1、玻璃的性質(zhì),玻璃的粘度和表面張力 玻璃的力學(xué)性能及熱學(xué)性能 玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性 玻璃的電學(xué)及磁學(xué)性能 玻璃的光學(xué)性能 玻璃的著色和脫色,定義：指玻璃對(duì)外界因素的作用所作出的反應(yīng)。 外因 玻璃性質(zhì) 熱 熱穩(wěn)定性、熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù) 電 電導(dǎo)率、介電損耗 光 折射率、反射、光吸收 機(jī)械力 機(jī)械強(qiáng)度、彈性模量、硬度 化學(xué)介質(zhì) 化學(xué)穩(wěn)定性,玻璃性質(zhì)概述,性質(zhì)分類： 三類性質(zhì)：遷移性質(zhì)、非遷移性質(zhì)、其它性質(zhì),1.遷移性質(zhì) 可用離子遷移時(shí)克服勢(shì)壘的能量衡量。 成分與性質(zhì)間不符合加和法則。 包括電導(dǎo)、電阻、粘度、化穩(wěn)性等。 在Tg,Tf內(nèi)逐漸變化,2.非遷移性質(zhì),和玻璃成分間關(guān)系符合加和法則。 包括折射率、

2、色散、彈性模量、硬度、熱膨脹系數(shù)、介電常數(shù)等。 在Tg,Tf內(nèi)突變。,3.其它性質(zhì) 光吸收、顏色等。是由于電子在離子內(nèi)躍遷、在不同離子間的電荷遷移及原子或原子團(tuán)的振動(dòng)引起。,4 玻璃的粘度和表面張力,4.1 玻璃的粘度,4.2 玻璃的表面張力和表面性質(zhì),物理概念,影響因素,溫度 熔體結(jié)構(gòu) 玻璃組成 熱歷史,特征點(diǎn),測(cè)定與計(jì)算,工藝意義,4.1 玻璃的粘度,一、粘度的物理意義 粘度是用來(lái)衡量粘滯流動(dòng)的，它表示了液體的內(nèi)摩擦力。這種內(nèi)摩擦力是液體結(jié)構(gòu)的外在表現(xiàn)。,定義： 粘度指面積為S的兩平行液層以一定的速度梯度 （dv/dx）移動(dòng)時(shí)需克服的內(nèi)摩擦阻力f。,f= S (dv/dx) (4-1) 粘

3、度或粘度系數(shù),單位： 國(guó)際單位：帕斯卡秒（Pa S） 常用單位：泊（P） 1 Pa S=10 P,20C水 =10 -3 Pa S 20C玻璃= 1018 Pa S 玻液=10 Pa S,二、粘度和溫度的關(guān)系,1.玻璃的-T曲線,用 d/dT 表示料性 d/dT 大即料性短（B）曲線較陡 d/dT 小即料性長(zhǎng)（A）曲線較平緩 料性短的玻璃可有較高的成型機(jī)速。, =A eu/KT （4-2） =1/ =A eu/KT （4-3） u - 粘滯活化能（勢(shì)壘） - 流動(dòng)度 Lg=+ /T (u是常數(shù)) （4-4） = LgA = (u/K) Lge,2.粘度與溫度關(guān)系的量化 質(zhì)點(diǎn)移動(dòng)（流動(dòng)）需有克服

4、一定勢(shì)壘（u）的能量。 u 流動(dòng)性 粘度,高溫 熔體基本無(wú)聚合， 低溫 聚合趨于完畢， u都為常數(shù)。,bc中溫段 冷卻時(shí)不斷發(fā)生聚合， u隨溫度變化較大（增大）， 故此段為非線性關(guān)系。,1.組成,（2） R2+ 高溫解聚（斷網(wǎng)） ，；低溫積聚，n ,（3）高場(chǎng)強(qiáng)離子 積聚作用很強(qiáng)，n ,三、粘度和熔體結(jié)構(gòu)的關(guān)系,（1）R+斷網(wǎng)聚合度n 熔體自由體積 ,2.溫度,高溫 自由體積較多較大，利于小四面體移動(dòng)， 較小。 低溫 積聚作用使網(wǎng)絡(luò)連接程度變大， ,1.氧硅比 O/Si表現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)連接程度。 O/Si大時(shí) Onb多，n低，較小。 O/Si 小時(shí) Onb少，n高，較大。,其它陰離子/硅 對(duì)粘度影響

