J.Am.Ceram.Soc: 对于化教强化铝硅酸盐玻璃裂纹萌去世及扩大动做的新去世谙 – 质料牛

发布时间：2025-04-04 03:42:55 来源： 作者：重大发现

【引止】

化教强化铝硅酸盐玻璃做为制备电子配置装备部署触摸屏战飞机风挡玻璃的对大动尾要质料，其抵抗概况裂纹萌去世及扩大才气与其强度及操做牢靠性相互闭注。于化盐玻压痕法是教强及扩钻研概况裂纹萌去世及扩大动做的实用格式。压痕历程产去世的化铝多种裂纹中，径背裂纹被感应是硅酸克制质料强度的尾要裂纹，钻研径背裂纹萌去世及扩大动做对于指面化教强化玻璃制备、璃裂后退玻璃强度有尾要意思。纹萌古晨小大部份有闭压痕裂纹萌去世及扩大动做的去世钻研均基于轴线与里夹角（centerline-to-face angle）为68°的四棱锥维氏压头（Vickers Indenter）战65.3°的三棱锥玻氏压头（Berkovich Indenter）。可是做的质料，维氏压头与玻氏压头对于质料存正在固有的新去尺寸限度，其产去世裂纹的世谙门槛值较下，当压进载荷低于门槛值时，对大动出法产去世裂纹，于化盐玻一旦载荷下于此门槛值，教强及扩裂纹会锐敏扩大，化铝因此被测样品尺寸需短缺小大。此外，较下的门槛值导致压进载荷后退，组成压进深度删小大，出法钻研质料概况的裂纹萌去世及扩大动做。克制门槛值带去的质料尺寸限度的格式之一是删减压头的犀利水仄，即回支轴线与里夹角更小的坐圆角压头（Cube-corner Indenter）。坐圆角压头轴线与里夹角仅为35.3°，其压头体积比维氏及玻氏压头小三倍中间，正在不同载荷下可能约莫产去世更小大的应力战应变。因此，质料正在座圆角压头下的裂纹萌去世门槛值赫然降降，更相宜于钻研小尺寸样品或者质料表层的力教动做。

前期有闭玻璃裂纹萌去世及扩大动做的小大部份钻研均基于本片玻璃战维氏压头，而对于化教强化铝硅酸盐玻璃正在座圆角压头下的裂纹萌去世动做的清晰赫然不敷。此外，对于由浮法玻璃空气里战锡里挨算及组分不开导致的裂纹萌去世动做的好异也贫乏深入的去世谙。

【功能简介】

远日，去自北京航空质料钻研院的颜悦钻研员收导的航空透明件钻研团队正在J.Am.Ceram.Soc.上以Full-length Article的模式宣告了一篇题为“New insights into nanoindentation crack initiation in ion-exchanged sodium aluminosilicate glass”的文章。该文章中钻研职员起尾去世少了基于坐圆角压头的化教强化铝硅酸盐玻璃概况裂纹萌去世驱能源的合计模子。而后回支纳米压痕足艺患上到了玻璃的径背裂纹萌去世门槛值战裂纹少度，经由历程本位扫描探针系统患上到了玻璃空气里战锡里的压痕形貌。钻研收现回支坐圆角压头妨碍压痕魔难魔难时，本片铝硅酸盐玻璃径背裂纹萌去世门槛值下于化教强化铝硅酸盐玻璃，压进载荷较小大时，本片铝硅酸盐玻璃概况径背裂纹少度赫然小大于化教强化铝硅酸盐玻璃，申明概况压应力可能约莫赫然抑制径背裂纹扩大；同时收现铝硅酸盐玻璃空气里径背裂纹萌去世门槛值下于锡里。最后钻研职员凭证断裂韧性模子合计了化教强化铝硅酸盐玻璃概况盈利应力值，初次给出了开用于坐圆角压头的裂纹中形参数，合计下场与光弹法丈量下场吻开的很好。该文章的第一做者为李晓宇专士，通讯做者为颜悦钻研员、姜良宝下工战帝国理工教院John Dear教授。

【图文导读】

图1 化教强化铝硅酸盐玻璃概况压应力（a）战应力层深度（b）随离子交流时候的修正

（a）概况压应力随离子交流时候的修正

（b）应力层深度随离子交流时候的修正

图2 本片铝硅酸盐玻璃战化教强化铝硅酸盐玻璃的典型压痕载荷-位移直线

（a）坐圆角压头

（b）玻氏压头

图3 本片铝硅酸盐玻璃战化教强化12 h铝硅酸盐玻璃空气里典型压痕形貌图

图4 化教强化先后径背裂纹萌去世多少率随压痕载荷的修正

（a）本片玻璃空气里

（b）本片玻璃锡里

（c）强化12h玻璃空气里

（d）强化12h玻璃锡里

（e）强化48h玻璃空气里

（f）强化48h玻璃锡里

图5 径背裂纹萌去世门槛值随化教强化时候的修正

图6 压进载荷为9.5 mN时径背裂纹少度随化教强化时候的修正

图7 本片铝硅酸盐玻璃战化教强化铝硅酸盐玻璃的硬度战杨氏模量随离子交流时候的修正

（a）硬度随离子交流时候的修正

（b）杨氏模量随离子交流时候的修正

图8 径背裂纹驱能源正在压痕魔难魔难历程中的修正

（a）fE/H=0

（b）fE/H=0.073

（c）fE/H=0.126

（d）fE/H=0.440

【小结】

该团队去世少了化教强化铝硅酸盐玻璃概况裂纹萌去世驱能源的合计模子，并初次提出了开用于坐圆角压头的裂纹中形参数。系统掀收了化教强化铝硅酸盐玻璃概况裂纹萌去世及扩大动做。钻研下场拷打了财富界战教术界对于化教强化铝硅酸盐玻璃裂纹萌去世及扩大动做的清晰战去世谙，对于提降铝硅酸盐玻璃废品的牢靠性战斥天下强度玻璃具备尾要的科教价钱。

文献链接：New insights into nanoindentation crack initiation in ion-exchanged sodium aluminosilicate glass（J.Am.Ceram.Soc，2018，DOI:10.1111/jace.15465）

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