玻璃表面张力的物理与工艺意义

5 玻璃的表面性质

，一般降低20~30％，为负值，且富积在玻璃表面。
能显著降低的称为表面活性物质
玻璃工艺学 4
5.阴离子：
（1）-OH
（3 ）F-
不影响降低
（ 2 ）SO42-
降低
引入1wt% ， 800C时可使降710-3N/m。
玻璃工艺学
5
（二）温度对的影响
= 0（1– bT）

在温变过程中不发生缔合或解聚的液体在一定范围内为直线关系。
玻璃工艺学 11
2.表面吸附物理吸附压力越大吸附量越多。(H2、N2、O2 、 CO2)
化学吸附通过共有原子或离子实现。
3.与各种试剂反应卤化反应生成盐 Si-OH+SOCl2 Si-OH+Li+ Si-Cl+SO2+HCl
Si-O-Li+H+
玻璃工艺学
12
4.离子交换反应
属互扩散反应
一般d/dT< 0 (-0.06 10-3~0.06 10-3N/mc)
T升高100C，约降低 1%
* 铅硅酸盐d/dT>0 （三）气氛对的影响还原比氧化大20%左右。（四）大气对的影响水蒸气分压增大，减小
玻璃工艺学
T
N/m 0.30 0.28 0.26 0.24 0.22 1 2

N/m103 320 280 240 200 Li2O Na2O
K2O R2O mol%
3
(R2O-SiO2 1300C)
玻璃工艺学
3.RO：
因场强较大，故CaO、MgO、ZnO等使增大。 PbO有吸附作用，可降低。
4.R2O3：
Al2O3使增大， B2O3使减小。

第1章玻璃的粘度和表面张力

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，
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）；
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。
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，

作业3

第四章玻璃的黏度及表面性质1为何使用黏度来描述玻璃的生产工艺过程更为科学？75答：因为使用黏度来描述玻璃生产全过程较温度更加确切和严密，但由于温度测量简单、直观，而黏度和组成的复杂性和习惯性，因此习惯上用温度来描述和规定玻璃的生产工艺过程的工艺制度。

2影响玻璃黏度的主要因素有哪？75答：影响玻璃黏度的因素主要有化学组成和温度，在转变温度范围内，还与时间有关。

3何为玻璃的料性？75 76答：是指玻璃随着温度变化其年黏度变化的速度称为玻璃的料性。

4试述黏度在生产中的应用？81答：在生产中玻璃的熔化、澄清、均化、供料、成型、退火等工艺过程的温度制度，一般是以其对应的黏度为依据制定的。

5试述玻璃表面张力的工艺意义？86答：在熔制过中，表面张力在一定程度上决定了玻璃液中气泡的长大和排除，在一定条件下，微小气泡在表面张力作用下，可溶解于玻璃液中。

均化时，条纹及节瘤扩散和溶解的速度取决于主体玻璃和条纹表面张力的相对大小。

如果条纹的表面张力较小，则条纹力求展开成薄膜状，并包围在玻璃体周围，这种条纹就很快的溶解而消失。

相反，如果条纹（节瘤）的表面张力叫主体玻璃大，条纹力求成球形，不利于扩散和溶解，因而较难消除。

在玻璃成形过程中，人工挑料或吹小泡及滴料供料时，都要借助表面张力使之达到一定的形状。

拉制玻璃管、玻璃棒、玻璃丝时，由于表面张力的作用才能获得正确的圆柱形。

玻璃制得拱火、火抛光也是借助表面张力。

6影响玻璃的表面张力的主要因素有哪些？ 89答：玻璃的表面张力受玻璃的组成和温度影响，此外玻璃熔体周围的气体介质对其表面张力有影响。

非极性气体入干燥的空气、氮气、氢气等对玻璃的影响较小，而极性气体如水蒸气、二氧化硫、氨气、氯化氢等对玻璃表面张力影响较大，通常使表面张力明显的降低，而且介质的极性越强，表面张力降低的越多，即与气体的偶极矩成正比。

7何为玻璃的润湿性？90答：润湿性实际是表示各接触相自由表面能之间的关系。

8已知玻璃的组成为：Si273%，Al2O3,3%，CaO8%,MgO1%,Na2O15%,试求黏度为104Pa·s的温度？答：根据表4-5查得η=104Pa·s时各氧化物特性常数及已知的氧化物质量分数带入（4-8）得：Tη=104=-15﹒37*15-6﹒25*(8+1)+5*3+1194﹒27﹦922℃9已知玻璃的组成为：Si273%，Al2O3,2%，CaO7%,MgO4%,,Na2O14%,试求黏度102Pa·s的温度？答：：根据表4-5查得η=102Pa·s时各氧化物特性常数及已知的氧化物质量分数带入（4-8）得：Tη=102=-7﹒32*13+3﹒49*（7+4）+5﹒37*3+603﹒40=563﹒74℃第五章玻璃的力学性能和热学性能1为什么玻璃的实质强度较理论强度低？如何提高实际强度95答：玻璃的实际强度低的原因，是由于玻璃的脆性、玻璃中存在微裂纹（尤其是表面的微裂纹）和内部不均与区及缺陷的存在造成应力集中所引起的（由于玻璃受到应力作用时不会产生流动，表面的微裂纹急剧扩张，并且应力集中，以致破裂。

