Some aspects of strength characteristics of glass

Abstract

Strength characteristics of glasses are reviewed with some new aspects, emphasizing their specific features different from those of polycrystalline ceramic materials. The absence of any strength-controlling, structurally inherent defects in glass discriminates between the pristine strength on the GPa order and the practical strength controlled by the presence of surface flaws externally induced. For investigating the nature of the pristine strength, hydrofluoric-acid etching of glass samples having a definite indentation is shown to be quite useful to get consistent experimental results. Some experimental examples clarify the degradation mechanism in glass strength when heated or coated with thin films as well as the fatigue nature of the pristine strength. In evaluating the practical strength of glass, the strength-degrading effect of blisters and strengthening by providing surface compressive stress are discussed. A strength scale of glass and glass ceramics is given. Die Festigkeitskriterien bei Gläsern werden an Hand einiger neuer Gesichtspunkte unter Berücksichtigung besonderer Merkmale bewertet, die von denen polykristalliner keramischer Materialien abweichen. Das vollständige Fehlen von festigkeitsbeeinflussenden natürlichen Strukturfehlern in Glas führt zu einer Unterscheidung zwischen der Ausgangsfestigkeit in der Größenordnung von GPa und der praktischen Festigkeit, die durch nachträglich verursachte Oberflächenfehler bestimmt wird. Zur Untersuchung der Ausgangsfestigkeit mit dem Ziel, übereinstimmende Versuchsergebnisse zu erhalten, hat sich die Methode bewährt, Glasproben mit definierten Oberflächenfehlern zunächst in Flußsäure zu ätzen. Einige experimentelle Beispiele erklären sowohl die Ursache für die Abnahme der Glasfestigkeit, wenn das Glas erwärmt oder mit dünnen Schichten versehen wird, als auch die Verringerung der Ausgangsfestigkeit durch Ermüdung. Zur Beurteilung der praktischen Festigkeit von Glas werden der festigkeitsmindernde Einfluß von Blasen und die Festigkeitssteigerung durch Erzeugung einer Oberflächendruckspannung diskutiert. Eine Festigkeitstabelle von Glas und Glaskeramik wird aufgestellt.