用于确定由脆性-断裂材料制成的板状元件的边缘强度的方法和设备技术

本发明专利技术的目的在于提供一种改进的测量方法以及对应的测量装置，使用它们可以测量由脆性-断裂材料制成的板状元件的边缘强度。为此，长的样品在短边缘处被拉开，其中力传递点紧邻所述样品的基体表面的重心。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及一种材料的强度参数的确定方法。具体而言，本专利技术涉及一种脆 性-断裂材料、诸如玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷的强度的确定方法。本专利技术更优选用于确定玻璃 板的断裂强度。
技术介绍
例如，脆性-断裂材料与韧性材料在负载下失效方面的行为不同。韧性材料、特别 是许多金属在高达弹性极限的弯曲或拉伸负载下扩展，然后在很明确的负载下破裂。与此 相比，脆性-断裂材料的断裂不在材料特性值的强度极限下发生，而是基于作用的拉伸应 力而以统计学上的几率发生。断裂几率分布（例如、正常或韦布尔分布）的参数主要取决 于样品的处理，但是与韧性材料不同，它们仅仅稍微取决于材料。 为了得到脆性-断裂材料的强度方面的知识，需要进行断裂测试。除了别的以外， 然后可以从这些测试中得出断裂强度分布的参数。 如果由脆性-断裂材料制成的板状元件经受弯曲，额外的效应是强度明显由元件 的边缘的断裂强度确定。由此在表面区域中发生的断裂通常比较从元件的一个边缘起始的 断裂更少见。 已知许多方法，通过其可以在没有任何接触的情况下确定薄玻璃的边缘强度。例 如，公开专利申请US 2014/0083198 Al描述了一种方法，在其中，板沿边缘局部地并在没有 任何接触的情况下进行加热。这导致在板边缘处产生拉伸应力。但是，使用此方法的测量 在时间方面代价高，并且不适于获得统计强度数据或处理监控。此外，在呈现较低膨胀（低 热膨胀系数）、诸如电子装置中使用的玻璃的情况下，它们完全失效。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种改进的测量方法以及对应的测量装置，使用它可以测 量由脆性-断裂材料制成的板状元件的边缘强度。 本专利技术的目的通过独立权利要求的主题得以实现。本专利技术的有利实施例和改进方 案在各个从属权利要求中给出。【附图说明】 下面基于附图解释本专利技术的示例性实施例。在附图中，相同的标号表述相同或对 应的元件。在附图中： 图1示出用于测量板状、脆性-断裂元件的断裂强度的传统测量设备； 图2示出由脆性-断裂材料制成的条状，在其端部处设置有本专利技术测量设备的保持 器； 图3示出图2中所示设备的样品边缘的平面图； 图4示出条状的相同机械应力线（等值线）的分布； 图5示出用于进行本专利技术方法的测量设备； 图6示出具有根据本专利技术确定的弯曲半径的玻璃带的辊； 图7-9示出玻璃物品的弯曲测试作为从断裂测试中获得的统计参数的函数的最大和 最小弯曲半径； 图10示出玻璃带形式的玻璃物品，在其上通过辊施加具有预定弯曲半径的局部弯曲。【具体实施方式】 在评估玻璃物品的机械性能中的基本问题首先是脆性材料的强度的统计性 质。例如在韧性材料的情况下的弹性极限方面，玻璃没有强度，而是具有断裂统计，其例 如通过平均值和散点（scatter)来表征。因此，玻璃强度的测量需要在足够数目的随机 样品上进行（例如，见 K. Nattermann, A. Habeck: "Bruchstatistik"in"Festigkeit von Glas-Grundlagen and Messverfahren〃，ISBN3-921089-30-1)。尤其对于生产控制，所谓控 制图表也对于指出目标值的倾向/偏差有用（例如，根据ISO 7870)。 薄玻璃的边缘强度可以通过2点弯曲法来确定。图1示出用于进行此方法的测量 设备2。在此方法中，玻璃样品10夹持在两个支撑板25、26之间并且通过将这些板25、26 相互靠拢而弯曲。 在此情况下，在样品上产生应力的不均匀状态，应力在样品10的中部为最大。对 应地，也在两个支撑板25、26之间的中部，样品10的弯曲半径最小。 然后通过确定破裂处存在的最小弯曲半径1?_以及通过基于此值确定边缘处的对 应拉伸应力，可以确定断裂处的拉伸应力。这里，拉伸应力σ与弯曲半径成反比。弯曲半 径R fflin接着取决于两个支撑板25、26之间的距离。