玻璃工艺学复习资料

玻璃⼯艺学复习资料第⼀章玻璃的定义与结构1、解释转变温度、桥氧、硼反常现象和混合碱效应。

转变温度：使⾮晶态材料发⽣明显结构变化，导致热膨胀系数、⽐热容等性质发⽣突变的温度范围。

⾮桥氧：仅与⼀个成⽹离⼦相键连，⽽不被两个成⽹多⾯体所共的氧离⼦则为⾮桥氧。

桥氧：玻璃⽹络中作为两个成⽹多⾯体所共有顶⾓的氧离⼦，即起“桥梁”作⽤的氧离⼦。

硼反常性：在钠硅酸盐玻璃中加⼊氧化硼时，往往在性质变化曲线中产⽣极⼤值和极⼩值，这现象也称为硼反常性。

混合碱效应：在⼆元碱玻璃中，当玻璃中碱⾦属氧化物的总含量不变，⽤⼀种碱⾦属氧化物逐步取代另⼀种时，玻璃的性质不是呈直线变化，⽽是出现明显的极值。

这⼀效应叫做混合碱效应。

2、玻璃的通性有哪些？各向同性；⽆固定熔点；介稳性；渐变性和可逆性；①.各向同性玻璃态物质的质点总的来说都是⽆规则的，是统计均匀的，因此，它的物理化学性质在任何⽅向都是相同的。

这⼀点与液体类似，液体内部质点排列也是⽆序的，不会在某⼀⽅向上发现与其它⽅向不同的性质。

从这个⾓度来说，玻璃可以近似地看作过冷液。

②.⽆固定熔点玻璃态物质由熔体转变成固体是在⼀定温度区域（软化温度范围）内进⾏的，（从固态到熔融态的转变常常需要经历⼏百度的温度范围），它与结晶态物质不同，没有固定的熔点。

③.介稳性玻璃态物质⼀般是由熔融体过冷⽽得到。

在冷却过程中粘度过急剧增⼤，质点来不及作有规则排列⽽形成晶体，因⽽系统内能尚未处于最低值⽽⽐相应的结晶态物质含有较⾼的能量。

还有⾃发放热转化为内能较低的晶体的倾向。

④.性质变化的渐变性和可逆性玻璃态物质从熔融状态到固体状态的过程是渐变的，其物理、化学性质变化是连续的和可逆的，其中有⼀段温度区域呈塑性，称“转变”或“反常”区域。

3、分别阐述玻璃结构的晶⼦学说和⽆规则⽹络学说内容。

答：（1）玻璃的晶⼦学说揭⽰了玻璃中存在有规则排列区域，即有⼀定的有序区域，这对于玻璃的分相、晶化等本质的理解有重要价值，但初期的晶⼦学说机械地把这些有序区域当作微⼩晶体，并未指出相互之间的联系，因⽽对玻璃结构的理解是初级和不完善的。

