CaO-Al2O3-SiO2玻璃显微力学性能研究

作者:陈一德; 刘树江; 周莹莹; 张厚全
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采用熔融冷却法制备了一系列钙铝硅酸盐玻璃。通过维氏压痕试验研究了玻璃的硬度和抗裂性(CR)。通过红外光谱和拉曼光谱研究了玻璃结构的变化,特别是SiO2含量和外加载荷对其变形和断裂行为的影响。在压痕实验中,玻璃的变形有两种不同的结果:塑性流动和致密化。塑性(或剪切)流动是材料的体积守恒位移,而致密化是非体积守恒的不可逆压缩,它产生一个半球形区域,密度在压痕下方增加。结果表明,当SiO2含量降低时,玻璃的原子堆积系数较大,而摩尔体积的原子堆积系数相对较低且较高。硬度从6.83GPa增加到7.22GPa(载荷为100gf),但断裂韧性较低,抗裂性相对较弱,Cr值从330gf降低到190gf。相反,SiO2含量增加后,在整个压痕过程中,SiO2参与致密化的比例越大,玻璃的致密化程度越高,抗裂性越强。这反映在退火后压痕回复率的增加上,表明还原程度更大。