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1、,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
2、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）1 Pa S=10 P,20C水=10-3 Pa S 20C玻璃=
3、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。,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 eu/KT（4-2）=1/=A eu/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
4、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
5、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
6、、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）102103 自动供料温度103106.6 操作范围31061.5107 软化温度（成型下限）,1081010 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 1071014
7、压入法 1041012平行平板法102108 弯梁法 1071014（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。TWTL过小易析晶。5.退火 在=1011.51013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
8、。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。1000C以上 玻璃熔体=22038010-3 N/m20 C 水=7810-3 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。,即Li Na K,3.R2O3 Al2O3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
9、面活性物质，如K2O、PbO、B2O3,4.阴离子（1）-OH 不影响（2）F-降低800C时引入1wt%，可使降710-3N/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 Vr2 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
10、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 KNaLi 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+H2OSiOH+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,（3）表面吸附 物理吸附 压力越大吸附量越多。(H2、N2、O2、CO2)化学吸附 通过共有原子或离子实现。,（4）离子交换反应属互扩散反应 以r大的离子取代 r小的离子，表面产生压应力层。A+(玻璃)+B+(熔盐)=B+(玻璃)+A+(熔盐),影响压应力因素：r比 交换程度 的变化 表面结构重组产生的应力松弛压应力层的厚度（3050微米）,