玻璃物理化学性能计算

玻璃物理化学性能计算一、玻璃的粘度计算...1.粘度和温度的关系。

.2.玻璃组成对温度的作用...3.粘度参考算点及在生产中的应用。

..4.粘度的计二、玻璃的机械性能和表面性质。

..1.玻璃表面张力的物理与工艺意义。

.2。

玻璃表面张力与组成及温度的关系.。

.3.玻璃的表面性质。

.。

4.玻璃的密度计算三、玻璃的热学性质和化学稳定性。

.。

(一）玻璃的热学性能。

.。

（二）玻璃的化学稳定性.。

.（三）玻璃的光学性质一、玻璃粘度和温度的关系粘度是玻璃的重要性质之一。

它贯穿着玻璃生产整个阶段，从熔制、澄清、均化、成型、加工、直到退火都与粘度密切相关。

在成型和退火方面年度起着控制性的作用。

在高速成型机的生产中,粘度必须控制在一定的范围内，而成型机的速度决定与粘度随温度的递增速度.此外玻璃的析晶和一些机械性能也与粘度有关。

所有实用硅酸盐玻璃，其粘度随温度的变化规律都属于同一类型，只是粘度随温度变化的速度以及对应某给定温度的有所不同。

在10怕.秒（或者更低）至约1011怕。

秒的粘度范围内，玻璃的粘度由玻璃化学成分所决定的，而在从约1011怕.秒(1015泊，或者更高)的范围内，粘度又是时间的函数。

这些现象可由图来说明：Na2O-——CaO—-—SiO2玻璃的弹性、粘度与温度的关系上图的三个区.在A区温度较高。

玻璃表现为典型的粘度液体，他的弹性性质近于消失.在这一温度去中粘度仅决定于玻璃的组成和温度。

当温度近于B区时，粘度随温度下降而迅速增大,弹性模量也迅速增大。

在这一温度区的粘度去决定于组成和温度外，还与时间有关.当温度进入C区,温度继续下降，弹性模量继续增大，粘滞留东变得非常小。

在这一温度区，玻璃的粘度和其它性质又决定于组成和温度而与时间无关.图中所市的粘度和弹性随温度的变化现象，可以从玻璃的热历史说明。

粘度(帕.秒）温度（℃）Log10n 粘度范围温度范围（℃)粘度系数帕。

秒℃103。

16＊10 10210314511295117810130.01。

玻璃工艺学复习材料

玻璃工艺学复习重点第一章绪论狭义的玻璃定义为：玻璃是一种熔融物冷却、凝固的非结晶（在特定条件下也能成为晶体）无机物质，是过冷的液体。

广义的玻璃定义是：结构上完全表现为长程无序的、性能上具有玻璃转变特性的非晶态固体。

玻璃是一种具有无规则结构的非晶态固体。

玻璃具有如下的特性：1、各向同性；2、无固定熔点；3、亚稳性（介稳性）4、变化的可逆性；5、可变化性。

晶子学说是由门捷列夫于1921年提出的。

晶子学说的成功之处在于它解开了玻璃是我微观结构不均匀性和近程有序的结构特性。

无规则网络学说：其排列是无序的，缺乏对称性和周期性重复，因而其内能大于晶体。

无规则网络学说宏观上强调了玻璃中多面体相互排列的连续性，统计均匀性和无序性。

晶子学说以玻璃结构的近程有序为出发点，而无规则网络学说则强调了玻璃结构的连续性、统计均匀性和无序性。

准晶是具有准周期平移格子构造的固体，其中的原子常呈定向有序排列，但不做周期性平移重复，其对称要素包含与晶体空间格子不相容的对称（如5次对称轴）。

液晶：在一定温度范围出现液晶相，在较低温度为正常传晶的物质。

从宏观物理性质看：液晶既有液体的可流动性、粘滞性，又具有晶体的各向异性。

从微观结构上看，晶体具有一定的长程有序性，即分子按某一从优方向排列，这是其物理性质各向异性的主要原因。

然而，液晶又是平移无序或部分平移无序的，因而也具有某些类似液体的性质。

网络形成体（玻璃形成体）氧化物能单独形成玻璃。

网络外体（玻璃整体）氧化物不能单独形成玻璃。

网络中间体（玻璃中间体）氧化物一般不能单独生成玻璃。

第二章玻璃的主要性质粘度是度量流体粘性大小的物理量。

粘度的物理意义是指面积为A的两平行液层，以一定的速度梯度dv/dx移动时需要克服的摩擦力。

石英颗粒的溶解、扩散速度加快，有利于玻璃的快速形成。

在璃的澄清过程中，气泡在玻璃液中的上升速度与玻璃液的粘度成反比。

在玻璃的均化过程中，不均质体的扩散速度也与玻璃的粘度成反比关系，因此玻璃粘度的降低，可加速不均物质和气泡的扩散，加快玻璃液的均化过程。

玻璃的黏度和表面性质

玻璃的黏度和表面性质
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。
玻璃的黏度和表面性质
4.1.3 黏度与玻璃组成的关系
或更多
4.2.2.2 表面张力与温度的关系
一般规律：温度升高，质点热运动增加，体积膨胀，相互作用力松弛，表面张力降低，表面张力与温度几乎呈直线关系。
玻璃：高温和低温区，二者几乎呈直线关系。 σ＝σ0（1－bT）
转化温度附近出现转折，不呈直线关系。
玻璃的黏度和表面性质
表面张力 σ(dyne/cm)
900 800 700 600 500 400 300
600
700
800
温度（℃）
钾铅硅酸盐玻璃的表面张力与温度的关系
玻璃的黏度和表面性质
温度反常现象：对PbO－SiO2系统玻璃，其表面张力随温度升高而略微变大，温度系数为正值。一般含有表面活性物质的系统也出现此正温度系数，这可能与在较高温度下出现“解吸”过程有关。
ZrO2 GeO2
温度（℃） σ
熔体
25 1080 900 1000 1000 1300 1300 2150 1300 1300 1150
72
SiO2
95
80
FeO
60
钠钙硅酸盐熔体
128
（Na2O∶CaO∶SiO2
290
＝16∶10∶74）
450
钠硼硅酸盐熔体
550
（Na2O∶B2O3∶SiO2
380

玻璃的表面张力是如何在玻璃的融化、成型中发挥作用的

玻璃的表面张力在玻璃的熔化、成型中发挥的作用段光申（武汉理工大学材料科学与工程学院）【摘要】本文通过对表面张力的解释和玻璃表面张力的概念、意义及化学组成对玻璃表面张力的影响描述，并结合一些理论知识和公式、分析图表等科学手段，阐述了玻璃表面张力在熔化部对玻璃液澄清、均化以及在锡退部对玻璃抛光、成型的作用及影响。

【关键词】玻璃表面张力澄清均化玻璃成型影响作用表面张力在玻璃生产过程中有着重要的意义，在玻璃熔制过程中，表面张力对玻璃液的澄清、均化起着重要的作用。

而且玻璃液的表面张力还影响到玻璃液对金属表面的附着作用，同时它在玻璃与其他材料封接时也具有重要意义。

浮法玻璃的生产原理也基于玻璃和熔融锡液表面张力的相互作用和重力作用，从而获得了可与磨光玻璃表面媲美的优质平板玻璃。

当然表面张力也会给玻璃生产带来不利影响。

如生产玻璃薄膜和玻璃纤维时，就必须克服表面张力作用。

浮法生产玻璃时要用拉边机等措施克服由于表面张力引起的收缩。

所以认识和了解玻璃的表面张力并对其加以研究是十分有必要的。

1、玻璃表面张力的性质1.1表面张力的物理意义熔融玻璃表面层的质点受到内部质点的作用而趋向于熔体的内部，使玻璃液表面层形成一种力图使液体收缩的力，因此表面分子间存在着作用力，即表面张力。

