《玻璃工艺学第三章课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《玻璃工艺学第三章课件.ppt（29页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、第三章 玻璃的物理性质,玻璃的粘度；玻璃的密度；玻璃的热膨胀系数,1.玻璃的粘度,流体在流动时，相邻流体层间存在着相对运动，则该两流体层间会产生摩擦阻力，称为粘滞力。粘度是用来衡量粘滞力大小的一个物性数据。在重力、机械力和热应力等作用下，玻璃液中的结构组元（离子或离子基团）相互之间发生流动，如果这种流动是以结构组元依次占据结构空位的方式来进行的话，则成为粘滞流动。粘度是指面积为S的两个平行液面，以一定速度dV/dx移动时所需克服的内摩擦阻力f：其中，粘度或粘滞系数（帕秒）S平行液面间的接触面积 dV/dx沿垂直于液流方向，液层间的速度梯度,粘度在玻璃中的表现,原料颗粒的溶解、气泡的排除、各组分
2、的扩散都与粘度有关；玻璃的制备过程（与粘度有关）；制品内应力的消除与粘度有关；制品在熔制、成形、退火等各过程中都表现为大小不同的特征粘度，可以指导生产。,粘度反映的是玻璃中结构基团的缔合程度！,不同温度下对应的粘度数据,玻璃的热历史-与粘度的关系极为密切,玻璃的物理、化学性能在很大程度上都取决于它的热历史。热历史指玻璃从高温液态冷却，通过转变温度区域和退火温度区域的经历。,消除应力应力的解释,玻璃热历史对粘度的影响,急冷玻璃：较大的体积，较小的粘度；慢冷玻璃：较小的体积，较大的粘度。,粘度的影响因素：温度；玻璃组成。,Na2O-CaO-SiO2玻璃的弹性、粘度与温度的关系简图,A区温度较高，为
3、粘性液体，无弹性表现；B区粘度随温度影响很大，弹性模量迅速增大；C区弹性模量和粘度随温度下降，都明显增大，且无粘滞流动。,钠钙硅玻璃的粘度-温度数据,Tg附近,Tf附近,熔制范围,开始结晶,结晶处理过程,温度的影响,Tg、Tf特征温度区间的粘度特性,温度低于Tg，粘度很大，玻璃基本是具有弹性和脆性的固体，温度的变化对结构的影响很小。温度高于Tf，粘度相应较小，质点流动和扩散快，温度变化对结构的影响也很小，结构可以很快进入平衡状态。温度介于Tg和Tf之间时，玻璃处于结构转变区间，粘度不是很大，质点可以按照化学键和结晶化学等一系列要求进行重排，是一个结构重排的微观过程。,粘度小于10dPas：熔化
4、过程；粘度在103107dPas：玻璃加工过程，如吹制、压制、拉制和轧制；粘度为107.6dPas：软化点附近，玻璃粉末烧结和玻璃吹制；粘度高于1010dPas：结构平衡需要很长时间；粘度为1013dPas：可以认定玻璃结构已经固化或“冻结”。,特征粘度操作点,压制的玻璃产品,(1)玻璃砖：隔音透光，防火保温，节能耐磨，兼顾稳定等特点，可以作为玻璃隔断，室内装饰，幕墙，地面装饰等。,压制的玻璃产品,面板材料,液晶屏的原理,液晶屏大都采用TFT（ThinFilmTransistor）即薄膜场效应晶体管液晶面板，目前最先进的液晶显示技术。由两片线性偏光器和一层液晶所构成。两片偏光器各自透过一个方向
5、的光线，成90度交叉放置。如果光线保持一个方向射入，必定只能通过某一片线性偏光器，而无法透过另一片，通常液晶屏保持黑色。两者之间维持一定的电压差，当电压差取消时，入射光线扭转90度，顺利通过第二层偏光器，液晶屏即亮起来。一般液晶屏主要由背光源、偏光板、玻璃基板液晶体、微彩色膜、玻璃基板（含公共电极）、偏振片等部分组成。液晶屏自身是不发光的，它需要借助背光灯管来实现发光，即灯管发出的光线通过液晶屏后透射出来，我们才能看清楚液晶屏上显示的内容。液晶屏散光板通常是物理散光，好像就是一块毛玻璃。基本没有坏的可能。,压制的玻璃产品,日用产品,压制的玻璃产品,艺术品,如何判断玉石与玻璃仿制品的区别？,一、
6、真玉手感冰凉润滑。二、真玉的硬度比玻璃大，可以划花玻璃。三、水鉴别法 将一滴水滴在玉上，如成露珠状久不散开者真玉；水滴很快消失的是伪劣货。四、视察法 将玉器朝向光明处，如阳光、灯光处，如果颜色剔透、绿色均匀分布就是真玉。五、舌舐法 舌尖舐真玉有涩的感觉；而假玉则无涩的感觉。,拉制的玻璃产品,旅游景点,随温度升高，粘度逐渐减小，据特征点确定操作温度。,典型的温度-粘度曲线,粘度随温度变化的解释,主要是熔体结构的变化。在玻璃熔体中，主要由硅氧四面体构成网络结构，在四面体群中存在较大的空隙，可以容纳小型的离子或结构单元穿插移动。高温时，空隙相对较大、较多，有利于小型结构单元的移动，表现为粘度下降；温
