第1章玻璃的粘度和表面张力

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
LgB
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。
转变区
1 T 转变区
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。
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 进入粘滞状态，开始出现塑性变形
20C玻璃= 1018 Pa • S
二、粘度和温度的关系 1.玻璃的-T曲线☆
A B
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。
T
d/dt 粘度时间系数
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。
15 14 13 12 11 10
0 8 16 24 32
B2O3(%)
ZrO2 (N=8) > TiO2 (N=6) > GeO2 (N=4)
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+
u 流动性 粘度
=A’ e–u/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，
Lg
d
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 a 此段为非线性关系。
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)
16Na2O•xB2O3 • (84-x)SiO2系统
—玻璃液密度（g/m3）； V—球运动速度（m/s）
特点：设备结构简单，容易制造，准确度较高；操作不方便， 粘度值测定范围较窄
粘度的测量
（3）压入法
• 本法测定玻璃粘度范围为107 1012 Pa•s。
• 此法是在平板试样上，用加有一定负荷的针状、 球状或棒状的压头压入，从压头压入的速度求粘度 的方法。粘度可由下式算出。
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–
2.化学键的强度 其他条件相同时化学键越强粘度越大。 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，
c b
1/T
三、粘度和熔体结构的关系 聚合度低、结构疏松，粘度低 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，
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）
Hale Waihona Puke Baidu
1 Pa • S=10 P
20C水 =10 -3 Pa • S 玻液=10 Pa • S
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。
粘度的测量
2、落球法 （1）测量范围：本方法能测定玻璃熔化、澄清和成形开始等
温度范围的粘度，测量范围为1~103Pa•s。 （2）此法的原理是根据斯托克斯定律，液体的粘度可按下式
计算：
2 gr 2 ( )
9
V
式中：η—粘度（Pa•s）； g—重力加速度(m/s2)； r—球半径（m）； —球的密度（g/m3）；
1013.5
应变点（退火下限）
硅酸盐玻璃的粘度-温度曲线
lgη
温度 / ℃ 图4-5硅酸盐玻璃的粘度-温度曲线
七、粘度的测量与计算
根据不同的粘度采用不同的方法分段测定
1.旋转法 ：测定范围为1~107Pa•s
KM
式中：K是仪器常数，是由坩埚、旋转体的形状及其设 定位置等所确定的常数；
M为扭力矩； ω为角速度。 特点： 此法设备复杂，但测定范围宽，且容易实现自 动化，缩短测定时间，操作简单，准确度和精确度高。
第1章玻璃的粘度和表面张力 • 1.1玻璃的粘度
• 1.2玻璃的表面张力和表面性质
1.1 物理概念
影响因素
特征点
测定与计算
玻璃的粘度（Viscosity） 温度 熔体结构 玻璃组成 热历史
工艺意义
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。
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
LgA
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。