5、顯著 例如：OH使降低。 氟化物取代氧化物降低，因?yàn)?2F 代一個(gè)O2,四、粘度與玻璃組成的關(guān)系,R2O-SiO2中R+使粘度降低 （1）O/Si 高時(shí) 負(fù)離子團(tuán)呈孤島狀，網(wǎng)絡(luò)需R-O連接。 鍵強(qiáng)大 大。 Li Na K,（2）O/Si 低時(shí) 網(wǎng)絡(luò)較完整， R+主要起斷網(wǎng)作用， Li+ 對(duì) Ob的極化作用強(qiáng)， Li Na K,2.化學(xué)鍵的強(qiáng)度 其他條件相同時(shí)化學(xué)鍵越強(qiáng)粘度越大。,3.陽(yáng)離子極化力 陽(yáng)離子極化力大，減弱硅氧鍵的作用強(qiáng)，使降低。 非惰性氣體型陽(yáng)離子極化力 惰性氣體型 如Pb2+、Cd2+、Sn2+、Bi3+、Zn2+、Co2+等均可降低粘度。,4. 結(jié)構(gòu)對(duì)稱性 結(jié)構(gòu)對(duì)稱則結(jié)構(gòu)缺陷較

6、少，粘度較大。,例如：（1） 石英 硼玻璃 （2） 石英 磷玻璃,5 . 配位數(shù) 氧化硼表現(xiàn)明顯。 硼反常 BO4 BO3, 電荷相同時(shí)N越大越大。 如 In2O3(N=6) Al2O3 (N=4) ZrO2 (N=8) TiO2 (N=6) GeO2 (N=4),小結(jié),五、粘度與熱歷史的關(guān)系 快冷得到的玻璃粘度較小。,（1）SiO2、Al2O3、ZrO2等增加粘度。,（2）堿金屬氧化物降粘度。,（3）PbO、CdO、Bi2O3 、SnO等降低粘度。,（4）堿土金屬氧化物 降高溫粘度，升低溫粘度。（使料性變短） 增加粘度的順序Mg2+Ca2+Sr2+Ba2+,六、粘度特征點(diǎn) （Pa S） 對(duì)應(yīng)

7、溫度 10 熔化溫度（玻璃可以一般速度熔化） 102103 自動(dòng)供料溫度 103106.6 操作范圍 31061.5107 軟化溫度（成型下限）,1081010 膨脹軟化點(diǎn)Tf 1012 退火上限 1012.4 轉(zhuǎn)變點(diǎn)Tg 1013.5 應(yīng)變點(diǎn)（退火下限）,1.測(cè)量（常測(cè)高溫粘度）（ 帕 秒 ） 拉絲法： 1071014 壓入法： 1041012 平行平板法：102108 彎梁法： 1071014,七、粘度的測(cè)量與計(jì)算,2.粘度的計(jì)算 注意各公式的適用范圍,A.奧霍琴法 適用于含MgO，Al2O3的鈉鈣硅系統(tǒng)，當(dāng)Na2O為1216%， ( CaO+MgO) 為512%,，Al2O3為05%,S

8、iO2為6480%時(shí)： T=Ax+By+Cz+D 其中：T 該粘度對(duì)應(yīng)的溫度值 x,y,z Na2O，CaO+MgO3%,，Al2O3為的質(zhì)量分?jǐn)?shù) A，B，C，D 特性常數(shù),隨粘度值而變化,B.富爾切爾法(Fulcher) 適用范圍:實(shí)用工業(yè)玻璃,以SiO2為1.00mol來(lái)表示, 適用成分: SiO21.00mol,Na2O0.150.20mol,CaO0.120.20mol, MgO0.000.05mol,Al2O30.00150.0730mol.,其中:A=-1.4788Na2O+0.835K2O+1.6030CaO+5.4936MgO-1.5183Al2O3+1.4550 B= =-6

