Effect of lithium-to-magnesium ratio in metaphosphate glasses on crack-tip condensation and sub-critical crack growth
Effect of lithium-to-magnesium ratio in metaphosphate glasses on crack-tip condensation and sub-critical crack growth
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偏磷酸盐玻璃中锂镁比对裂纹尖端凝聚和亚临界裂纹扩展的影响
DOI：
10.1016/j.jnoncrysol.2013.04.063
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发表时间：
2013
影响因子：
3.5
通讯作者：
J. Deubener
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
S. Striepe;J. Deubener
通过在潮湿条件（RH=50%和RH=65%）和干燥氮气气氛（RH=0.01%）下进行维氏压痕，在一系列不同锂镁比的锂镁偏磷酸玻璃中引发角裂纹。观察每个裂纹的扩展长达 240 小时。在潮湿环境中，裂纹尖端30μm以下的水会发生明显的凝结，导致开裂裂纹长度减小，而在干燥氮气气氛中则不存在这种现象。在裂纹尖端冷凝 (CTC) 动力学以及无裂纹玻璃样品的增重实验中观察到时间依赖性的平方根。缓慢的裂纹扩展和 CTC 取决于玻璃的锂镁比，并显示出与线性成分趋势的负偏差。对于锂镁比 >2:1 的玻璃，CTC 偏差最大，表明超出电荷中性的混合移动离子效应，而抗疲劳性在等电荷浓度下表现出最大值。另一方面，发现硬度和杨氏模量与可加性的正偏差表明混合Li+和Mg2+离子的玻璃组合物对弹性和塑性变形的抵抗力增加。
Corner cracks were initiated in a series of lithium–magnesium-metaphosphate glasses with different Li-to-Mg ratios by performing Vickers indentation under humid conditions (RH=50% and RH=65%) and in dry nitrogen gas atmosphere (RH=0.01%). Propagation of each crack was observed up to 240h. Distinct condensation of water at the crack-tip up to 30μm occurred in humid environments, which led to a decrease in open crack length, while in dry nitrogen gas atmosphere this phenomenon was absent. A square root of time dependence was observed for the crack-tip condensation (CTC) kinetics as well as for weight gain experiments on crack-free glass specimens. Slow crack growth and CTC were dependent on the Li-to-Mg ratio of the glasses and showed a negative deviation from a linear compositional trend. Deviation of CTC was largest for glasses of Li-to-Mg ratio >2:1 indicating a mixed mobile ion effect beyond charge neutrality, while the fatigue resistance exhibited a maximum at concentrations of equal charge. On the other hand a positive deviation from additivity was found for hardness and Young's modulus indicating increased resistance against elastic and plastic deformation for glass compositions of mixed Li+and Mg2+ions.
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