玻璃的黏度和表面性质
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熔体 H2O NaCl B2O3 P2O5 PbO Na2O Li2O Al2O3 ZrO2 GeO2 温度（℃） 25 1080 900 1000 1000 1300 1300 2150 1300 1300 1150 σ 72 95 80 60 128 290 450 550 380 350 250 熔体 SiO2 FeO 钠钙硅酸盐熔体 （Na2O∶CaO∶SiO2 ＝16∶10∶74） 钠硼硅酸盐熔体 （Na2O∶B2O3∶SiO2 ＝20∶10∶70） 瓷器中玻璃相 瓷釉 温度 （℃） 1800 1300 1420 1000 σ 307 290 585 316
Li2O—Na2O—K2O 顺序递减；
10000
1000
K η（P） 100 10 1 0.1 0 10 20 30 R2O(mol%) K Na Li
Li Na 40
Ｒ2O－SiO2中碱金属离子R＋对粘度的影响
二价金属氧化物
①与碱金属一样，减小黏度； ②离子电价较高，半径不大，夺取氧离子，缔合阴 离子基团，增大黏度。综合两个相反效应，R2+ 降低粘度的次序是Ba2+＞Sr2+＞Ca2+＞Mg2+
的数量和玻璃本身的组成。
4.1.4 黏度参考点
4.2 玻璃表面张力
4.2.1玻璃表面张力的物理与工艺意义
物理意义：玻璃与另一相接触的相分界面上（一般
指空气）在恒温、恒容下增加一个单位表面时所作
的功。N/m或J/m2
硅酸盐玻璃的表面张力（220~380）×10-3 N/m
熔体的表面张力σ （×10－3 N/m）
Cs2O ）能降低熔体粘度。
236 202 Δu(kJ/mol) 168
134
100 66 10 20 30 40 50 60 70
Na2O(mol%)
Na2O－Si2O系统中Na2O含量对粘滞活化能△u的影响
9 8 7
Log η(η:P)
6 5 4 3 2 1 0 0 10 20 30 40 50
第四章
玻璃的黏度及表面性质
主要内容
4.1 玻璃的黏度
4.2 玻璃的表面张力
4.3 玻璃的表面性质
4Fra Baidu bibliotek1 玻璃的黏度
定义：粘度是指面积为S的两平行液层，以一定速
度梯度dv/dx移动时需克服的内摩擦阻力f。
黏度是玻璃的重要性质之一
熔制：石英的溶解和各组分的扩散；
澄清均化：气泡的排除 ，条纹节瘤的溶解扩散；
100
Si
η（P）
80
60
Mg Zn Ni Ca Ca Sr Ba Mn Cu Cd
0 0.50 1.00 1.50
40
20
Pb
二价阳离子对硅酸盐熔体粘度的影响
CaO：低温CaO增大黏度；高温含量低于
10%~12%减小黏度，含量高于10%~12%增大黏 度。
ZnO：低温ZnO增大黏度；高温减小黏度。 具有18个电子层结构的二价副族元家离子Zn2+、
Cd2+、Pb2+等较含8个电子层的碱土金属离子更 能降低粘度。
如18 Na2O· 12 RO· 70SiO2玻璃当η=1012Pa· s时温 度是：
RO
BeO CaO SrO BaO ZnO CdO PbO 533 511 482 513 487 422
温度/℃ 582
高价金属氧化物
SiO2、Al2O3、ZrO2：阳离子电荷多、半径小，
CaF2能使熔体粘度急剧下降，其原因是F-的离子
半径与O2-的相近，较容易发生取代，但F-只有一 价，将原来网络破坏后难以形成新网络，所以粘 度大大下降。
稀土元素氧化物：氧化镧、氧化铈等，以及氯化
物、硫酸盐在熔体中一般也起降低粘度的作用。
结论：氧化物对玻璃黏度的影响，不仅取决
于氧化物的性质，而且还取决于加入玻璃中
η η
1
A
B
η
2
t1
t2
t3
t4
玻璃的弹性、黏度与温度的关系
黏度与温度的关系式：
Ae
u KT
1
u KT
Ae
lg
T
b u T
b lg 2 T
B log A T T0
4.1.2 黏度与熔体结构的关系
