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玻璃化学成分对玻璃强度的影响
 发布时间:2015年07月24日 浏览:3371

固体物质的强度主要由各质点的键强及单位体积内键的数目来决定。对不同化学成分的玻璃来说,其结构间的键力及党委体积内的键数是不同的,因此强度的大小也不同。例如桥氧与非桥氧所形成的键,其强度不同。石英玻璃中的O2-全部为桥氧,Si-O键力很强,因此石英玻璃的强度最高。对于非桥氧离子来讲,O2-R2+形成的键比与R+形成的键键强要打,因此含有大量R+的玻璃强度最低。单位体积内的键数也即结构网络的疏密程度,结构网络稀疏,强度就低。一般玻璃随成分的变化,其强度在(3.5~9.0)×101MPa间波动。

在玻璃中加入少量Al2O3,由于Al3+可以夺取非桥氧形成[AlO4]四面体,把断裂的Si-O网络重新连接起来,使结构网络紧密,玻璃强度提高。同样在玻璃中引入B2O3(质量分数15%以下),由于[BO4]的下哦梦工厂。结构网络紧密,强度提高。此外CaOBaOPbOZnO等对强度提高的作用也较大,MgOFe2O3等对抗张强度的影响不大。

各氧化物对玻璃抗张强度的提高作用次序是:CaOB2O3Al2O3PbOK2ONa2O>(MgOFe2O3

各氧化物对玻璃抗压强度的提高次序是:

Al2O3>(SiO2MgOZnO)>B2O3Fe2O3>(BaOCaOPbO)>Na2OK2O

括弧中的成分作用大致相同。

玻璃的抗张强度σF和抗压强度σC可按加和法则用式(1)、式(2)计算:

σF=ω1F1+ω2F2+…+ωnFn——(1

σc=p1C1+p2C2+…+pnCn——(2

式中:ω1、ω2ωn——玻璃中各氧化物成分的质量分数;

F1F2…Fn——各氧化物成分的抗张强度计算系数;

C1C2…Cn——各氧化物成分的抗压强度计算系数。

这些计算系数列于下表中,应当指出由于影响玻璃强度的因素较多,因而计算所得的强度精度较差,仅有参考价值,应以测试结构为依据。

系数

氧化物

Na2O

K2O

MgO

CaO

BaO

ZnO

PbO

Al2O3

As2O3

B2O3

P2O5

SiO2

抗张强度

抗压强度

0.02

0.01

0.01

0.20

0.05

0.15

0.03

0.05

0.03

0.07

0.08

0.09

0.02

0.05

1.10

0.20

0.05

0.60

0.48

1.00

1.00

0.90

0.76

1.23

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