为了确定样品10的破裂处的拉伸应力， 因此在断裂时间点处简单地记录两个支撑板51、52之间的距离a。 但是，此方法中的测量区域的长度是可变的，并且长度越小，边缘强度越大。一般 而言，使用小样品上的测量结果，以估计显著更大的产品的强度。为此，下面关系式可以用 于计算失效的几率：指数L由下式给出： (2) L = LproductZLsaJiiple ° 这里，Fsaill^和F produrt分别是测量样品和最终产品的失效几率； Lsanple是测量样品上的测量长度；以及 Lproduct是最终广品的边缘长度。 如可以看出，产品与样品之间的边缘长度比值是公式的指数，为此原因，其对结果 的影响非常大。相应地，产品失效的计算几率的不确定性也随指数变大而增大。 在2点弯曲法中，由于方法的测量长度非常短，此比值以及因此在确定失效几率 中的不确定性对于较大产品非常大。另外，"减小的样品长度"接合到比值L produrt/Lsa"_* 并且必须为每个样品单独计算。这是由于如下原因：弯曲应力在样品长度上分布不均匀并 因此必须使用恒定应力计算"假定"的测量长度。另外的假设结合到此计算中并进一步增 大较大样品的结果的不准确度。 在此方法中，因为整个样品10弯曲，样品10的两个边缘也总是测试其强度。在样 品10中，如果两个边缘使用不同方法制备，那么此测量方法仅仅可以用于测试制备较弱强 度质量的制备方法。 在下面，将在基于薄玻璃的条状的示例性实施例中描述本专利技术。但是，本专利技术也可 以同样方式应用到其他板状元件。除非特别指出，除了薄玻璃或薄玻璃样品之外，也可以使 用另一种脆性-断裂材料，特别是玻璃陶瓷或陶瓷。 总而言之，目前传统的测量方法的缺点包括如下几点： -测量长度过短。这导致再计算较大样品中的较大不确定性。 -样品长度上的应力分布不均匀。这也导致再计算较大样品时的进一步不确定性。 -两个边缘等同地经受应力，使得不同制备的边缘不能够彼此独立地进行测量。 -整个样品的弯曲也将表面区域沿弯曲轴线方向置于高拉伸应力下，其结果是，基于边 缘和表面的质量，在表面上可能出现断裂。 -该方法仅仅适于均匀厚度的样品，因为用于计算接着发生的弯曲变形的近似方法将 否则不再有效。 本专利技术的测量方法和测量设备实际上解决了迄今为止传统的2点弯曲方法的所 有上述五个缺点： -实践上可以使用任何长度的样品， -样品中的应力在测量范围上很大程度上恒定， -拉伸应力在两个样品的边缘明显不同，使得断裂优选起始于可以预定并且可以因此 很大程度上独立于另一个边缘研究的边缘， -表面上的拉伸应力通过施加的应力分布而显著降低， -通过此方法也可以研究已知厚度分布的不均匀厚度样品，因为存在用于计算应力分 布的解析法。 然后根据本专利技术实现此目的，因为在较短边缘处拉开较长样品（拉伸测试）。据此 传递力的点优选紧邻样品的基体表面的重心。如果传递力的点位于重心处，确保整个样品 宽度上的恒定拉伸应力。传递力的点的改变赋予了额外扭矩，这导致通常线性或者至少大 致线性的、倾斜应力曲线，但是这在不同情况下在样品宽度上起始于边缘。 通过沿样品的短边缘适当选择传递力的点或其位置，可以调节测试边缘处的应力 与相对边缘处的应力之间的比值，结果是可以进行选择边缘的测试。 因此，本专利技术提供一种用于确定由脆性-断裂材料制成的板本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定由板状、脆性‑断裂材料的边缘强度的方法，其中在板状、脆性‑断裂材料中，提供由脆性‑断裂材料制成的条状样品1，其具有两个相反侧面(10、11)和沿样品(1)的纵向(5)延伸的两个纵向边缘(12、13)，其中‑所述条状(1)的两端部(15、16)中的每一个连接到保持器(2、4)；以及‑将所述两个保持器(2、4)拉开，使得所述条状样品(1)经受沿其纵向(5)取向的拉伸应力，其中‑拉伸力相对于沿所述两个纵向边缘(12、13)之间延伸的所述样品(1)的中心线(18)非对称地传递，使得在一个所述纵向边缘(12)上比在相对纵向边缘(13)上施加更高的拉伸应力，并且其中‑增大所述拉伸力直到所述样品(1)拉断；以及‑记录所述样品(1)裂开处的所述拉伸力。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：M·海斯朝奎特，K·纳特曼，C·奥特曼，
申请(专利权)人：肖特股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE