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所謂材料的理論輕度，就是從不同的理論角度來分析材料所能承受的最大應力或分離原子（離子或分子）所需的最小應力。其值決定于原子間的鍵強度。但這只適用于不存在任何缺陷的情況。
玻璃的理論強度可通過不同的方式進行計算，其值大致為（1.0~1.5）×104MPa。由于晶體和無定形物質的復雜性，物質的理論強度可近似地按σth=x·E計算。E為彈性模量，x為與物質結構和鍵型有關的常數，一般x=0.1～0.2。按此式計算，石英玻璃的理論強度為1.2×104MPa。下表列出一些玻璃材料的彈性模量、理論強度與實際強度的比較數據。
|
材料名稱 |
鍵型 |
彈性模量 E/×104MPa` |
系數x |
理論強度 σth=x·E /×104MPa |
實際強度/MPa |
理論/實際 |
|
石英玻璃纖維 |
離子-共價鍵 |
12.4 |
0.1 |
1.24 |
10500 |
1.18 |
|
玻璃纖維 |
離子-共價鍵 |
7.2 |
0.1 |
0.72 |
2500 |
2.88 |
|
塊狀玻璃 |
離子-共價鍵 |
7.2 |
0.1 |
0.72 |
10 |
72.00 |
|
氯化鈉 |
離子 |
4.0 |
0.06 |
0.24 |
4.4 |
545.00 |
|
有機玻璃 |
共價鍵 |
0.5 |
0.1 |
0.05 |
12 |
42.00 |
|
鋼 |
金屬鍵 |
20.0 |
0.15 |
3.00 |
1500 |
20.00 |
玻璃的實際強度通常要比理論強度低很多，一般為（3～15）×101MPa，理論強度相差2～3個數量級。這是疑問玻璃強度不僅與化學鍵強度有關，還與玻璃的脆性、玻璃中表面微裂紋、內部不均勻及缺陷的存在造成應力集中有關，其中表面微裂紋對玻璃強度的溫度尤為嚴重。
用一塊邊緣有深度為a的微裂紋平板，在平板的縱向加上一個拉應力σ0，使裂紋處于應力內，見圖4.23.當微裂紋尖端向前擴展時，在擴展方向上距離為r處的應力σr如式下式為：
σr=2σ0——①
式①指出，裂紋尖端附件所受的應力要比σ0大得多，存在明顯的應力集中現象。當σr達到玻璃的強度極限時，玻璃即斷裂。設r為原子間距的大小程度，即r=2×10-10m，則當微裂紋尺寸a控制在原子間距離的水平，按式①此時σr≈σ0，材料強度可大大理論值，這在實際上是很難做到的。當微裂紋深度σ=1μm時，按式①可得σr=100σ0，則材料的強度實際上已降低了1/100左右。如果說對一定的玻璃試樣，無論是斷裂時起決定左右的距離r還是出現的應力σr都是固定值的話，那么式①中的乘積σ0
也是常數。這說明材料斷裂時能承受的拉應力σ0與斷裂深度a的平方根成反比，這已為實驗所證明。
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張浩 [銷售經理]