玻璃工艺学第三章详解.ppt

第三章 玻璃的物理性质;1.玻璃的粘度;粘度在玻璃中的表现;不同温度下对应的粘度数据;玻璃热历史对粘度的影响;粘度的影响因素： 温度； 玻璃组成。;C;钠钙硅玻璃的粘度-温度数据;Tg、Tf特征温度区间的粘度特性; 粘度小于10dPa·s：熔化过程； 粘度在103~107dPa·s：玻璃加工过程，如吹制、压制、拉制和轧制； 粘度为107.6dPa·s：软化点附近，玻璃粉末烧结和玻璃吹制； 粘度高于1010dPa·s：结构平衡需要很长时间； 粘度为1013dPa·s：可以认定玻璃结构已经固化或“冻结”。;压制的玻璃产品;压制的玻璃产品;液晶屏的原理;压制的玻璃产品;压制的玻璃产品;拉制的玻璃产品; 随温度升高，粘度逐渐减小，据特征点确定操作温度。;粘度随温度变化的解释;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;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Li2O→Na2O→K2O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Li2O→Na2O→K2O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;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：