固體物質(zhì)的強(qiáng)度主要由各質(zhì)點(diǎn)的鍵強(qiáng)及單位體積內(nèi)鍵的數(shù)目來決定。對(duì)不同化學(xué)成分的玻璃來說,其結(jié)構(gòu)間的鍵力及黨委體積內(nèi)的鍵數(shù)是不同的,因此強(qiáng)度的大小也不同。例如橋氧與非橋氧所形成的鍵,其強(qiáng)度不同。石英玻璃中的O2-全部為橋氧,Si-O鍵力很強(qiáng),因此石英玻璃的強(qiáng)度最高。對(duì)于非橋氧離子來講,O2-與R2+形成的鍵比與R+形成的鍵鍵強(qiáng)要打,因此含有大量R+的玻璃強(qiáng)度最低。單位體積內(nèi)的鍵數(shù)也即結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的疏密程度,結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)稀疏,強(qiáng)度就低。一般玻璃隨成分的變化,其強(qiáng)度在(3.5~9.0)×101MPa間波動(dòng)。
在玻璃中加入少量Al2O3,由于Al3+可以奪取非橋氧形成[AlO4]四面體,把斷裂的Si-O網(wǎng)絡(luò)重新連接起來,使結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)緊密,玻璃強(qiáng)度提高。同樣在玻璃中引入B2O3(質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%以下),由于[BO4]的下哦夢工廠。結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)緊密,強(qiáng)度提高。此外CaO、BaO、PbO、ZnO等對(duì)強(qiáng)度提高的作用也較大,MgO、Fe2O3等對(duì)抗張強(qiáng)度的影響不大。
各氧化物對(duì)玻璃抗張強(qiáng)度的提高作用次序是:CaO>B2O3>Al2O3>PbO>K2O>Na2O>(MgO、Fe2O3)
各氧化物對(duì)玻璃抗壓強(qiáng)度的提高次序是:
Al2O3>(SiO2、MgO、ZnO)>B2O3>Fe2O3>(BaO、CaO、PbO)>Na2O>K2O
括弧中的成分作用大致相同。
玻璃的抗張強(qiáng)度σF和抗壓強(qiáng)度σC可按加和法則用式(1)、式(2)計(jì)算:
σF=ω1F1+ω2F2+…+ωnFn——(1)
σc=p1C1+p2C2+…+pnCn——(2)
式中:ω1、ω2、…ωn——玻璃中各氧化物成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù);
F1、F2…Fn——各氧化物成分的抗張強(qiáng)度計(jì)算系數(shù);
C1、C2…Cn——各氧化物成分的抗壓強(qiáng)度計(jì)算系數(shù)。
這些計(jì)算系數(shù)列于下表中,應(yīng)當(dāng)指出由于影響玻璃強(qiáng)度的因素較多,因而計(jì)算所得的強(qiáng)度精度較差,僅有參考價(jià)值,應(yīng)以測試結(jié)構(gòu)為依據(jù)。
系數(shù) |
氧化物 |
|||||||||||
Na2O |
K2O |
MgO |
CaO |
BaO |
ZnO |
PbO |
Al2O3 |
As2O3 |
B2O3 |
P2O5 |
SiO2 |
|
抗張強(qiáng)度 抗壓強(qiáng)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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