第四章-玻璃的黏度和表面性质PPT课件

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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 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。
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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。
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。
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如18 Na2O·12 RO·70SiO2玻璃当η=1012Pa·s时温 度是：
RO BeO CaO SrO BaO ZnO CdO PbO 温度/℃ 582 533 511 482 513 487 422
②当R2O含量较高时（O/Si比值较高）：黏度按 Li2O—Na2O—K2O 顺序递减；
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10000
η（P）
1000 100 10
K Na Li
1
0.1 0
Li
K Na
10
20 30
40
R2O(mol%)
Ｒ2O－SiO2中碱金属离子R＋对粘度的影响
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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
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高价金属氧化物
SiO2、Al2O3、ZrO2：阳离子电荷多、半径小， 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；
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阳离子配位数
Lg η(η:P)
15 14
13
12
11
10 04
8 12 16 20 24 28 32 B2O3(mol%)
16Na2O·xB2O3·(84－x)SiO2
度成反比。
影响黏度的主要因素是化学组成和温度
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4.1.1 黏度与温度的关系
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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
ηA
B
ຫໍສະໝຸດ Baidu
η1
η2 . t1
t2 t3
t4
6
玻璃的弹性、黏度与温度的关系
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黏度与温度的关系式：
硅酸盐玻璃的表面张力（220~380）×10-3 N/m
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熔体的表面张力σ（×10－3 N/m）
熔体 温度（℃） σ
H2O NaCl B2O3 P2O5 PbO Na2O Li2O Al2O3
ZrO2 GeO2
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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 的数量和玻璃本身的组成。
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4.1.4 黏度参考点
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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
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+
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100
Si
η（P）
80
60
Mg
Zn
40
Ni Ca Mn
Cu
Ca Sr
Ba
Cd
Pb
20
0
0.50
1.00
1.50
二价阳离子对硅酸盐熔体粘度的影响
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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。
熔体中O/Si比值与结构及粘度的关系
熔 体 的 分 子 式 O/Si比 值 结 构 式
SiO2 Na2O· 2SiO2 Na2O· SiO2 2Na2O· SiO2
2∶ 1 2.5∶ 1 3∶ 1 4∶ 1
[SiO2] [Si2O5]2－ [SiO3]2－ [SiO4]4－
[SiO4]连 接 形 式 1400℃ 粘 度 值 （ Pa· s）
第四章
玻璃的黏度及表面性质
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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
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4.1 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。
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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； 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
四面体群间存在较大的空隙（自由体积），并随温 度而变化。
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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。
u
Ae KT 1
u
Ae KT
lg
.T
8
.
9
u b T
lg b
T2
logA B
TT0
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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。
系统玻璃中 560.℃时的粘度变化
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其他化合物
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。
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骨 架 状
109
层 状
28
链 状
1.6
岛 状
<1
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通常碱金属氧化物（ Li2O 、Na2O 、 K2O 、 Rb2O 、 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 15
Log η(η:P)
9 8
7 6
5 4 3
2
1
0
0
10
20
30 40
50
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-SiO. 2 1600℃；△=BaO-SiO2 1700℃ 16
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；