Impact of structure and relaxation on fatigue and micromechanical properties of oxide glasses - the role of volatiles and bonding state
Final Report Abstract
Im Berichtszeitraum wurden zuvor begonnene Arbeiten zu trockenen Gläsern komplettiert, ausgewertet und publiziert. Dabei wurden Untersuchungen zum unterkritischen Risswachstum in Luft, zur hydrolytischen Beständigkeit, zum unterkritischen Risswachstum im Vakuum sowie zur inneren Reibung durchgeführt, um erste Hinweise struktureller Designprinzipien hochfester Oxidgläser abzuleiten. Die Ergebnisse zeigen, dass Risswachstum in Glas an Luft (Bereich I) nicht mit der hydrolytischen Beständigkeit korreliert. Dies ist insofern plausibel, als dass beim Risswachstum spannungsinduzierte Diffusion die Korrosion zusätzlich beeinflusst, wogegen dieser Effekt bei der spannungsfreien Bestimmung der hydrolytischen Beständigkeit nicht erfasst wird. Der Einfluss stressinduzierter diffusiver Prozesse auf die Risswachstumsgeschwindigkeit wird durch die gefundene Korrelation zwischen dem Risswachstumsexponenten, n, dem Anstieg der logarithmischen Risswachstumskurve log v(KI^n) und dem Ionen-Anteil an Netzwerkwandlern im Glas nahegelegt. Die Untersuchungen zum inerten Risswachstum im Vakuum (Bereich III) deuten darauf hin, dass sich feste Gläser (a) durch eine günstige Kombination von hohen Werten für E und γS sowie (b) gleichzeitig durch das Fehlen von Effekten der Bruchflächenenergie senkenden Anreicherung von Netzwerkwandlern an der Rissflanke bei dennoch vorhanden oder zumindest überwiegenden energiedissipativen Effekten auszeichnen. Während (a) plausibel ist und Gläser mit hohen Bindungsstärken sowie hoher Packungsdichte favorisiert werden, ist (b) komplex. So kann die Präsenz von Na sowohl zu seiner Anreicherung an der Rissflanke führen und so γS senken, zugleich aber auch zur Energiedissipation beim Rissfortschritt beitragen, wie das durch seinen Effekt auf die innere Reibung nahegelegt wird. Die bisher vorliegenden Untersuchungen weisen auf einen günstigen Effekt von Netzwerkwandlern hoher Feldstärke hin. Es sind aber auch Hinweise auf den möglichen Effekt struktureller Heterogenitäten gefunden worden.
Publications
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Crack growth in borate and silicate glasses: Stress-corrosion susceptibility and hydrolytic resistance. Journal of Non-Crystalline Solids, 551(c(2021, 1)), 120414.
Waurischk, T.; Müller, R.; Behrens, H. & Deubener, J.
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Vacuum crack growth in alkali silicate glasses. Journal of Non-Crystalline Solids, 572(c(2021, 11)), 121094.
Waurischk, T.; Reinsch, S.; Rouxel, T.; Behrens, H.; Deubener, J. & Müller, R.
