無機ガラスの高靭性化に関する研究

提高无机玻璃韧性的研究

基本信息

批准号：
11875142
负责人：
曽我直弘
金额：
$ 0.38万
依托单位：
The University of Shiga Prefecture
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
1999
资助国家：
日本
起止时间：
1999 至 2000
项目状态：
已结题

项目摘要

ガラスの高靭化に関する研究はまだ緒についたばかりで,ガラスの組成系により靭性の大まかな値がどの程度になるかを把握する必要がある。また,モードI破壊における靭性以外に,最近はハードディスク基板やフラットパネルディスプレイへの要求から,スクラッチ硬度などの評価が重視されるようになってきている。そこで本研究では不活性雰囲気中,種々の温度でクラック伸長試験を行い,Subcritical crack growth挙動について,鉛ガラス、Li_2O・2SiO_2ガラスおよびソーダ石灰ガラスの比較を行った。また、同時にそれらのガラスについて,スクラッチ硬度およびビッカース硬度の測定も行った。クラック伸長挙動については,通常の溶融法で作製したガラスを加工し、中央に小孔をもつ角柱状のDCDC試験片を作製した。破壊試験機(INSTRON1362)を用い、恒温槽中で圧縮応力を負荷することによってプレクラックの生成およびクラックの伸長を行った。第III領域の破壊について得られたKrv曲線の結果を,v=Aexp{(-E^*+bK_<I2>)/RT}の式でフィッティングしたところ,見かけの活性化エネルギーであるE^*の組成依存性から,第III領域での破壊はガラス構成元素の拡散やクラック先端付近の流動変形によって律速されるのではなく,クラック伸長における結合開裂反応の反応律速であることが判明した。また,瞬間破壊の破壊靭性値が,第III領域の破壊の挙動を基にして,前記の式のE^*/bによって予測可能なことが判明した。また、スクラッチ硬度およびビッカース硬度の測定も含め,鉛ガラスが最も脆く,逆にLi_2O・2SiO_2ガラスは高靭性でソーダ石灰ガラスはその中間に位置することが判明した。さらに,スクラッチ硬度は,第III領域での低速亀裂進展,破壊靭性値,ヤング率,ビッカース硬度などと比較して,大きな組成依存性を示すことがわかった。

提高玻璃韧性的研究仍处于起步阶段，有必要根据玻璃成分了解韧性的近似值。除了 I 型断裂韧性之外，由于硬盘基板和平板显示器的需求，诸如划痕硬度等评估最近也变得很重要。因此，本研究在惰性气氛中进行了不同温度下的裂纹扩展试验，比较了铅玻璃、Li_2O·2SiO_2玻璃和钠钙玻璃的亚临界裂纹扩展行为。同时，还测量了这些玻璃的划痕硬度和维氏硬度。关于裂纹伸长行为，通过加工使用传统熔化方法制造的玻璃来制造中心有小孔的棱柱形 DCDC 样品。使用破坏性试验机（INSTRON1362），产生预裂纹，并通过在恒温槽中施加压应力来拉长裂纹。当将 III 区破坏得到的 Krv 曲线结果用公式 v=Aexp{(-E^*+bK_<I2>)/RT} 拟合时，表观活化能 E^* 由成分依赖性可知，发现III区的断裂不是由玻璃组成元素的扩散或裂纹尖端附近的流动变形决定速率的，而是由裂纹扩展过程中的键断裂反应决定速率的。进一步发现，根据III区的断裂行为，可以通过上式中的E^*/b来预测瞬时断裂的断裂韧性值。另外，划痕硬度和维氏硬度的测量表明，铅玻璃最脆，而Li_2O·2SiO_2玻璃韧性较高，钠钙玻璃居中。此外，还发现与III区缓慢裂纹扩展、断裂韧性值、杨氏模量、维氏硬度等相比，划痕硬度表现出较大的成分依赖性。