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Direct connection between secondary relaxation mode and fracture toughness in alkali-aluminosilicate glasses

  • Oxide glasses are intrinsically brittle, lacking sufficient atomic-scale mechanisms that can relax mechanical stresses in the vicinity of a propagating crack. As a result, fracture is typically well-captured by considering local bond rupture at the crack tip. Here we demonstrate that barrier energies related to the low-temperature 𝛾-relaxation mode in alkali-aluminosilicate glasses are inversely related to the fracture toughness measured via standardized three-point bending fracture experiments. This holds true for both a series with varying cations (Li, Na, K) and one with varying Li concentration. The structural rationale for this finding is gained via Raman spectroscopy. The findings suggest that a fundamental structural relaxation mode measured on bulk specimens can serve as an effective guideline for fracture toughness of oxide glasses. Data for additional silicate glasses support this conclusion.

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Autor*innen:Marco HolzerORCiD, Sidsel M. JohansenORCiD, Johan F.S. ChristensenORCiD, Morten M. SmedskjaerORCiD, Maria Rita CicconiORCiD, Dominique de LignyORCiD, Ralf MüllerORCiD, Andrea S.S. de CamargoORCiD, Robert MaaßORCiD
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Materials Today Advances
Jahr der Erstveröffentlichung:2026
Organisationseinheit der BAM:5 Werkstofftechnik
5 Werkstofftechnik / 5.0 Abteilungsleitung und andere
5 Werkstofftechnik / 5.6 Glas
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:Elsevier Ltd.
Verlagsort:Amsterdam, Niederlande
Jahrgang/Band:29
Aufsatznummer:100669
Erste Seite:1
Letzte Seite:10
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Freie Schlagwörter:Alkali-aluminosilicate glasses; Fracture toughness; Internal friction; Mechanical properties; Oxide glass
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Material
Material / Materialdesign
DOI:10.1016/j.mtadv.2025.100669
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-651540
ISSN:2590-0498
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:17.12.2025
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:19.01.2026
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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