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固體物質(zhì)的強度首選決定于它自身的組成，即組成該物質(zhì)的原子間的相互作用于熱運動。從理論上來說，組成物質(zhì)的結(jié)合鍵的鍵性越強，物質(zhì)的強度就越大。就玻璃而言，堿金屬離子含量越少、離子極性越小，玻璃網(wǎng)絡(luò)約完整，其力學(xué)性能就越好，因此石英玻璃在玻璃中具有較好的力學(xué)性能。就同種物質(zhì)的玻璃臺與晶態(tài)而言，由于玻璃態(tài)中原子的排列為無序狀態(tài)，而晶體為有序排列，玻璃的結(jié)構(gòu)相對疏松，具有較低的結(jié)合力，所以玻璃態(tài)的強度一般比晶態(tài)的低。因此，結(jié)晶態(tài)SiO₂(如石英、方石英等)以及部分硅酸晶體的強度比硅酸鹽玻璃的強度大。這也是大部分玻璃晶華后強度增大的原因之一。

從另一方面來講，微晶玻璃較高的強度也與晶界的出現(xiàn)有關(guān)。材料的斷裂由材料內(nèi)部的微裂紋引起，斷裂過程其實就是微裂紋生產(chǎn)和長大的過程。在常溫下，玻璃中微裂紋大多由于雜質(zhì)、缺陷或微不均勻區(qū)域造成應(yīng)力集中而產(chǎn)生。關(guān)于微裂紋在應(yīng)力下的擴展，可以用一個簡單的示意圖來加以說明。如圖5-27所示，5-27（a）表示兩個原子鏈的鍵斷裂形成一個微裂紋后，應(yīng)力就不在沿這條鏈傳遞，而必然通過位于裂紋端處的原子鏈，因此它傳遞了雙倍的應(yīng)力。若該鏈中結(jié)合鍵因承受不了應(yīng)力而斷裂，應(yīng)力就以三倍的大小傳遞給下一條原子鏈，這樣傳遞下去，斷裂的結(jié)合鍵越來越多，微裂紋得以不斷擴大。對于包含大量晶相的微晶玻璃來說，晶界對微裂紋的擴展影響極大。因為晶界面上的血多原子脫離了晶格的正常格點，造成其附近晶格的畸變，因此晶界具有大的自由能，相比原子正常排列的晶粒內(nèi)部，晶界的穩(wěn)定性和強度更差些。當微裂紋擴展到晶界附近，晶界上強度較低的結(jié)合鍵首先被打開，并導(dǎo)向微裂紋沿晶界發(fā)展，這就改變了微裂紋前進的方向，使得應(yīng)力與晶界逐漸平行，在這種情況下，應(yīng)力就會逐漸減小，微裂紋停止發(fā)展（圖5-28）。因此，晶界具有一定的阻擋微裂紋擴展的作用。而且，微晶玻璃中的晶粒為雜亂取向，晶界之間互成角度，微裂紋沿晶界邊緣傳遞生長的阻力就更加大。基于這一理論，材料中存在的晶界越多越密集，阻擋微裂紋擴展的作用就越明顯；材料中存在的晶界面積是由晶粒大小和數(shù)量決定的，晶粒越細小，數(shù)量越多，晶界面積就越大，反之，就越小。晶粒大小與強度的關(guān)系可由下列經(jīng)驗公式表示：

