玻璃的性质PPTppt

　　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 * 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。 1T LgA 转变区 转变区 LgB T 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。 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） 1 Pa ? S=10 P ? 20?C水 =10 -3 Pa ? S ? 20?C玻璃= 1018 Pa ? S ?玻液=10 Pa ? 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。 Lg? T A B 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/? ?=A e?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 a b c d Lg? 1/T 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) 0 8 16 24 32 B2O3(%) 15 14 13 12 11 10 16Na2O?xB2O3 ? (84-x)SiO2系统 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Tf 1012 退火上限 1012.4 转变点Tg 1013.5 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 surface tension & surface property 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 ?=220~380×10-3 N/m 20 ?C 水 ?=78×10-3 N/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?。 R2O mol% N/m?103 320 280 240 200 Li2O Na2O K2O (R2O-SiO2 1300?C) 即?Li ?Na ?K * * * * *

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