硅酸盐玻璃物理性

近年来苏联乔姆金娜Il，l与阿本l，+1也分嚼0提出了计算狡璃性貭的体系．乔姆金娜按以下加和公式计算玻璃的性貭(1．4—3)∑—S01式中／，(与Po为玻璃与其氧化物的性貭；do为氧化物重量百分比；Jo为氧化物结构系数．系数JD及／，o由微分法求得．

所谓微分法是将原始玻璃的性貭与添加微量(1—2gG)的氧化物后的性貭加以比较，并假定在微量的氧化物加入后不改变玻璃的基本结构状态．Jo在大多数情；B下相当于氧化物分子量，而有时等于一定的硅酸盐分子量．氧化硼和氧化铅的Jo与Po根据它们在玻璃中的

结构状态不同给出了几组数值．

乔姆金娜孰为氧化硼的户。与Jo决定于硼的配位数，而氧化铅的Po与Jo决定于在玻璃中形成的硅酸铅所处的状忒在乔姆金娜的计算系统中提供了几种常用氧化物的计算系数，可用以计算玻璃密度、光学常数及热膨胀系数等常用性貭，·阿本按下式计算玻璃的性貭§1．4—1现有硅酸盐玻璃物理性貭各种计算方法的评价g—∑百jr；(土．4-4)；式中豆为某氧化物；的部分性貭；

为此氧化物的分子分数．阿本用下面方法获得氧化物部分性貭豆；首先在总结大量文献数据的基础上按加和原则计算几种在玻璃中性貭表现较稳定的氧化物部分性貭，同时系统地在不同组成玻璃中添加某氧化物并测定玻璃的性貭变化，然后用微差方法计算这氧化物部分性貭．通过试验数据的积累，阿本进一步建立了氧化物部分性貭与其在玻璃中含量的关系，并且发现有一系列氧化物(Si02，Ti02，Bz03，MgO，CdO，PbO)其部分性貭不是常数，而决定于玻璃成份．

例如阿本孰为氧化硼部分性貭决定于它的配位数，而硼是否由三角沐变成四面体由下面三种因素决定：(i)碱金属与碱土金属氧化物和氧化硼含量之比值；(㈠玻璃中氧化铝的合量；(iii)二氧化硅合量．阿本提供了比较多的氧化物(18种)的部分性貭数据，且可以根据它们计算折射率、色散、密度等了种玻璃性貭．除了上述玻璃光学常数、密度和热膨胀系数外，适合进行计算的性貭还有弹性系数．

在威因凯尔曼与萧特Il’以后，克拉尔克(Clarke)与脱纳尔(Turner)山’也对个别硅酸盐玻璃系统中某些氧化物的弹性模数提出一些计算系数．不久前阿本、柯茨劳夫撕卡姬与干福熹‘l‘’在研究硅酸盐玻璃弹性变化的试验基础上也提出了玻璃弹性模数及扭变模数新的计

算体系．玻璃的电性貭与外界温度、电场频率和强度有很大关系，难以推导出简单的通用计

算公式．

同时，由于玻璃表面性貭和加工貭量的影响，玻璃硬度、脆度和机械强度也较难计算．所以，能较精确地进行计算的常用玻璃物理性貭包括：折射率、平均色散、密度、热膨胀系数、弹性系数和扭变系数等项。到目前为止，还没有对硅酸盐物理性貭现有的各计算体系作总的评价工作．我们孰为，刘任何一种玻璃性貭计算体系都可以从理论与实际两个不同角度出发进行评价．从实际生产出发，计算体系应该满足结果准确，能计算的玻璃成份广泛等要求．

从理论方面看来，正确的计算体系应该反映玻璃性貭和结构的变化规律性而不是单纯的经验公式．因此，为了比较各种方法的优劣，我们曾选择了比较完整而有代表性的四种体系，郎格拉尔特与杜勃鲁尔法，赫根斯与孙观汉法，乔姆金娜法与阿本法，以玻璃折射率为例进行核算，其结果如下：1，一般商品光学玻璃其成吩与光学常数比较固定，利用四个计算系统计算得四十余种光学玻璃的折射率与实际玻璃折射率的差值见表1．4-1；由表可知，在四种方法中以阿本与乔姆金娜方法最为准确，其平均误差力吗§

1．4—I现有硅酸盐玻璃物理性貭各种计算方法的评价±27与±26X10-；．赫根斯方法完全不适用于Si02含量较低的玻璃，如重冕及重瞪玻璃，而格拉尔特与杜勃鲁尔法不适用于合BaO较高的重冕玻璃．2．曾计算过成份在较大范围内作规律变化的近150种硅酸盐玻璃的折射率，并与实验结果相比较，其误差如表1．4—2所示u刊．由表可见，对不合B203的硅酸盐玻璃其折射率以阿本法的计算结果最为准确，平均误差为±20一30X10“．

孙观汉法误差较大(AnD±60X10-4)，而在商品光学玻璃计算中较准确的乔姆金娜法对简单硅酸盐玻璃性貭计算并不适合，这是由于乔姆金娜法的计算系数是由商品光学玻璃中推导出来的．表1．4—2应用不同计算系统所得硅酸盐玻璃折射挛误差(厶。。X104)玻璃系统格拉尔特与杜勃鲁尔法赫根斩与孙现汉法阿本法乔姆金娜法NauO—RO--SiOaNaaO—‘3。硼硅酸盐和铝硼硅酸盐玻璃不仅应用广泛并且其性貭变化也较一般玻璃特殊，有所谓“硼反常”及“铝—硼反常”现象出现真183．因此，对于评价某种玻璃性貭计算系统的正确性以及是否基于一定的理论基础出发，它们可以作为最好的验算对象．由表1．4-2可知，格拉尔特与杜勃鲁尔和赫根斯法对硼硅酸盐和铝硼硅酸盐玻璃性貭计算完全失去作用，平均误差大于100X王o“．乔姆金娜与阿本法的误差几乎相同(±50X10-~)．