σ_b=kD^-1/2

該公式顯示強度是隨著晶粒的增大而減小的。所以細化晶粒有助于提高材料的力學(xué)性能。對基礎(chǔ)玻璃和熱處理后的各試樣進行了抗彎強度和硬度測試。抗彎強度采用三點彎曲法測得，硬度在顯微維氏硬度計上測得。其中，P1基礎(chǔ)玻璃的抗彎強度和維氏硬度分別為77.63MPa和5.14GPa,各晶化試樣的抗彎強度和維氏硬度值在圖5-29中示出。由圖可以看出，晶化后試樣的抗彎強度和硬度相對晶化溫度來說是呈一定規(guī)律變化的，但是并不是單純低隨溫度增加而增加或是隨溫度減小而減小。抗彎強度與顯微硬度呈現(xiàn)出相同的變化趨勢，在666℃之前隨溫度的增加而增大，并在666℃處出現(xiàn)較大值。之后，隨溫度的增加而減小，在這一溫度段，抗彎強度與顯微硬度的變化幅度是不同的，抗彎強度幅度減小，而顯微硬度值只是略微有減小。

從微晶玻璃與基礎(chǔ)玻璃的抗彎強度和硬度的比較上來看，晶相的析出對強度是有利的。由XRD定量分析結(jié)構(gòu)可以知道，隨著溫度升高，各試樣中方石英的含量是遞增的；同時，SEM照片顯示，隨著溫度的升高，方石英晶粒的尺寸也在增大，而數(shù)量卻呈減小的趨勢。一方面，升高溫度增加了高強度方石英相的含量，有助于提高微晶玻璃的整體強度；另一方面，升高溫度使晶粒尺寸變大，向著不利于力學(xué)性能的方向發(fā)展。這兩個因素同時在起作用，導(dǎo)致微晶玻璃力學(xué)性隨熱處理溫度的變化關(guān)系較為復(fù)雜。

由于方石英具有很高的熱膨脹系數(shù)，而殘余玻璃相由于析晶過程中堿離子大量消耗，其熱膨脹系數(shù)會在原有基礎(chǔ)上降低，所以晶相與殘余玻璃之間存在較大的熱膨脹系數(shù)差；并且，當方石英冷卻到230℃左右時，會發(fā)生α→β晶型轉(zhuǎn)變，這一相變伴隨著較大的體積小于（2.8%）。因此，方石英的析出會在玻璃體內(nèi)產(chǎn)生不同程度的內(nèi)應(yīng)力，當冷卻速率相同時，內(nèi)應(yīng)力的大小就隨著方石英的含量以及其晶粒尺寸的增大而增大。內(nèi)應(yīng)力增大的結(jié)果是玻璃內(nèi)部產(chǎn)生更多微裂紋，從而增加其脆性。眾所周知，玻璃的抗拉性能遠低于其抗壓性能。事實上，玻璃的耐壓強度要比抗張強度大十倍左右，在抗彎試驗中，試樣的下表面因受拉應(yīng)力而易于首先開裂；顯微硬度則是采用壓應(yīng)力使玻璃表面變形。由抗彎強度曲線和硬度曲線可以看出，內(nèi)應(yīng)力增大對微晶玻璃抗拉性能的影響遠比抗壓性能的影響要顯著。

從性能分析來看，微晶玻璃的熱膨脹系數(shù)主要由方石英的含量決定，受方石英晶粒大小的影響較少；當方石英的行列一定時，由晶相本身的高強度帶來的強度加和作用不再改變，這時，影響微晶玻璃強度的主要因素是晶粒的尺寸。所以晶體的生長宜采用較低的生長速率；而且，從組成角度來講，晶體生長較慢，更易于精確控制晶相含量。較理想的微晶玻璃熱處理溫度應(yīng)該是其DTA曲線上放熱峰的開始溫度，然后通過調(diào)節(jié)熱處理時間來調(diào)節(jié)晶相含量。

實驗中發(fā)現(xiàn)，P1玻璃在666℃晶化后得到的微晶玻璃的力學(xué)性能最好，但是不適合于不銹鋼封接，原因在于其方石英含量太高，熱膨脹系數(shù)高達144×10^-7/℃，與不銹鋼的熱膨脹系數(shù)不相匹配。相比之下，只有在650℃溫度下熱處理獲得微晶玻璃的熱膨脹系數(shù)與不銹鋼相近，適合與之封接，其方石英含量約為總晶相體積的35%。

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