Решение актуальных задач повышения конструкционной прочности стекла для изделий новой техники с высоким уровнем механических и термических нагрузок требует развития методов его технологического упрочнения на основе экспериментальной оценки их эффективности в зависимости от особенностей применяемых методов и режимов обработки стеклянных элементов.

Цель данной работы: исследование влияния глубины травления на повышение прочности при изгибе листового стекла разных толщин при модификации его поверхности способом химического упрочнения.

Для исключения роли краевых дефектов использовали метод испытаний при осесимметричном изгибе. Были изготовлены квадратные образцы стекол с толщиной от 3,0 мм до 12,0 мм. Глубину травления изменяли от 12,5 мкм до 200,0 мкм за счет увеличения продолжительности травления.

Результаты испытаний представлены на рис. 1 и 2.

Рис. 1. Влияние глубины стравленного дефектного слоя на прочность стекла при изгибе в зависимости от толщины:

Рис. 2. Эмпирические функции распределения Вейбулла для предела прочности стекла на изгиб:

Установлено, что наиболее эффективна использованная технология травления при упрочнении тонкого стекла с толщиной 3,0 мм (рис. 1). Предел прочности на изгиб 370 МПа. Повышение поверхностной и внутренней дефектности при увеличении толщины приводит к монотонному уменьшению прочности стекла.

При оценке вероятности разрушения и надежности изделий разной толщины для определения параметров прочности при заданном уровне вероятности разрушения использовали статистическое распределение Вейбулла. Было показано, что экспериментальные результаты не являются однородными и для образцов стекла всех испытанных толщин удовлетворительно описываются бимодальной функцией Вейбулла (рис. 2).

При использовании бимодальной аппроксимации распределения Вейбулла, аналитически находили параметры точек излома кусочно-линейной аппроксимации результатов (при вероятности разрушения менее 20…25%) и затем определяли параметры нижних ветвей, характеризующих область нижних значений пределов прочности при заданной вероятности разрушения.

Анализ нижних ветвей экспериментальных кривых распределения при вероятности разрушения показал, что их наклон существенно отличается от верхних ветвей. Поэтому, для прогнозирования допускаемых напряжений для ответственных изделий с повышенной надежностью, необходимо ориентироваться на параметры нижних прямых, которые дают значительно меньшие значения предела прочности стекла на изгиб по сравнению с верхними ветвями кусочно-линейной аппроксимации экспериментальных кривых распределения значений прочности. При уменьшении вероятности разрушения до 5% предел прочности испытанных стекол снижается до 100 МПа и далее приближается к средним значениям предела прочности на изгиб исходного стекла. Бимодальный характер эмпирической функции распределения Вейбулла для испытанных стекол толщиной 3,0…12,0 мм свидетельствует о наличии двух типов структурных дефектов, определяющих прочность травленого стекла.