他可以用单位长度上的力来表示，单位是N/m，也可以用单位面积上的能来表示，单位是J/m2.硅酸盐的表面张力一般在（2.20—3.80）×10-1N/m范围内，比水大3—4倍，比熔融的盐类大，与熔融的金属相近。

1.2表面张力与组成的关系对于钠钙硅玻璃，表面张力与组成的关系比较简单，可用加合法计算。

=∑i a i式中i—各种氧化物的表面张力系数；a i—氧化物含量，以质量百分数表示。

凡是影响质点间作用（键）力的因素，都将直接影响表面张力的大小。

组成氧化物对表面张力的影响：1、SiO2:随SiO2含量的增加，氧硅比下降，熔体复合阴离子团愈大，则相互作用力愈大，则这些复杂阴离子部分被排挤到熔体表面层，故而表面张力增加。

玻璃板被水吸住的原理

玻璃板被水吸住的原理
在日常生活中，我们经常会遇到一些奇怪的现象。

例如，当我们把一个玻璃板放在水面上，它会被水吸住，无法轻易移动。

这是为什么呢？本文将探讨这一现象的原理。

首先，我们需要了解一些基础知识。

玻璃是一种非常光滑的材料，它的表面非常平整。

水分子也是非常小的，它们可以在玻璃板表面形成一个非常薄的水层。

这个水层可以让水分子在玻璃板表面滑动，而不是被玻璃板表面阻挡。

这种现象被称为“润湿”。

接下来，我们需要了解一些物理知识。

在物理学中，有一个叫做“表面张力”的现象。

表面张力是指液体表面的分子间力量，它让液体表面尽可能保持平整。

当液体表面上有一个凸起物体（例如玻璃板），表面张力会让液体表面在凸起物体周围产生一个凹陷。

这个凹陷就是我们看到的“水痕”。

当我们把玻璃板放在水面上时，液体表面会在玻璃板周围产生一个凹陷。

这个凹陷会让玻璃板和水之间产生一个负压。

这个负压会把玻璃板和水黏在一起，形成一个强大的吸附力。

这就是为什么玻璃板会被水吸住的原因。

除了玻璃板，其他材料也可以被水吸住。

只要材料表面足够平整，液体表面就会在其周围形成一个凹陷，产生负压，从而产生吸附力。

这种现象在生活中有很多应用。

例如，蜗牛能够在玻璃上爬行，就是因为它的足底能够产生负压，从而黏在玻璃上。

总之，玻璃板被水吸住的原理是由表面张力和负压共同作用产生
的。

这种现象在物理学中被称为“凸起物体的吸附现象”。

通过了解这个原理，我们可以更好地理解这个奇怪的现象，并应用到实际生活中。

玻璃工艺学试题库

1. 硼反常：在钠硅酸盐玻璃中加入氧化硼时，往往在性质变化曲线中产生极大值和极小值，此现象称为硼反常。

2. 混合碱效应：在二元碱硅玻璃中，当玻璃中碱金属氧化物的总含量不变，用一种碱金属氧化物逐渐取代另一种时，玻璃的性质不是呈直线变化，而是出现明显的极值，这一效应称为混合碱效应。

