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LE VERRE
Ce phénomène est accentué si le verre a été préalablement hydraté ou si
l’indentation a lieu dans une atmosphère humide [70, 71, 74]. On interprète ces résultats si on suppose que, lorsque la contrainte atteint une
valeur limite qu’on peut appeler le seuil de fluage, la vitesse de déformation a une très forte influence sur la viscosité apparente η (Fig. 2.20) :
avec k 10
9 Pa et n 1.
Ce comportement visqueux non newtonien, proche d’un comportement
plastique, est associé, à l’échelle microscopique, au fluage inhomogène : les
oxygènes non-pontants affaiblissent localement le réseau vitreux. On suppose que les lignes de glissement qu’on observe sous l’empreinte dans des
verres contenant des modificateurs (Fig. 2.17) suivent des trajectoires le
long desquelles les concentrations de ces modificateurs sont particulièrement élevées. Lorsque le verre est hydraté (Fig. 2.20), la proportion de
liaisons Si—O rompues augmente. Le seuil de fluage est abaissé et la
dureté diminue. La réduction de la viscosité en présence d’eau permet
d’expliquer le rôle de ce liquide dans les opérations de polissage.
Le seuil de fluage, que l’on déduit de la valeur de l’enfoncement du
pénétrateur quand l’équilibre est atteint, devrait, selon les hypothèses de
Marsh [73], être très proche de la valeur de la contrainte de rupture en
traction, dans le même environnement. Sans que l’on sache précisément
relier les deux grandeurs, on ne peut qu’être frappé par le faible écart qui
existe entre leurs valeurs expérimentales : 2,9 GPa pour la résistance à la
traction (voir Tab. A6.I), 3,0 GPa pour la contrainte de fluage [70], dans le
cas d’un verre sodocalcique à la température ambiante.
3.4. Viscoélasticité
Dans le domaine de transition, qui couvre une plage de températures
d’une cinquantaine de degrés, on observe le passage progressif de l’état
de liquide visqueux (liquide de Newton) à celui de solide élastique (solide
de Hooke). Dans cet intervalle de températures, la réponse du verre aux
sollicitations mécaniques est une fonction du temps. On dit qu’il est
« viscoélastique ». On ne peut plus caractériser son comportement par
une seule grandeur (module de Young ou viscosité). Mais puisque c’est
dans ce domaine qu’ont lieu des opérations technologiques essentielles
(recuisson, trempe thermique, renforcement par échange ionique…), il a
été nécessaire d’effectuer de nombreuses expériences de sollicitations élémentaires (fluage et relaxation) pour en déduire des valeurs de paramètres exploitables par les industriels. Lorsqu’une pièce de verre de forme
complexe subit une trempe thermique, elle est le siège de contraintes tridimentionnelles. Pour analyser ce système, on le décompose en contraintes
de cisaillement et contraintes hydrostatiques. Il importe par conséquent
de déterminer les fonctions de relaxation de ces deux types de contraintes.
ε
·
η k ε
· –n
=
≈
≈
LE VERRE
Ce phénomène est accentué si le verre a été préalablement hydraté ou si
l’indentation a lieu dans une atmosphère humide [70, 71, 74]. On interprète ces résultats si on suppose que, lorsque la contrainte atteint une
valeur limite qu’on peut appeler le seuil de fluage, la vitesse de déformation a une très forte influence sur la viscosité apparente η (Fig. 2.20) :
avec k 10
9 Pa et n 1.
Ce comportement visqueux non newtonien, proche d’un comportement
plastique, est associé, à l’échelle microscopique, au fluage inhomogène : les
oxygènes non-pontants affaiblissent localement le réseau vitreux. On suppose que les lignes de glissement qu’on observe sous l’empreinte dans des
verres contenant des modificateurs (Fig. 2.17) suivent des trajectoires le
long desquelles les concentrations de ces modificateurs sont particulièrement élevées. Lorsque le verre est hydraté (Fig. 2.20), la proportion de
liaisons Si—O rompues augmente. Le seuil de fluage est abaissé et la
dureté diminue. La réduction de la viscosité en présence d’eau permet
d’expliquer le rôle de ce liquide dans les opérations de polissage.
Le seuil de fluage, que l’on déduit de la valeur de l’enfoncement du
pénétrateur quand l’équilibre est atteint, devrait, selon les hypothèses de
Marsh [73], être très proche de la valeur de la contrainte de rupture en
traction, dans le même environnement. Sans que l’on sache précisément
relier les deux grandeurs, on ne peut qu’être frappé par le faible écart qui
existe entre leurs valeurs expérimentales : 2,9 GPa pour la résistance à la
traction (voir Tab. A6.I), 3,0 GPa pour la contrainte de fluage [70], dans le
cas d’un verre sodocalcique à la température ambiante.
3.4. Viscoélasticité
Dans le domaine de transition, qui couvre une plage de températures
d’une cinquantaine de degrés, on observe le passage progressif de l’état
de liquide visqueux (liquide de Newton) à celui de solide élastique (solide
de Hooke). Dans cet intervalle de températures, la réponse du verre aux
sollicitations mécaniques est une fonction du temps. On dit qu’il est
« viscoélastique ». On ne peut plus caractériser son comportement par
une seule grandeur (module de Young ou viscosité). Mais puisque c’est
dans ce domaine qu’ont lieu des opérations technologiques essentielles
(recuisson, trempe thermique, renforcement par échange ionique…), il a
été nécessaire d’effectuer de nombreuses expériences de sollicitations élémentaires (fluage et relaxation) pour en déduire des valeurs de paramètres exploitables par les industriels. Lorsqu’une pièce de verre de forme
complexe subit une trempe thermique, elle est le siège de contraintes tridimentionnelles. Pour analyser ce système, on le décompose en contraintes
de cisaillement et contraintes hydrostatiques. Il importe par conséquent
de déterminer les fonctions de relaxation de ces deux types de contraintes.
ε
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η k ε
· –n
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