研究目的
研究一系列钠含量固定的四元Na2O-Al2O3-B2O3-SiO2系统玻璃的力学性能，旨在增进对氧化物玻璃中成分-结构-力学性能关系的理解。
研究成果
铝硼硅酸钠玻璃的力学性能表现出显著的成分依赖性，在考虑网络拓扑结构时，其弹性模量和硬度可通过半经验模型进行预测。断裂韧性与实验值和预测值之间存在较大偏差，表明需要改进模型以考虑裂纹路径和键强度的变化。在特定成分中观察到最高的韧性，但更全面的数据对于建立综合预测模型是必要的。
研究不足
该研究仅限于具有固定碱含量的特定组分范围；合成过程中Na2O和B2O3的挥发可能导致偏差；断裂韧性测量耗时且仅对六种组分进行；结构模型中的假设可能无法完全反映真实行为；基于压痕的韧性测量可能不可靠，因为存在复杂的应力场和依赖组分的变形机制。
1：实验设计与方法选择：
本研究采用传统熔融淬冷法合成二十种不同玻璃组分，随后通过差示扫描量热法（DSC）、阿基米德原理测密度、超声回波法测弹性模量、维氏压痕法测硬度以及单边预裂纹梁（SEPB）法测断裂韧性进行表征。将组分趋势与现有物理模型预测值进行对比分析。
2：样品选择与数据来源：
样品由SiO2、Al2O3、H3BO3和Na2CO3化学试剂制备，标称组分列于表中。其中一种组分取自先前研究。
3：Al2OH3BO3和Na2CO3化学试剂制备，标称组分列于表中。其中一种组分取自先前研究。 实验设备与材料清单：
3. 实验设备与材料清单：设备包括电炉（Entech）、铂铑坩埚、DSC 449C（Netzsch）、分析天平、超声测厚仪（38DL Plus，奥林巴斯）、维氏压痕仪（CB500，纳诺维亚）、压痕仪（VMT-7S，松泽）、压电位移驱动器（N-216 NEXLINE?线性驱动器，物理仪器公司）、激光干涉位移传感器（LK-G5000配LK-H008W头传感器，基恩士公司）及载荷传感器（MS02，斯凯姆）。材料包括SiO2（SigmaAldrich，>99.5%）、Al2O3（SigmaAldrich，>99.5%）、H3BO3（霍尼韦尔，>99.5%）、Na2CO3（霍尼韦尔，>99.5%）、乙醇、碳化硅砂纸、金刚石悬浮液、铂铑坩埚、黄铜板、WC夹具、碳化硅推杆及碳化硅滚轮。
4：5%）、Al2O3（SigmaAldrich，>5%）、H3BO3（霍尼韦尔，>5%）、Na2CO3（霍尼韦尔，>5%）、乙醇、碳化硅砂纸、金刚石悬浮液、铂铑坩埚、黄铜板、WC夹具、碳化硅推杆及碳化硅滚轮。 实验流程与操作步骤：
4. 实验流程与操作步骤：玻璃经熔融、均化、淬冷及退火处理。通过DSC测定玻璃化转变温度Tg。采用阿基米德原理测量密度。超声回波法使用20MHz换能器的脉冲回波技术。维氏压痕在1N载荷下进行光学成像分析。SEPB法通过压痕诱导预裂纹，经桥接压缩和三点弯曲测试测定断裂韧性。
5：数据分析方法：
数据分析包括根据声速与密度计算弹性模量、由压痕对角线长度计算硬度、通过载荷-挠度曲线采用断裂功法或最大载荷法计算断裂韧性。统计技术涉及多次测量取平均值及误差估算。
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Ultrasonic thickness gauge
38DL Plus
Olympus
Used to determine longitudinal and transverse sound wave velocities through specimens.
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Piezoelectric displacement actuator
N-216 NEXLINE? Linear Actuator
Physik Instrumente
Used in the three-point bending setup for mechanical testing.
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DSC
449C
Netzsch
Used for differential scanning calorimetry experiments to determine glass transition temperature.
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Vickers indentation apparatus
CB500
Nanovea
Used for Vickers indentation cycles to determine hardness.
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Indentation apparatus
VMT-7S
Matsuzawa
Used for indentation to induce precracks in SEPB specimens.
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Laser interferometer displacement sensor
LK-G5000
Keyence Corporation
Used with head sensor LK-H008W for displacement measurement in three-point bending.
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Load cell
MS02
Scaime
Used to measure load in three-point bending experiments.
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Electric furnace
Entech
Used for melting and homogenizing glass batches.
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Pt-Rh crucible
Used for melting glass mixtures.
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Analytical balance
Used for weighing specimens in air and ethanol for density measurement.
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SiC paper
Used for grinding and polishing specimens.
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Diamond suspension
1 μm
Used for polishing specimens to an optical finish.
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WC fixture
Used for bridge compression to induce precracks in SEPB specimens.
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SiC pusher
Used to load the fixture during bridge compression.
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SiC rollers
Used as supports in the three-point bending setup.
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