3. 压制效应：在钠硅玻璃中加入的Ca离子具有强化玻璃结构和限制原有碱金属离子活动的作用，称为压制效应。

4. 网络外体：玻璃结构中不参加网络，网络空隙处，提供额外阳离子, 对玻璃起调整性质作用的氧化物。

5. 网络形成体：玻璃结构中，与氧原子相联的阳离子不超过2，中心阳离子的配位数不大于4，氧多面体只能共顶连接，多面体至少3 个顶角共用的氧化物。

6. 网络中间体：玻璃结构中，化合价高而配位数低，可以与网络形成体氧化物结合，在功能上起着改善玻璃结构的功能的氧化物。

7. 玻璃热历史：是指玻璃从高温液态冷却，通过转变温度区域和退火温度区域的经历。

8. 玻璃转变现象：9. 相变：物质从一种相转变为另一种相。

10. 分相：玻璃在高温下为均匀的熔体，在冷却过程中或在一定温度下热处理时，由于内部质点迁移，某些组分发生偏聚，从而形成化学组成不同的两个相，此过程称为分相。

11. 旋节分解：12. 玻璃的料性：不同种类的玻璃随温度的变化其黏度变化速度不同，称为具有不同的料性。

13. 玻璃的脆性：玻璃的脆性是指当负荷超过玻璃的极限强度时，不产生明显的塑性变形而立即破裂的性质。

14. 玻璃的弹性模量：弹性模量是表征材料对弹性变形的抗力，即材料的刚度。

15. 玻璃的热稳定性：16. 玻璃的化学稳定性：玻璃制品在使用的过程中受到水、酸、碱、盐类、气体及其它化学试剂溶液的侵蚀，玻璃对这些侵蚀的抵抗能力。

17. 正常色散：18. 澄清剂：凡在玻璃熔制过程中能产生气体，或能降低玻璃粘度促使玻璃液中气泡排出的原料。

19. 物理脱色：加入一定数量能产生互补色的着色剂。

玻璃复习资料

一.名词解释1.玻璃：玻璃是熔融、冷却、固化的非结晶（在特定状态下也可能成为晶态）的无机物，是过冷的液体。

2. 积聚作用：高场强的网络外体使周围网络中的氧按其本身的配位数来排列。

3. 硼氧反常：纯B2O3玻璃中加入Na2O ，各种物理性质出现极值。

而不象SiO2中加入Na2O后性质变坏。

4. 硼反常现象：在钠硅酸盐玻璃中加入氧化硼时，性质曲线上产生极值的现象。

5. 解聚作用：当碱金属氧化午加入到熔融石英玻璃中，促使硼氧四面体间连接断裂，出现非桥氧，是玻璃结构疏松、减弱，导致一系列性能变坏。

6. 压制效应——在含碱硅酸盐系统中随RO量的增加，使R+的扩散系数下降。

7. 硼－铝反常：当B2O3含量不同时，用Al2O3代SiO2出现不同的现象。

Na2O/ B2O3<1极小值（7~8）；Na2O/ B2O3≥1 N、d减小（3~5）；Na2O/ B2O3=4极大值（2）8. 混合碱效应：二元碱硅玻璃中，当玻璃中碱金属氧化物总量不变，用一种氧化物取代另一种，玻璃与扩散有关的性质不成直线变化，而出现明显的极值。

9. 逆性玻璃：当存在两种以上金属离子且它们大小、电荷不同时， Y<2也可制成玻璃且性质随量的增加而变好。

10. 图尔假象温度：玻璃在室温下的性质是它在[Tg ,Tf]内的某一温度的平衡状态具有的性质11. 玻璃的热历史：指玻璃从高温液态冷却，通过转变温度区域和退火温度区域的经历12. 退火下限（即转变温度）---3min内应力可消除5% (<退火点50~150度)退火上限（即膨胀软化温度）---3min内应力可消除95% (相当于退火点温度)13. 玻璃的分相：玻璃从高温冷却过程中或在一定温度下热处理时，由于内部质点的迁移，某些组分发生偏聚，从而形成化学组成不同的两个相，此过程叫分相。

14.稳定分相：液相线以上分相，液相线似直线。

难成玻。

15.亚稳分相：分相在液相线以下。

液相线成倒S形，绝大部分玻璃属于此类分相。

玻璃工艺学2粘度与表面张力

1/T
三、粘度和熔体结构的关系
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
高温低温积聚作用使网络连接程度变大，
自由体积较多较大，利于小四面体移动，较小。
=1/ =A eu/KT -- 流动度 (u是常数) = (u/K) Lge
Lg
（4-2）
（4-3）
u -- 粘滞活化能（势垒） Lg=+ /T = LgA
（4-4）
高温熔体基本无聚合，
低温聚合趋于完毕， u都为常数。
d
c a b
bc中温段冷却时不断发生聚合， u随温度变化较大（增大），故此段为非线性关系。
二、粘度和温度的关系
1.玻璃的-T曲线
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。 2.粘度与温度关系的量化
A
B
T
质点移动（流动）需有克服一定势垒（u）的能量。
u 流动性粘度
=A’ e–u/KT
3.表面性质强度表面微裂纹使强度。H+取代R+使表面产生张应力，常会产生微裂纹。表面析晶能力强４.玻璃的表面反应（1）水化反应卤化反应生成盐（3）表面吸附物理吸附压力越大吸附量越多。(H2、N2、O2、CO2) 化学吸附通过共有原子或离子实现。硅羟团的生成及其对水的进一步吸附。 Si-OH+SOCl2 Si-OH+Li+ Si-Cl+SO2+HCl Si-O-Li+H+

第四章玻璃的性质

（2）表面张力的工艺意义
表面张力在玻璃的澄清、均化、成形、玻璃液与耐火材料相互作用等过程中趁着十分重要的作用。澄清大，气泡长大难，澄清难。
均化
成型
大时，力求成球，均化难。
拉边器自抛光
热加工
烧口
火抛光
2.影响玻璃表面张力的因素（1）玻璃组成对表面张力的影响质点间作用力越大，表面张力越大，凡影响质点间作用力的因素，都将影响表面张力的大小。 R2O 对于R2O-SiO2系统，随着R+半径↑，σ依次↓ N/m103 即Li> Na> K Li2O 由右图可知:
15 Logη(dPa.s)
高温熔体基本无聚合，
低温聚合趋于完毕，
c
10
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），故此段为 0 0.50 0.75 1.00 1.25(1/T) 钠钙硅酸盐玻璃的Logη~1/T关化能（Δu）是温度的函数，其关系式为 Δu＝b／T，Δu与键强成正比，与绝对温度成反比，将上式代入（4-3）得： lgη＝a＋b'／T2 (4-4）式中：b'＝b／K lge 注意：式（4-3）式（4-4）都是近似公式。
离子的极化 •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 > 惰性气体型非惰性气体型阳离子，由于电子层结构不对称，在高温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，对高温粘度表现特别明显。因此PbO 在整个温度范围都有很大的粘度降低作用。如Pb2+、Cd2+、Sn2+、Bi3+、Zn2+、Co2+ 等均可降低粘度。