玻璃的黏度与熔体结构密切相关，而熔体结构又取 决于玻璃的化学组成和温度。 硅酸盐熔体中存在大小不同的硅氧四面体群或络合 阴离子，且在不同温度下以不同比例平衡共存。 四面体群间存在较大的空隙（自由体积），并随温 度而变化。
成形：粘度随温度的变化是玻璃成形的基础；
退火：应力的消除主要通过粘滞流动，消除的速度与粘
度成反比。
影响黏度的主要因素是化学组成和温度
4.1.1 黏度与温度的关系
粘度随温度的变化规律：随温度的升高粘度下降。 玻璃的料性：对于组成不同的玻璃，随温度变化其 粘度变化速率不同。
长性玻璃 短性玻璃
作用力大 ，倾向于形成更复杂的阴离子基团 ，
黏滞活化能变大，增大黏度；
阳离子配位数
15
14
Lg η(η:P) 13 12 11 10 0 4 8 12 16 20 24 28 32 B2O3(mol%)
16Na2O· xB2O3· (84－x)SiO2 系统玻璃中 560℃时的粘度变化
其他化合物
对玻璃黏度的影响，不仅取决于氧化物的性质，而且
还取决于加入玻璃中的数量和玻璃本身的组成。
玻璃组成是通过改变熔体结构而影响粘度的。
一价碱金属氧化物
黏度大小首先取决于硅氧四面体网络的连接程度，硅氧四面
体网络的连接程度又与氧硅比的大小有关。
熔体中O/Si比值与结构及粘度的关系
熔体的分子式 SiO2 Na2O·2SiO2 Na2O·SiO2 2Na2O·SiO2
O/Si 比值 2∶ 1 2.5∶1 3∶ 1 4∶ 1
结构式 [SiO2] 2－ [Si2O5] 2－ [SiO3] 4－ [SiO4]
[SiO4]连接形式 骨架状 层状 链状 岛状
1400℃粘度值（Pa·s） 10 28 1.6 <1
9
通常碱金属氧化物（ Li2O 、Na2O 、 K2O 、 Rb2O 、
金属氧化物（mol%）
网络改变剂氧化物对熔融石英粘度的影响
□=Li2O-SiO2 1400℃ ；○＝K2O-SiO2 1600℃；△=BaO-SiO2 1700℃
碱金属离子对黏度的影响与本身含量有关。
①当R2O含量较低时（O/Si比值较低）：黏度按
Li2O—Na2O—K2O 顺序递增；
②当R2O含量较高时（O/Si比值较高）：黏度按
四面体群间存在的空隙随温度的变化表现为粘度随 温度的变化。
温度升高，空隙增大，小型四面体群可穿插移动；
温度降低，空隙变小，四面体群移动受阻，且聚合为大
型四面体群，网络连接程度增大。
熔体中碱金属和碱土金属离子随温度变化对熔体结
构的影响。
4.1.3 黏度与玻璃组成的关系
玻璃化学组成与黏度之间存在复杂的关系。氧化物
Li2O—Na2O—K2O 顺序递减；
10000
1000
K η（P） 100 10 1 0.1 0 10 20 30 R2O(mol%) K Na Li
Li Na 40
Ｒ2O－SiO2中碱金属离子R＋对粘度的影响
二价金属氧化物
①与碱金属一样，减小黏度； ②离子电价较高，半径不大，夺取氧离子，缔合阴 离子基团，增大黏度。综合两个相反效应，R2+ 降低粘度的次序是Ba2+＞Sr2+＞Ca2+＞Mg2+
的数量和玻璃本身的组成。
4.1.4 黏度参考点
4.2 玻璃表面张力
4.2.1玻璃表面张力的物理与工艺意义
物理意义：玻璃与另一相接触的相分界面上（一般
指空气）在恒温、恒容下增加一个单位表面时所作
的功。N/m或J/m2
硅酸盐玻璃的表面张力（220~380）×10-3 N/m
熔体的表面张力σ （×10－3 N/m）
Cs2O ）能降低熔体粘度。
236 202 Δu(kJ/mol) 168
134
100 66 10 20 30 40 50 60 70
Na2O(mol%)
Na2O－Si2O系统中Na2O含量对粘滞活化能△u的影响
9 8 7
Log η(η:P)
6 5 4 3 2 1 0 0 10 20 30 40 50
第四章
玻璃的黏度及表面性质
主要内容
4.1 玻璃的黏度
4.2 玻璃的表面张力
4.3 玻璃的表面性质
4Fra Baidu bibliotek1 玻璃的黏度
定义：粘度是指面积为S的两平行液层，以一定速
度梯度dv/dx移动时需克服的内摩擦阻力f。
黏度是玻璃的重要性质之一
熔制：石英的溶解和各组分的扩散；
澄清均化：气泡的排除 ，条纹节瘤的溶解扩散；
