固體物質的強度主要由各質點的鍵強及單位體積內鍵的數目來決定。對不同化學成分的玻璃來說,其結構間的鍵力及黨委體積內的鍵數是不同的,因此強度的大小也不同。例如橋氧與非橋氧所形成的鍵,其強度不同。石英玻璃中的O2-全部為橋氧,Si-O鍵力很強,因此石英玻璃的強度最高。對于非橋氧離子來講,O2-與R2+形成的鍵比與R+形成的鍵鍵強要打,因此含有大量R+的玻璃強度最低。單位體積內的鍵數也即結構網絡的疏密程度,結構網絡稀疏,強度就低。一般玻璃隨成分的變化,其強度在(3.5~9.0)×101MPa間波動。
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網絡重新連接起來,使結構網絡緊密,玻璃強度提高。同樣在玻璃中引入B2O3(質量分數15%以下),由于[BO4]的下哦夢工廠。結構網絡緊密,強度提高。此外CaO、BaO、PbO、ZnO等對強度提高的作用也較大,MgO、Fe2O3等對抗張強度的影響不大。
各氧化物對玻璃抗張強度的提高作用次序是:CaO>B2O3>Al2O3>PbO>K2O>Na2O>(MgO、Fe2O3)
各氧化物對玻璃抗壓強度的提高次序是:
Al2O3>(SiO2、MgO、ZnO)>B2O3>Fe2O3>(BaO、CaO、PbO)>Na2O>K2O
括弧中的成分作用大致相同。
玻璃的抗張強度σF和抗壓強度σC可按加和法則用式(1)、式(2)計算:
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量分數;
F1、F2…Fn——各氧化物成分的抗張強度計算系數;
C1、C2…Cn——各氧化物成分的抗壓強度計算系數。
這些計算系數列于下表中,應當指出由于影響玻璃強度的因素較多,因而計算所得的強度精度較差,僅有參考價值,應以測試結構為依據。
系數 |
氧化物 |
|||||||||||
Na2O |
K2O |
MgO |
CaO |
BaO |
ZnO |
PbO |
Al2O3 |
As2O3 |
B2O3 |
P2O5 |
SiO2 |
|
抗張強度 抗壓強度 |
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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