玻璃表面张力的物理与工艺意义

1.玻璃表面张力的物理与工艺意义玻璃表面张力指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做的功，单位为N/m和J/m2.硅酸盐玻璃的表面张力为（200―380）*10-3N/m.玻璃的表面张力在玻璃的澄清、均化、成型、玻璃液与耐火材料相互作用等过程中起着重要的作用.2.玻璃表面张力与组成及温度的关系各种氧化物对玻璃的表面张力有不同的影响，如Al2O3、La2O3、CaO、MgO、能提高表面张力.K2O、PbO、B2O3、Sb2O3等如加入量较大，则能大大降低表面张力.同时，Cr2O3、V2O3、Mo2O3、WO3用量不多时也能降低表面张力.组成氧化物对玻璃熔体与空气界面上表面张力的影响可分为三类.第"类组成氧化物对表面张力的影响关系，符合加和性法则.第Ⅱ类和第Ⅲ类组成氧化物对熔体的表面张力的关系是组成的复合函数，不符合加和性法则.由于这些组成的吸附作用，表面层的组成与蒋体内的组成是不同的.氰化物如Na2SiF6、Na3AlF6，硫酸盐如芒硝，氯化物如NaCl等都能显著地降低玻璃的表面张力，因此，这些化合物的加入，均有利于玻璃的澄清和均化.表面张力随着温度的升高而降低，二者几乎成直线关系，实际上可认为，当温度提高100℃时表面张力减少1%，然而在表面活性组分及一些游离的氧化物存在的情况下，表面张力能随温度升高而稍微增加.3.玻璃的力学性能3.1玻璃的理论强度和实际强度一般用抗压强度、抗折强度、抗张强度和抗冲击强度等指标表示玻璃的机械强度.玻璃以其抗压强度高、硬度高而得到广泛应用，也因其抗张强度与抗折强度不高，脆性大而使其应用受到一定的限制.玻璃的理论强度按照Orowan假设计算为11.76GPa，表面无严重缺陷的玻璃纤维，其平均强度可达686MPa.玻璃的抗张强度一般在34.3―83.3MPa之间，而抗压强度一般在4.9――1.96GPa之间.但实际玻璃的抗折强度只有6.86MPa，比理论强度小2―3个数量级.这是由于实际玻璃中存在有微裂纹（尤其是表面微裂纹）和不均匀区（分相等）所致.目前常采用的提高玻璃机械强度的方法主要有退火、钢化、表面处理与涂层、微晶化、与其它材料制成复合材料等.这些方法能使玻璃的强度增加几倍甚至十几倍.3.1.1玻璃强度与化学组成的关系.不同化学组成的玻璃结构间的键强也不同，从而影响玻璃的机械强度.石英玻璃的强度最高.各种氧化物对玻璃抗张强度的提高作用顺序是：CSO>B2O3>BaO>Al2O3>PbO>K2O>Na2O>（MgO、FC2O3）各组成氧化物对玻璃抗压强度提高作用的顺序是：Al2O3>（MgO、SiO2、ZnO）> B2O3>Fe2O3>（B2O3、Cao、PbO）3.1.2玻璃中的缺陷.宏观缺陷如固态夹杂物、气态夹杂物、化学不均匀等，由于其化学组成与主体玻璃不一致而造成内应力.同时，一些微观缺陷（如点缺陷、局部析晶、晶界等）常常在宏观缺陷的地方集中，而导致玻璃产生微裂纹，严重影响玻璃的强度.3.1.3温度.在不同的温度下玻璃的强度不同，根据对-20℃―500℃范围内的测量结果可知，强度最低值位于200℃左右.一般认为，随着温度的升高，热起伏现象增加，使缺陷处积聚了更多的应变能，增加了破裂的几率.当温度高于200℃时，由于玻璃粘滞性流动增加，使微裂纹的裂口钝化，缓和了应力作用，从而使玻璃强度增大.3.1.4玻璃中的应力.玻璃中的残余应力，特别是分布不均匀的残余应力，使强度大为降低.然而，玻璃进行钢化后，表面存在压应力，内部存在张应力，而且是有规则的均匀分布，所以玻璃强度得以提高.3.2玻璃的硬度硬度是表示物体抵抗其他物体侵人的能力.硬度的表示方法甚多，有莫氏硬度、显微硬度、研磨硬度和刻划硬度，玻璃的莫氏硬度为5―7.玻璃的硬度决定于组成原子的半径、电荷大小和堆积密度，网络生成体离子使玻璃具有硬度，而网络外体离子则使玻璃硬度降低.各种组成对玻璃硬度提高的作用大致为：SiO2〉SiO2（MgO、ZnO、BaO）〉Al2O3> Fe2O3> K2O>Na2O> PbO，玻璃的硬度随着温度的升高而降低.3.3玻璃的脆性玻璃的脆性是指当负荷超过玻璃的极限强度时立即破裂的特性.玻璃的脆性通常用它被破坏时所受到的冲击强度来表示.冲击强度的测定值与试样厚度及样品的热历史有关，淬火玻璃的冲击强度较退火玻璃大5―7倍.3.4玻璃的弹性在近代技术中玻璃愈来愈广泛地被用作结构材料，因此对玻璃的弹性进行研究也日益增长.高空高速飞行需要具有一定刚度的高弹性模量材料，高功率激光通过玻璃介质时所产生的结构压缩和松弛会导致密度和折射率的变化等.弹性已成为玻璃的一项重要物理性质.4.玻璃的密度与密度计算4.1玻璃的密度玻璃的密度表示玻璃单位体积的质量，主要决定于玻璃的化学组成、温度和热历史，也与玻璃的原子堆积紧密程度、配位数有关，是表征玻璃的密度与化学组成关系密切.玻璃组成不同密度相差很大.各种玻璃制品中，石英玻璃的密度最小，为2000kg/m3，普通钠钙硅玻璃为2500―2600kg/m3.而含有PbO、Bi2O3、Ta2O5、WO3的玻璃密度可达6000kg/m3.甚至某些防辐射玻璃的密度可高达8000kg/m3.玻璃的密度随温度升高而下降.一般工业玻璃，当温度由20℃升高1300℃时，密度下降约为6%―12%，在弹性形变范围内，密度的下降与玻璃的热膨胀系数有关.玻璃的热历史是指玻璃从高温冷却，通过Tf―Tn区域时的经历，包括在该区域停留时间和冷却速度等具体情况在内.热历史影响到固体玻璃结构以及与结构有关的许多性质.其对玻璃密度影响为：4.1.1玻璃从高温状态冷却时，淬冷玻璃的密度比退火玻璃的小.4.1.2在一定退火温度下保温一定时间后，玻璃密度趋向平衡.4.1.3冷却速度越快，偏离平衡密度越多，其Tg值也越高.所以，在生产上退火质量的好坏可在密度上明显地反映出来.在玻璃生产中常出现事故，如配方计算错误、配合料称量差错、原料化学组成波动等，这些均可引起玻璃密度的变化.因此，玻璃工厂常将测定密度作为控制玻璃生产的手段以下无正文仅供个人用于学习、研究；不得用于商业用途。

