Impact of structure and relaxation on fatigue and micromechanical properties of oxide glasses - the role of volatiles and bonding state

结构和松弛对氧化物玻璃疲劳和微机械性能的影响——挥发物和键合状态的作用

基本信息

  • 批准号:
    224489083
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    德国
  • 项目类别:
    Priority Programmes
  • 财政年份:
    2012
  • 资助国家:
    德国
  • 起止时间:
    2011-12-31 至 2019-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

As subcritical crack growth (SCCG) can reduce tensile strength of glasses by many orders of magnitude, the potential for improvement of fatigue behaviour is most intriguing in developing ultra-strong glasses. An essential bottleneck is the basic understanding of the numerous interplaying pressure- temperature- and water- affected relaxation phenomena at the crack tip and related toughening strategies.Therefore, the present proposal aims to advance the basic understanding of structural relaxation effects and local properties caused by increased volatile concentration and tensile stresses at the crack tip. For this sake, glass topology will be designed physically by preparation of glasses of different P-T histories as well as compositionally by incorporation of volatiles (the focus will be on H2O) into the compressed glass structure. Both are expected to have a strong influence on the viscoelastic properties (complex moduli) of the near-tip glass structur.Therefore the project is composed in the first funding period by three interrelated experimental tasks: Task 1) Synthesis of glasses with different volatile contents and different P-T histories and characterization of structural and bulk mechanical properties of the glasses, Task 2) Studies of sub-Tg relaxation processes in these glasses by mechanical spectroscopy, Task 3) Experimental investigation of crack formation and propagation using in situ and ex situ (indentation) techniques. Cooperation within SPP 1594 will provide basis to implement time-dependent viscoelastic properties into theoretical descriptions of fracture mechanics and will deliver sub-Tg onset temperatures for modelling topological constraints down to room temperature. The project aims therefore to advance the basic understanding of the local relaxation mechanism controlling SCCG and micro-mechanical properties in oxide glasses as they are a key for structural toughening designs to develop SCCG-free glasses and glass surfaces.
由于亚临界裂纹增长(SCCG)可以降低玻璃的拉伸强度的许多数量级,疲劳行为的改善潜力是最有趣的发展超强玻璃。一个重要的瓶颈是对裂纹尖端的许多相互作用的压力-温度-和水影响的弛豫现象和相关的增韧策略的基本理解,因此,本建议的目的是推进对结构弛豫效应和局部性质的基本理解所引起的增加的挥发物浓度和裂纹尖端的拉伸应力。为此,将通过制备不同P-T历史的玻璃以及通过将挥发物(重点将是H2O)掺入压缩玻璃结构中来在组成上设计玻璃拓扑结构。这两个预期有很大的影响粘弹性能因此,该项目在第一个供资期由三个相互关联的实验任务组成:任务1)合成具有不同挥发物含量和不同P-T历史的玻璃,并表征玻璃的结构和整体机械性能,任务2)通过力学光谱研究这些玻璃中的亚Tg弛豫过程,任务3)使用原位和非原位(压痕)技术实验研究裂纹形成和扩展。SPP 1594内的合作将提供基础,以实现随时间变化的粘弹性到断裂力学的理论描述,并将提供亚Tg的起始温度建模拓扑约束下降到室温。因此,该项目旨在推进对控制氧化物玻璃中SCCG和微观机械性能的局部弛豫机制的基本理解,因为它们是开发无SCCG玻璃和玻璃表面的结构钢化设计的关键。

项目成果

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