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玻璃的應力直接影響到玻璃的強度。玻璃的熱炸裂是由于熱應力過大而引起的；玻璃的受擊破裂是由于玻璃受到機械沖擊力或撞擊力而產生的機械應力過大而導致的；玻璃的自爆是由于玻璃內部應力過大所致，另外，由于熱鋼化或化學鋼化而使玻璃的強度增加，則是由于玻璃的表面壓應力的增加所致。所以，玻璃的應力與強度有著密不可分的關系。本文將從玻璃應力的角度，討論玻璃的強度以及與之相關的其它性質。

1、玻璃的應力與玻璃強度之間的關系

1.1玻璃的應力與玻璃的強度

玻璃幾乎是一種理想的彈性材料，所以可以用線彈性斷裂力學的理論來描述玻璃的力學行為。在線彈性斷裂力學中，可以通過觀察斷裂現象來研究機械材料的行為。如果應力強度因子K_I由于裂紋尖端部位的張應力σ_n達到了臨界值 時，玻璃就會發生斷裂。這里的應力強度因子是反映裂紋尖端彈性應力場強弱的物理量，與裂紋幾何尺寸及應力有關，并可以用多種方法（解析法、有限元計算、實驗標定等）計算特定裂紋的應力強度因子。應力強度因子的單位是MPa·m^1/2或MN·m^-3/2。對于張開型裂紋（外加正應力使裂紋面張開）可以用下式表示：

K_I=Yσ_n（πα）^1/2——（1）

式中：

K_I——應力強度因子；

σ_n——與裂紋平面相垂直的標稱張應力；

Y—修正系數；

α—幾何參數，如裂紋深度或裂紋長度的一半。

當K_I≥K_IC時，玻璃就會發生瞬間斷裂 。

K_IC為臨界應力強度因子或斷裂韌度

應力強度因子與斷裂速度V(da/dt）之間的關系可以用（2）式表示：

V=V₀(K_I/K_IC)ⁿ——（2）

或 log（V）= nlog（K_I）+ log（V₀K^-n_IC）——（3）

其中V₀與n是與環境條件（濕度、溫度、介質）、玻璃的化學成分以及應力荷載速度有關的物理量。

以應力強度因子 的對數值為橫坐標，以斷裂速度V 的對數值為縱坐標作圖，如圖1所示。

圖1中的I區，可以用來預測玻璃的使用壽命。II區和III區在預測玻璃的使用壽命方面可以忽略不計。

1.2 玻璃的壓應力與玻璃的強度

一般來講，玻璃的抗彎曲強度σ_b與玻璃的表面壓應力σ_a之間存在如下關系：

σb=σa+kσa

式中：

σa——退火浮法玻璃的強度；

k——經驗系數。

浮法白玻的強度與表面壓應力之間也存在著線性關系，見圖2。

采用四點彎曲法（圖3）測定浮法玻璃的抗彎曲強度，然后再測定浮法玻璃下表面的殘余應力，測試數據列于表1。

2 太陽輻射熱應力對玻璃強度的影響

當玻璃受到太陽輻射后，一部分能量被玻璃板表面反射，一部分能量被玻璃板吸收，還有一部分能量透過玻璃板。被玻璃板吸收的那部分能量會轉化為熱能而使玻璃板的溫度升高。如果玻璃板是均勻受熱，或玻璃板因溫度升高而引起的熱膨脹不受外部機械裝置的局限，或支撐玻璃板的支架能夠調節因熱膨脹而引起的體積變化，就不會有熱應力產生。但是，單片退火窗用玻璃一般都被鑲嵌在窗框內。當窗玻璃的中心部位受到太陽輻射后，由于邊部被遮擋或邊部處于陰涼處，使得玻璃板的受熱不均，導致熱應力。在這種熱應力恰遇邊部有缺陷時，就可能造成玻璃板的熱破裂。例如在嚴冬季節，夜晚溫度極低，玻璃板相對于室內外溫度達到熱平衡。到了日出以后，受到陽光照射的玻璃板區域因溫度升高而膨脹，導致窗框內的玻璃板四周處于拉伸狀態（張應力），這種拉伸力平行于玻璃板的邊部。如果玻璃板邊部存在微裂紋，當拉伸力達到臨界值時，玻璃板就會有破裂的危險。

3 應力腐蝕對玻璃強度的影響

玻璃的應力腐蝕是玻璃在拉應力（張應力）集中和特定腐蝕環境的共同作用下發生腐蝕裂紋擴展甚至斷裂的現象。玻璃表面有微裂紋存在時，這種微裂紋起到了應力集中的作用，在裂紋的尖端，應力值比無裂紋部位大得多，隨著時間的推移，裂紋會逐漸變大，直至斷裂。影響應力腐蝕的環境因素有濕度、溫度、玻璃化學組成等。圖5~圖7 是不同的環境濕度、溫度以及不同玻璃化學組成條件下玻璃應力腐蝕速度的響應曲線。從圖5可以看出，濕度越大，應力腐蝕速度越快。這是因為水分子能夠使玻璃的硅氧網絡鍵斷開的緣故。由圖6可見，應 力強度因子降低，裂紋擴散速度增加。這是因為溫度高，體系能量增加，當能量接近或超越裂紋擴散或生長的激活能時，會加快裂紋的擴散速度速度大，這是因為鈉鈣硅玻璃中堿金屬離子含量較高的緣故。

4 應力對玻璃的碎片狀態的影響

玻璃的碎片狀態是玻璃中儲存能量的函數，也就是殘余應力和荷載應力的函數。由實驗可以看出，鋼化玻璃破碎后，玻璃碎片最小，基本為小于1 cm的顆粒，對人體的傷害最小，這就是為什么稱這種玻璃為安全玻璃的緣故。鋼化玻璃的碎片最小的原因就是這類玻璃中的殘余應力最大。