玻璃表面张力的物理与工艺意义

1.玻璃表面张力的物理与工艺意义玻璃表面张力指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做的功，单位为N/m和J/m2.硅酸盐玻璃的表面张力为（200―380）*10-3N/m.玻璃的表面张力在玻璃的澄清、均化、成型、玻璃液与耐火材料相互作用等过程中起着重要的作用.2.玻璃表面张力与组成及温度的关系各种氧化物对玻璃的表面张力有不同的影响，如Al2O3、La2O3、CaO、MgO、能提高表面张力.K2O、PbO、B2O3、Sb2O3等如加入量较大，则能大大降低表面张力.同时，Cr2O3、V2O3、Mo2O3、WO3用量不多时也能降低表面张力.组成氧化物对玻璃熔体与空气界面上表面张力的影响可分为三类.第"类组成氧化物对表面张力的影响关系，符合加和性法则.第Ⅱ类和第Ⅲ类组成氧化物对熔体的表面张力的关系是组成的复合函数，不符合加和性法则.由于这些组成的吸附作用，表面层的组成与蒋体内的组成是不同的.氰化物如Na2SiF6、Na3AlF6，硫酸盐如芒硝，氯化物如NaCl等都能显著地降低玻璃的表面张力，因此，这些化合物的加入，均有利于玻璃的澄清和均化.表面张力随着温度的升高而降低，二者几乎成直线关系，实际上可认为，当温度提高100℃时表面张力减少1%，然而在表面活性组分及一些游离的氧化物存在的情况下，表面张力能随温度升高而稍微增加.3.玻璃的力学性能3.1玻璃的理论强度和实际强度一般用抗压强度、抗折强度、抗张强度和抗冲击强度等指标表示玻璃的机械强度.玻璃以其抗压强度高、硬度高而得到广泛应用，也因其抗张强度与抗折强度不高，脆性大而使其应用受到一定的限制.玻璃的理论强度按照Orowan假设计算为11.76GPa，表面无严重缺陷的玻璃纤维，其平均强度可达686MPa.玻璃的抗张强度一般在34.3―83.3MPa之间，而抗压强度一般在4.9――1.96GPa之间.但实际玻璃的抗折强度只有6.86MPa，比理论强度小2―3个数量级.这是由于实际玻璃中存在有微裂纹（尤其是表面微裂纹）和不均匀区（分相等）所致.目前常采用的提高玻璃机械强度的方法主要有退火、钢化、表面处理与涂层、微晶化、与其它材料制成复合材料等.这些方法能使玻璃的强度增加几倍甚至十几倍.3.1.1玻璃强度与化学组成的关系.不同化学组成的玻璃结构间的键强也不同，从而影响玻璃的机械强度.石英玻璃的强度最高.各种氧化物对玻璃抗张强度的提高作用顺序是：CSO>B2O3>BaO>Al2O3>PbO>K2O>Na2O>（MgO、FC2O3）各组成氧化物对玻璃抗压强度提高作用的顺序是：Al2O3>（MgO、SiO2、ZnO）> B2O3>Fe2O3>（B2O3、Cao、PbO）3.1.2玻璃中的缺陷.宏观缺陷如固态夹杂物、气态夹杂物、化学不均匀等，由于其化学组成与主体玻璃不一致而造成内应力.同时，一些微观缺陷（如点缺陷、局部析晶、晶界等）常常在宏观缺陷的地方集中，而导致玻璃产生微裂纹，严重影响玻璃的强度.3.1.3温度.在不同的温度下玻璃的强度不同，根据对-20℃―500℃范围内的测量结果可知，强度最低值位于200℃左右.一般认为，随着温度的升高，热起伏现象增加，使缺陷处积聚了更多的应变能，增加了破裂的几率.当温度高于200℃时，由于玻璃粘滞性流动增加，使微裂纹的裂口钝化，缓和了应力作用，从而使玻璃强度增大.3.1.4玻璃中的应力.玻璃中的残余应力，特别是分布不均匀的残余应力，使强度大为降低.然而，玻璃进行钢化后，表面存在压应力，内部存在张应力，而且是有规则的均匀分布，所以玻璃强度得以提高.3.2玻璃的硬度硬度是表示物体抵抗其他物体侵人的能力.硬度的表示方法甚多，有莫氏硬度、显微硬度、研磨硬度和刻划硬度，玻璃的莫氏硬度为5―7.玻璃的硬度决定于组成原子的半径、电荷大小和堆积密度，网络生成体离子使玻璃具有硬度，而网络外体离子则使玻璃硬度降低.各种组成对玻璃硬度提高的作用大致为：SiO2〉SiO2（MgO、ZnO、BaO）〉Al2O3> Fe2O3> K2O>Na2O> PbO，玻璃的硬度随着温度的升高而降低.3.3玻璃的脆性玻璃的脆性是指当负荷超过玻璃的极限强度时立即破裂的特性.玻璃的脆性通常用它被破坏时所受到的冲击强度来表示.冲击强度的测定值与试样厚度及样品的热历史有关，淬火玻璃的冲击强度较退火玻璃大5―7倍.3.4玻璃的弹性在近代技术中玻璃愈来愈广泛地被用作结构材料，因此对玻璃的弹性进行研究也日益增长.高空高速飞行需要具有一定刚度的高弹性模量材料，高功率激光通过玻璃介质时所产生的结构压缩和松弛会导致密度和折射率的变化等.弹性已成为玻璃的一项重要物理性质.4.玻璃的密度与密度计算4.1玻璃的密度玻璃的密度表示玻璃单位体积的质量，主要决定于玻璃的化学组成、温度和热历史，也与玻璃的原子堆积紧密程度、配位数有关，是表征玻璃的密度与化学组成关系密切.玻璃组成不同密度相差很大.各种玻璃制品中，石英玻璃的密度最小，为2000kg/m3，普通钠钙硅玻璃为2500―2600kg/m3.而含有PbO、Bi2O3、Ta2O5、WO3的玻璃密度可达6000kg/m3.甚至某些防辐射玻璃的密度可高达8000kg/m3.玻璃的密度随温度升高而下降.一般工业玻璃，当温度由20℃升高1300℃时，密度下降约为6%―12%，在弹性形变范围内，密度的下降与玻璃的热膨胀系数有关.玻璃的热历史是指玻璃从高温冷却，通过Tf―Tn区域时的经历，包括在该区域停留时间和冷却速度等具体情况在内.热历史影响到固体玻璃结构以及与结构有关的许多性质.其对玻璃密度影响为：4.1.1玻璃从高温状态冷却时，淬冷玻璃的密度比退火玻璃的小.4.1.2在一定退火温度下保温一定时间后，玻璃密度趋向平衡.4.1.3冷却速度越快，偏离平衡密度越多，其Tg值也越高.所以，在生产上退火质量的好坏可在密度上明显地反映出来.在玻璃生产中常出现事故，如配方计算错误、配合料称量差错、原料化学组成波动等，这些均可引起玻璃密度的变化.因此，玻璃工厂常将测定密度作为控制玻璃生产的手段。