100
Si
η（P）
80
60
Mg Zn Ni Ca Ca Sr Ba Mn Cu Cd
0 0.50 1.00 1.50
40
20
Pb
二价阳离子对硅酸盐熔体粘度的影响
CaO：低温CaO增大黏度；高温含量低于
10%~12%减小黏度，含量高于10%~12%增大黏 度。
ZnO：低温ZnO增大黏度；高温减小黏度。 具有18个电子层结构的二价副族元家离子Zn2+、
Cd2+、Pb2+等较含8个电子层的碱土金属离子更 能降低粘度。
如18 Na2O· 12 RO· 70SiO2玻璃当η=1012Pa· s时温 度是：
RO
BeO CaO SrO BaO ZnO CdO PbO 533 511 482 513 487 422
温度/℃ 582
高价金属氧化物
SiO2、Al2O3、ZrO2：阳离子电荷多、半径小，
CaF2能使熔体粘度急剧下降，其原因是F-的离子
半径与O2-的相近，较容易发生取代，但F-只有一 价，将原来网络破坏后难以形成新网络，所以粘 度大大下降。
稀土元素氧化物：氧化镧、氧化铈等，以及氯化
物、硫酸盐在熔体中一般也起降低粘度的作用。
结论：氧化物对玻璃黏度的影响，不仅取决
于氧化物的性质，而且还取决于加入玻璃中
η η
1
A
B
η
2
t1
t2
t3
t4
玻璃的弹性、黏度与温度的关系
黏度与温度的关系式：
Ae
u KT
1
u KT
Ae
lg
T
b u T
b lg 2 T
B log A T T0
4.1.2 黏度与熔体结构的关系
玻璃的黏度与熔体结构密切相关，而熔体结构又取 决于玻璃的化学组成和温度。 硅酸盐熔体中存在大小不同的硅氧四面体群或络合 阴离子，且在不同温度下以不同比例平衡共存。 四面体群间存在较大的空隙（自由体积），并随温 度而变化。
成形：粘度随温度的变化是玻璃成形的基础；
退火：应力的消除主要通过粘滞流动，消除的速度与粘
度成反比。
影响黏度的主要因素是化学组成和温度
4.1.1 黏度与温度的关系
粘度随温度的变化规律：随温度的升高粘度下降。 玻璃的料性：对于组成不同的玻璃，随温度变化其 粘度变化速率不同。
长性玻璃 短性玻璃
作用力大 ，倾向于形成更复杂的阴离子基团 ，
黏滞活化能变大，增大黏度；
阳离子配位数
15
14
Lg η(η:P) 13 12 11 10 0 4 8 12 16 20 24 28 32 B2O3(mol%)
16Na2O· xB2O3· (84－x)SiO2 系统玻璃中 560℃时的粘度变化
其他化合物
对玻璃黏度的影响，不仅取决于氧化物的性质，而且
还取决于加入玻璃中的数量和玻璃本身的组成。
玻璃组成是通过改变熔体结构而影响粘度的。
一价碱金属氧化物
黏度大小首先取决于硅氧四面体网络的连接程度，硅氧四面
体网络的连接程度又与氧硅比的大小有关。
熔体中O/Si比值与结构及粘度的关系
熔体的分子式 SiO2 Na2O·2SiO2 Na2O·SiO2 2Na2O·SiO2
O/Si 比值 2∶ 1 2.5∶1 3∶ 1 4∶ 1
结构式 [SiO2] 2－ [Si2O5] 2－ [SiO3] 4－ [SiO4]
[SiO4]连接形式 骨架状 层状 链状 岛状
1400℃粘度值（Pa·s） 10 28 1.6 <1
9
通常碱金属氧化物（ Li2O 、Na2O 、 K2O 、 Rb2O 、
金属氧化物（mol%）
网络改变剂氧化物对熔融石英粘度的影响
□=Li2O-SiO2 1400℃ ；○＝K2O-SiO2 1600℃；△=BaO-SiO2 1700℃
碱金属离子对黏度的影响与本身含量有关。
①当R2O含量较低时（O/Si比值较低）：黏度按
Li2O—Na2O—K2O 顺序递增；
②当R2O含量较高时（O/Si比值较高）：黏度按
四面体群间存在的空隙随温度的变化表现为粘度随 温度的变化。
温度升高，空隙增大，小型四面体群可穿插移动；
温度降低，空隙变小，四面体群移动受阻，且聚合为大
型四面体群，网络连接程度增大。
熔体中碱金属和碱土金属离子随温度变化对熔体结
构的影响。
4.1.3 黏度与玻璃组成的关系
玻璃化学组成与黏度之间存在复杂的关系。氧化物