內的升溫或者降溫過程(溫度梯度),這就造成了收縮不一致,那你覺得這會發生什麼呢,有的地方形變大,有的地方形變小,一旦差異大到一定程度自然炸裂開來。
補充個直觀感受,我們做的氮化硅或者氧化鋯陶瓷,有時候500度左右開爐,取出物件,不會發生開裂等問題,但是玻璃呢,或者說日用陶瓷(碗、茶具、瓷磚等)那是絕對不敢這麼高溫度取出的。謝邀,謝邀。受寵若驚的我戰戰兢兢的試著回答一下這個問題。
不想細看,可直接看加粗字。已經有很多答案從玻璃的材質和陶瓷的材質已經工藝比較了之間的區別。我試著換個角度讓題主理解這個問題。題主問的主要問題是受溫度的變化,兩種材質為何會有這樣的區別。景德鎮這邊陶瓷工藝我了解一點點哈,我從陶瓷上來解釋。
- 陶瓷,瓷土淬鍊後做成器形就可以燒制了。瓷土一般景德鎮稱高嶺土(此處有個典故,有興趣的可以百度)。瓷土是由雲母和長石等變成的加上水,標準的化學成分是(H4Al2Si2O9) SiO2 46.51%,Al2O3 39.54%,H2O 13.95% 。
- 在成為瓷土後,你可以做成不同的器形(坯)。一般你看到的日用瓷(吃飯盛水喝酒魚缸痰盂)都是在坯上噴釉燒制而成的。燒制需要中高溫燒制(800-1000度)哎,這些其時你大可百度,我就不搬弄了.....燒製成瓷。成瓷後的效果雖然易碎可是又很堅硬。千年不會變形變化(非可抗之力除外,還有上面的釉料可能會有些須變化)。
- 工藝上從提煉材料到釉料到窯火燒制都是加工過程,從宏觀上講是完全換了種東西。從微觀上講是分子們重新排列後更堅固了。
- 陶瓷受熱受冷時。陶瓷可是經過千度燒煉成的,在景德鎮這邊氣窯一般燒三天,那是因為有個逐漸升溫和降溫的過程,另外還有滿窯一直很講究。不過,我們關注它的溫度就行,可以看出陶瓷在成瓷的過程有逐漸升溫和達到峰值半個小時和緩慢的降溫過程,這都造就了陶瓷耐高溫。不過,除非你把陶瓷直接放火上烤...溫度達到很高的闕值後,會開裂(像是老舊的牆面上開的那種裂縫),注意是開裂不是熔化,極端情況也可能爆裂。陶瓷想要熔化還真有點難。降溫的化,沒試過,不過也是開裂。
- 玻璃我不太清楚,不過看過其他答案後有了定的認識,大概是玻璃的分子們結晶不會像陶瓷樣穩定,像是羽毛球球拍上的網,用力向裡面擠(冷)拉(熱)超過玻璃韌性闕值後會使玻璃爆裂,但這個闕值比陶瓷小的多的多。
我是做高功能氧化鋁陶瓷和鎂鋁尖晶石的,所以類似問題里這樣的日用陶瓷與普通玻璃的差異只能大致解釋一下。 普通玻璃驟冷驟熱比日用陶瓷易碎裂的原因是玻璃的熱膨脹係數高,熱導率差,所以會造成局部溫度不均勻從而導致內部分子結構被破壞。而且通常陶瓷的斷裂韌性是強於普通玻璃的(只能泛泛來講,因為強度不同,斷裂韌性也不同)。所以這就是驟冷驟熱玻璃比陶瓷更易碎裂的原因。 至於玻璃比陶瓷易碎這個現象可能主觀判斷比較多$_$,因為我們日常接觸到的普通玻璃製品都比較薄:D 非要解釋的話還是強度與韌性的關係,陶瓷內部有缺陷,這些缺陷可以誘導裂紋的傳播方向釋放斷裂能。而玻璃作為非結晶固體,基本沒有塑性形變,應力超過臨界值就發生脆性斷裂。 手機碼字,確實不太了解玻璃,所以陶瓷多說了點$_$
剛出差飛回廣州,一看知乎,居然有邀請,受寵若驚。謝邀........
其實,我看了上面那些大神的答案,已經感覺很專業化了,之所以說感覺,是因為我也不懂。
再者說說我對這個問題的看法吧。我百度了一下,玻璃熔點是1500度,軟化點是600度。我們都知道玻璃做法都是先做成玻璃水,然後凝聚成形的。成分也比陶瓷更加純粹。 而陶瓷是燒制而成的,一般燒制溫度是900-1300度不等。個人分析,可能是玻璃的成分較為純粹,而陶瓷的成分更加雜,所能承受的溫度範圍也不一樣,還有也可能各自的製成工藝的區別吧。這些是我知道的,其它的我就不懂了,也不瞎說了。謝邀。簡單來說,由於材料分析結構的不同,普通玻璃的熱膨脹係數遠大於陶瓷,受驟冷驟然導致的內應力擴張力對材料本身結構穩定性的影響較大,易碎裂
謝邀,前段時間買了個陶瓷鍋,用電陶爐煮東西時受熱不均勻炸裂了。所以在我看來它們都是一樣的,只是平時接觸到的玻璃製品都比較薄,陶瓷製品相對要厚一點,所以前者更易炸裂。你想下是不是這樣子
一般上釉的陶瓷都有一定的預應力,鋼化玻璃也是一樣的。而普通玻璃沒有。就是這麼簡單。
謝邀!只怪本人才疏學淺不能回答這個問題!
謝謝邀請。不過十分抱歉,對於這方面知識不了解。
瀉藥,第一次被人邀請答題,略微有點小激動,看完樓上這麼多回復可以找到許多校友哇哈哈哈哈。看完所有答案熱應力的那個回答非常專業我也非常贊同!
熱脹冷縮相信大家都知道。深入一點說,在實際中,對於一個材料,在受到溫度梯度影響時,它的每一個部分並不是同步進行熱脹冷縮的。這是因為熱在材料中傳導是一個過程,需要時間。在這一過程中,若是不均勻產生的應力(即熱應力)大於上述破壞所需的臨界強度,材料自然也就被破壞了。影響材料熱穩定性的主要有以下幾大因素:
一、材料本身的強度及彈性模量
二、材料的熱導率三、材料的熱膨脹係數四、材料的表面熱傳導係數五、材料厚度抱歉~雖然學的是陶瓷藝術設計,但對工藝的了解還有欠缺,羞愧了
真的非常感謝 @張之詩的邀請,就如前面所說真的可以找到很多的校友,but!!!!!!!!!!!!!!也和他們說的一樣,不是每個陶院畢業的的學生都懂陶瓷呀,親!對此問題愛莫能助。不過,還是灰常感謝你的邀請!
謝邀!哈哈~大四陶設學渣一枚、、話說這問題好專業 = =、答不來好嘛,跟無非材料比起來就是班門弄斧了。第一次被邀請湊個熱鬧捧個場哈!~
生活實際經驗來講,陶瓷和玻璃一樣會裂。
以前在作坊里打工的時候,出廠的杯子一定要在冰箱里冷凍再拿到開水中去急速升溫。驟冷驟熱測試合不合格,不記得±區間了。好像美國比中國的區間值要求要嚴得多!記得書上說,這跟坯體和釉的膨脹係數有關謝邀,但是我真不知道為什麼…因為我不是這方面專業的哈哈哈哈哈哈哈哈哈
不是每一個陶院出來的學生都對陶瓷很熟悉233333
不過第一次有人邀請我還是有點小雞凍呢~推薦閱讀:
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