9、039.7Na2O-1439.6K2O-3919.3CaO+6285.3MgO+2253.4Al2O3+5736.4 T0= =-25.07Na2O-321.0K2O+544.3CaO-384.0MgO+294.4Al2O3+198.1,注意:單位為P,粘度范圍:101012pas.偏差3 C,1.熔化 石英砂的熔化包括表面溶解和擴(kuò)散，粘度小利于擴(kuò)散。,八、粘度的工藝意義,2.澄清 氣泡上升速度與粘度成反比。,3.均化 實(shí)際是質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散，粘度小有利。,4.成形 料性短的玻璃可較快成形。 TWTL過(guò)小易析晶。,5.退火 在 =1011.51013帕 秒內(nèi)通過(guò)粘滯流動(dòng)消除應(yīng)力，溫度 較低（ 101

10、3帕秒）時(shí)有部分應(yīng)力通過(guò)彈性松弛消除。,4.2 玻璃的表面張力和表面性質(zhì) surface tension & surface property,一、物理意義 1. 定義：作用在單位長(zhǎng)度液體表面使之收縮的力。 或 玻璃與另一相接觸的相界面上，在恒溫、恒容下增加 一個(gè)單位表面所作的功。 單位：N/m 或 J/m2,2. 產(chǎn)生原因 表面質(zhì)點(diǎn)受力不均衡。體現(xiàn)了質(zhì)點(diǎn)間吸引力或鍵力的強(qiáng)弱。 1000C以上 玻璃熔體 =22038010-3 N/m 20 C 水 =7810-3 N/m,1.R2O,由圖可知， Na2O對(duì)無(wú)明顯影響， Li2O使增大，K2O使減小。,場(chǎng)強(qiáng)小對(duì)表面張力的貢獻(xiàn)小。 即Li Na

11、K,二、玻璃組成對(duì)表面張力的影響,2.RO 因場(chǎng)強(qiáng)較大，故CaO、MgO、ZnO等使增大。 PbO有吸附作用，可降低。,3.R2O3 Al2O3使增大， B2O3使減小。 B2O3降,可能因?yàn)楸砻娑酁锽O3而內(nèi)部為BO4 能顯著降低的稱為表面活性物質(zhì)，如K2O、PbO、B2O3,4.陰離子 （1）-OH 不影響 （2）F- 降低 800C時(shí)引入1wt%，可使降710-3N/m。 （3）SO42- 降低,（1）非表面活性組分 符合加和法則 （2）中間性質(zhì)組分 （3）難熔表面活性強(qiáng)組分,5、組成氧化物分類,不符合加和法則,三、溫度對(duì)的影響 = 0（1 bT）,在溫變過(guò)程中不發(fā)生締合或解聚的液體在一

12、定范圍內(nèi)為直線關(guān)系。,一般d/dT0,五、大氣對(duì)的影響 水蒸氣分壓增大， 減小,六、 的計(jì)算（自學(xué)）,四、氣氛對(duì)的影響 還原比氧化大20%左右。,1.澄清 Vr2 大，氣泡長(zhǎng)大難，澄清難。,七、 的工藝意義,2.均化 大時(shí)，力求成球，均化難。,3.成形 拉邊器 自拋光,4.熱加工 燒口 火拋光,規(guī)律：固體表面氧化程度低 潤(rùn)濕好 T 潤(rùn)濕性好 同價(jià)離子r小 潤(rùn)濕性好 KNaLi 氣體介質(zhì) 氧氣、空氣中好（ ?。?三力平衡時(shí) sg= lgcos + sl 為潤(rùn)濕角 =0完全浸潤(rùn) 小利于封接,八、玻璃的潤(rùn)濕能力和潤(rùn)濕角,九、玻璃表面組成、結(jié)構(gòu)與表面性質(zhì),1.玻璃表面組成 一般：表面富硅少堿。 原因：表面與爐氣、大氣發(fā)生作用 各種氧化物對(duì)表面能作用不同，降低表面能的 組分在表面富集。 成型過(guò)程,若含Al、P、B同樣會(huì)水化 進(jìn)一步吸附水,Si-O-R+H2OSiOH+ROH 若ROH被沖去，則表面比內(nèi)部缺少R+,3.表面性質(zhì) 強(qiáng)度 表面微裂紋使強(qiáng)度。H+取代R+使表面 產(chǎn)生張應(yīng)力，常會(huì)產(chǎn)生微裂紋。 表面析晶能力強(qiáng),.玻璃的表面反應(yīng) （1）水化反應(yīng)硅羥團(tuán)的生成及其對(duì)