固体物质的强度首选决定于它自身的组成，即组成该物质的原子间的相互作用于热运动。从理论上来说，组成物质的结合键的键性越强，物质的强度就越大。就玻璃而言，碱金属离子含量越少、离子极性越小，玻璃网络约完整，其力学性能就越好，因此石英玻璃在玻璃中具有较好的力学性能。就同种物质的玻璃台与晶态而言，由于玻璃态中原子的排列为无序状态，而晶体为有序排列，玻璃的结构相对疏松，具有较低的结合力，所以玻璃态的强度一般比晶态的低。因此，结晶态SiO₂(如石英、方石英等)以及部分硅酸晶体的强度比硅酸盐玻璃的强度大。这也是大部分玻璃晶华后强度增大的原因之一。

从另一方面来讲，微晶玻璃较高的强度也与晶界的出现有关。材料的断裂由材料内部的微裂纹引起，断裂过程其实就是微裂纹生产和长大的过程。在常温下，玻璃中微裂纹大多由于杂质、缺陷或微不均匀区域造成应力集中而产生。关于微裂纹在应力下的扩展，可以用一个简单的示意图来加以说明。如图5-27所示，5-27（a）表示两个原子链的键断裂形成一个微裂纹后，应力就不在沿这条链传递，而必然通过位于裂纹端处的原子链，因此它传递了双倍的应力。若该链中结合键因承受不了应力而断裂，应力就以三倍的大小传递给下一条原子链，这样传递下去，断裂的结合键越来越多，微裂纹得以不断扩大。对于包含大量晶相的微晶玻璃来说，晶界对微裂纹的扩展影响极大。因为晶界面上的血多原子脱离了晶格的正常格点，造成其附近晶格的畸变，因此晶界具有大的自由能，相比原子正常排列的晶粒内部，晶界的稳定性和强度更差些。当微裂纹扩展到晶界附近，晶界上强度较低的结合键首先被打开，并导向微裂纹沿晶界发展，这就改变了微裂纹前进的方向，使得应力与晶界逐渐平行，在这种情况下，应力就会逐渐减小，微裂纹停止发展（图5-28）。因此，晶界具有一定的阻挡微裂纹扩展的作用。而且，微晶玻璃中的晶粒为杂乱取向，晶界之间互成角度，微裂纹沿晶界边缘传递生长的阻力就更加大。基于这一理论，材料中存在的晶界越多越密集，阻挡微裂纹扩展的作用就越明显；材料中存在的晶界面积是由晶粒大小和数量决定的，晶粒越细小，数量越多，晶界面积就越大，反之，就越小。晶粒大小与强度的关系可由下列经验公式表示：

σ_b=kD^-1/2

该公式显示强度是随着晶粒的增大而减小的。所以细化晶粒有助于提高材料的力学性能。对基础玻璃和热处理后的各试样进行了抗弯强度和硬度测试。抗弯强度采用三点弯曲法测得，硬度在显微维氏硬度计上测得。其中，P1基础玻璃的抗弯强度和维氏硬度分别为77.63MPa和5.14GPa,各晶化试样的抗弯强度和维氏硬度值在图5-29中示出。由图可以看出，晶化后试样的抗弯强度和硬度相对晶化温度来说是呈一定规律变化的，但是并不是单纯低随温度增加而增加或是随温度减小而减小。抗弯强度与显微硬度呈现出相同的变化趋势，在666℃之前随温度的增加而增大，并在666℃处出现较大值。之后，随温度的增加而减小，在这一温度段，抗弯强度与显微硬度的变化幅度是不同的，抗弯强度幅度减小，而显微硬度值只是略微有减小。

从微晶玻璃与基础玻璃的抗弯强度和硬度的比较上来看，晶相的析出对强度是有利的。由XRD定量分析结构可以知道，随着温度升高，各试样中方石英的含量是递增的；同时，SEM照片显示，随着温度的升高，方石英晶粒的尺寸也在增大，而数量却呈减小的趋势。一方面，升高温度增加了高强度方石英相的含量，有助于提高微晶玻璃的整体强度；另一方面，升高温度使晶粒尺寸变大，向着不利于力学性能的方向发展。这两个因素同时在起作用，导致微晶玻璃力学性随热处理温度的变化关系较为复杂。

由于方石英具有很高的热膨胀系数，而残余玻璃相由于析晶过程中碱离子大量消耗，其热膨胀系数会在原有基础上降低，所以晶相与残余玻璃之间存在较大的热膨胀系数差；并且，当方石英冷却到230℃左右时，会发生α→β晶型转变，这一相变伴随着较大的体积小于（2.8%）。因此，方石英的析出会在玻璃体内产生不同程度的内应力，当冷却速率相同时，内应力的大小就随着方石英的含量以及其晶粒尺寸的增大而增大。内应力增大的结果是玻璃内部产生更多微裂纹，从而增加其脆性。众所周知，玻璃的抗拉性能远低于其抗压性能。事实上，玻璃的耐压强度要比抗张强度大十倍左右，在抗弯试验中，试样的下表面因受拉应力而易于首先开裂；显微硬度则是采用压应力使玻璃表面变形。由抗弯强度曲线和硬度曲线可以看出，内应力增大对微晶玻璃抗拉性能的影响远比抗压性能的影响要显著。

从性能分析来看，微晶玻璃的热膨胀系数主要由方石英的含量决定，受方石英晶粒大小的影响较少；当方石英的行列一定时，由晶相本身的高强度带来的强度加和作用不再改变，这时，影响微晶玻璃强度的主要因素是晶粒的尺寸。所以晶体的生长宜采用较低的生长速率；而且，从组成角度来讲，晶体生长较慢，更易于精确控制晶相含量。较理想的微晶玻璃热处理温度应该是其DTA曲线上放热峰的开始温度，然后通过调节热处理时间来调节晶相含量。

实验中发现，P1玻璃在666℃晶化后得到的微晶玻璃的力学性能最好，但是不适合于不锈钢封接，原因在于其方石英含量太高，热膨胀系数高达144×10^-7/℃，与不锈钢的热膨胀系数不相匹配。相比之下，只有在650℃温度下热处理获得微晶玻璃的热膨胀系数与不锈钢相近，适合与之封接，其方石英含量约为总晶相体积的35%。

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