7、度下降时，空隙变小，结构单元移动受阻，而且小型四面体群结合为大型多面体群，网络结合程度加大，表现为粘度上升。,举例：高温下，R+和R2+能够较自由地移动，同时使氧离子极化和减弱硅氧键，从而使粘度下降；当温度下降时，R+和R2+迁移能力降低，倾向于按照一定的配位关系处于某些多面体群中，并且R2+还能够将一些小型四面体群结合成大四面体群，从而在一定程度上提高了玻璃的粘度。,玻璃组成对粘度的影响,氧硅比化学键强度离子的极化结构的对称性配位数,1.氧硅比(即网络结合程度)氧硅比增大，即氧的相对含量增大，如碱含量的提高，使大型四面体群分解为小型四面体群，从而导致玻璃网络的结合程度下降。,其他阴离子与硅的
8、比值对粘度也有显著作用：例如水（H2O）一般以OH-状态存在于玻璃结构中，是玻璃中的阴离子与硅的比值增大，因此也能够降低玻璃的粘度。从某种意义上说，水对四面体群起着解聚的作用水中剪刀剪碎玻璃的极好解释。氟化物取代氧化物时（如CaF2），由于阴离子与硅的比值增大，因此也有降低粘度的作用。,2.化学键强度(1)在其他条件相同的情况下，粘度随氧离子与氧的键力增大而增大。(2)碱硅二元（R2O-SiO2）系统中，当R2O含量较高，引起O/Si比值很高时，硅氧四面体之间连接较少，处于岛状结构，四面体间靠R-O键力连接。因此，电场强度最大的Li+可以产生相对较大的粘度，随着电场强度的减弱，粘度按Li2ON
9、a2OK2O顺序依次递减。(3)在加入配位数相同的阳离子情况下，各氧化物取代SiO2后，R-O键的键强越大，玻璃的粘度越大。,3.离子的极化 阳离子的极化力大，对硅氧键中氧离子的极化、变形大，减弱了硅氧键的作用，表现为使玻璃的粘度下降。比如Pb2+、Cd2+等，以及一些过渡金属氧化物。因为过渡金属等阳离子，电子层结构不对称，在高于Tg时容易在结构中形成缺陷或不对称中心，因而导致粘度下降。同样，在R2O-SiO2二元玻璃中，当O/Si比值很低时，硅氧四面体之间连接紧密，此时极化力很大的Li+的存在，可以减弱Si-O-Si键的连接，从而导致粘度下降。相比较而言，粘度下降的顺序按照Li2ONa2OK
10、2O的顺序依次递增。,含铅玻璃的应用，如霓虹灯管、防辐射玻璃等。霓虹灯管目前主要三种：1.钠玻璃管，此种玻璃稳定性差，受潮后易变质、泛碱(风化)，易爆裂，使用量80%；2.铅玻璃管，此种玻璃机械性能、光、电、化学等性能，以及使用寿命均优于钠玻璃。目前国际上通用此种管，我国已达20-30%。分重铅、中铅和轻铅三种。3.彩色玻璃管，在拉制玻璃管时充入染料。,铅玻璃的特性,（1）在高铅玻璃中，PbO形成一种螺旋形的链状结构，在玻璃中与SiO4通过顶角或共边相连接，形成一种特殊的网络。从而导致PbO-SiO2系统具有很宽的玻璃形成区，并决定了氧化铅在硅酸盐熔体中的高度助熔性。（2）铅是重金属元素，核外
11、电子层次多，离子半径大，电子云容易变形，这些都决定了铅玻璃电阻大，介电损耗小，折射率和色散高，以及吸收高能辐射等一系列特性。,4.结构的对称性 结构不对称，可能就会存在缺陷或不对称中心等结构弱点，因此使粘度下降。比如，虽然Si-O键和B-O键的键强处于同一数量级，但是石英玻璃的粘度却比B2O3玻璃大得多。这就是由于硼氧构成的三元环中，键角可以较大改变，并且形成的层状结构复杂，所产生的不对称结构导致的。,5.配位数 配位状态对粘度有重要影响。（1）这方面B2O3的表现特别明显。以Na2O-B2O3-SiO2体系为例，当B2O3含量较低时，即Na2O/B2O31时，硼处于BO4中，玻璃网络结构紧密，粘度上升；当B2O3含量逐渐增大，至Na2O/B2O31时，增加的硼处于BO3中，使结构疏松，粘度下降。（2）电荷相同，阳离子配位数越大，对硅氧基团的积聚作用越大，导致玻璃粘度越大。,对粘度产生影响的因素总结：,温度。温度越高，玻璃的粘度越小。反之，越大；组成。SiO2、Al2O3、ZrO2等提高粘度；碱金属氧化物降低粘度；碱土金属氧化物有双重作用：一方面使大型四面体群解聚，降低粘度；另一方面，夺取氧离子，积聚在自身周围，使粘度增大。PbO、CdO、SnO及过渡金属氧化物等降低粘度。,
