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玻璃的性质 玻璃性质概述定义 指玻璃对外界因素的作用所作出的反应 外因玻璃性质热热稳定性 热膨胀系数 导热系数电电导率 介电损耗光折射率 反射 光吸收机械力机械强度 弹性模量 硬度化学介质化学稳定性 性质分类 三类性质 迁移性质 非迁移性质 其它性质 1 迁移性质可用离子迁移时克服势垒的能量衡量 成分与性质间不符合加和法则 包括电导 电阻 粘度 化稳性等 在 tg tf 内逐渐变化 2 非迁移性质和玻璃成分间关系简单 符合加和法则 包括折射率 色散 弹性模量 硬度 热膨胀系数 介电常数等 在 tg tf 内突变 3 其它性质光吸收 颜色等 是由于电子在离子内跃迁 在不同离子间的电荷迁移及原子或原子团的振动引起 第4章玻璃的粘度和表面张力 4 1玻璃的粘度4 2玻璃的表面张力和表面性质 4 1玻璃的粘度 viscosity 物理概念 影响因素 特征点 测定与计算 工艺意义 温度熔体结构玻璃组成热历史 一 粘度的物理意义粘度是用来衡量粘滞流动的 它表示了液体的内摩擦力 这种内摩擦力是液体结构的外在表现 定义 粘度指面积为s的两平行液层以一定的速度梯度 dv dx 移动时需克服的内摩擦阻力f f s dv dx 4 1 粘度或粘度系数 单位 国际单位 帕斯卡 秒 pa s 常用单位 泊 p 1pa s 10p 20 c水 10 3pa s 20 c玻璃 1018pa s 玻液 10pa s 二 粘度和温度的关系1 玻璃的 t曲线用d dt表示料性d dt大即料性短 b 曲线较陡d dt小即料性长 a 曲线较平缓料性短的玻璃可有较高的成型机速 2 粘度与温度关系的量化质点移动 流动 需有克服一定势垒 u 的能量 u 流动性 粘度 a e u kt 4 2 1 ae u kt 4 3 u 粘滞活化能 势垒 流动度lg t u是常数 4 4 lga u k lge 高温熔体基本无聚合 低温聚合趋于完毕 u都为常数 bc中温段冷却时不断发生聚合 u随温度变化较大 增大 故此段为非线性关系 三 粘度和熔体结构的关系1 组成 1 r 断网 聚合度n 熔体自由体积 2 r2 高温解聚 断网 低温积聚 n 3 高场强离子积聚作用很强 n 2 温度高温自由体积较多较大 利于小四面体移动 较小 低温积聚作用使网络连接程度变大 四 粘度与玻璃组成的关系1 氧硅比o si表现了网络连接程度 o si大时onb多 n低 较小 o si小时onb少 n高 较大 其它阴离子 硅对粘度影响显著例如 oh 使 降低 氟化物取代氧化物 降低 因为2f 代一个o2 r2o sio2中r 使粘度降低 1 o si高时负离子团呈孤岛状 网络需r o连接 键强大 大 li na k 2 o si低时网络较完整 r 主要起断网作用 li 对ob的极化作用强 li na k 3 阳离子极化力阳离子极化力大 减弱硅氧键的作用强 使 降低 非惰性气体型阳离子极化力 惰性气体型如pb2 cd2 sn2 bi3 zn2 co2 等均可降低粘度 2 化学键的强度其他条件相同时化学键越强粘度越大 4 结构对称性结构对称则结构缺陷较少 粘度较大 例如 1 石英 硼玻璃 2 石英 磷玻璃 5 配位数 氧化硼表现明显 硼反常 bo4 bo3 电荷相同时n越大 越大 如 in2o3 n 6 al2o3 n 4 zro2 n 8 tio2 n 6 geo2 n 4 小结 1 sio2 al2o3 zro2等增加粘度 2 碱金属氧化物降粘度 3 pbo cdo bi2o3 sno等降低粘度 4 碱土金属氧化物降高温粘度 升低温粘度 使料性变短 增加粘度的顺序mg2 ca2 sr2 ba2 五 粘度与热历史的关系快冷得到的玻璃粘度较小 六 粘度特征点 pa s 对应温度10熔化温度 玻璃可以一般速度熔化 102 103自动供料温度103 106 6操作范围3 106 1 5 107软化温度 成型下限 108 1010膨胀软化点tf1012退火上限1012 4转变点tg1013 5应变点 退火下限 七 粘度的测量与计算1 测量 常测高温粘度 拉丝法107 1014压入法104 1012平行平板法102 108弯梁法107 1014 帕 秒 2 计算 自学 注意各公式的适用范围 八 粘度的工艺意义1 熔化石英砂的熔化包括表面溶解和扩散 粘度小利于扩散 2 澄清气泡上升速度与粘度成反比 3 均化实际是质点的扩散 粘度小有利 4 成形料性短的玻璃可较快成形 tw tl过小易析晶 5 退火在 1011 5 1013帕 秒内通过粘滞流动消除应力 温度较低 1013帕 秒 时有部分应力通过弹性松弛消除 4 2玻璃的表面张力和表面性质surfacetension surfaceproperty 一 物理意义1 定义 作用在单位长度液体表面使之收缩的力 或玻璃与另一相接触的相界面上 在恒温 恒容下增加一个单位表面所作的功 单位 n m或j m2 2 产生原因表面质点受力不均衡 体现了质点间吸引力或键力的强弱 1000 c以上玻璃熔体 220 380 10 3n m20 c水 78 10 3n m 二 玻璃组成对表面张力的影响1 r2o场强小对表面张力的贡献小 由图可知 na2o对 无明显影响 li2o使 增大 k2o使 减小 2 ro因场强较大 故cao mgo zno等使 增大 pbo有吸附作用 可降低 即 li na k 3 r2o3al2o3使 增大 b2o3使 减小 b2o3降 可能因为表面多为 bo3 而内部为 bo4 能显著降低 的称为表面活性物质 如k2o pbo b2o3 4 阴离子 1 oh不影响 2 f 降低 800 c时引入1wt 可使 降7 10 3n m 3 so42 降低 1 非表面活性组分符合加和法则 2 中间性质组分 3 难熔表面活性强组分 三 温度对 的影响 0 1 bt 5 组成氧化物分类 不符合加和法则 在温变过程中不发生缔合或解聚的液体在一定范围内为直线关系 一般d dt0 五 大气对 的影响水蒸气分压增大 减小 六 的计算 自学 七 的工艺意义 1 澄清v r2 大 气泡长大难 澄清难 2 均化 大时 力求成球 均化难 3 成型拉边器自抛光4 热加工烧口火抛光 四 气氛对 的影响 还原比 氧化大20 左右 规律 固体表面氧化程度低 润湿好 t 润湿性好 同价离子r小 润湿性好k na li 气体介质氧气 空气中好 小 三力平衡时 sg lgcos sl 为润湿角 0完全浸润 小利于封接 八 玻璃的润湿能力和润湿角 九 玻璃表面组成 结构与表面性质1 玻璃表面组成一般 表面富硅少碱 原因 表面与炉气 大气发生作用 各种氧化物对表面能作用不同 降低表面能的组分在表面富集 成型过程 若含al p b同样会水化进一步吸附水 si o r h2o sioh roh若roh被冲去 则表面比内部缺少r 3 表面性质 强度表面微裂纹使强度 h 取代r 使表面产生张应力 常会产生微裂纹 表面析晶能力强 玻璃的表面反应 1 水化反应硅羟团的生成及其对水的进一步吸附 2 与各种试剂反应