《玻璃工艺学》第4章玻璃的黏度及表面性质

第4章玻璃的粘度及表面性质4.1玻璃的粘度在重力、机械力和热应力等的作用下，玻璃液（或玻璃熔体）中的结构组元（离子或离子组团）相互间发生流动。

如果这种流动是通过结构组元依次占据结构空位的方式来进行，则称为粘滞流动。

当作用力超过“内摩擦”阻力时，就能发生粘滞流动。

粘滞流动用粘度衡量。

粘度是指面积为S 的两平行液面，以一定的速度梯度dxdV移动时需克服的内摩擦阻力f 。

dxdVSf η= （4-1）式中： η—粘度或粘滞系数S —两平行液面间的接触面积dx dV /—沿垂直于液流方向液层间速度梯度粘度是玻璃的一个重要物理性质，它贯穿于玻璃生产的全过程。

在熔制过程中，石英颗粒的溶解、气泡的排除和各组分的扩散都与粘度有关。

在工业上，有时应用少量助熔剂降低熔融玻璃的粘度，以达到澄清和均化的目的。

在成形过程中，不同的成形方法与成形速度要求不同的粘度和料性。

在退火过程中，玻璃的粘度和料性对制品内应力的消除速度都有重要作用。

高粘度的玻璃具有较高的退火温度，料性短的玻璃退火温度范围一般较窄。

影响玻璃粘度的主要因素是化学组成和温度，在转变区范围内，还与时间有关。

不同的玻璃对应于某一定粘度值的温度不同。

例如粘度为1012s Pa ∙时，钠钙硅玻璃的相应温度为560℃左右，钾铅硅玻璃为430℃左右，而钙铝硅玻璃为720℃左右。

在玻璃生产中，许多工序（和性能）都可以用粘度作为控制和衡量的标志（见表4-1）。

使用粘度来描述玻璃生产全过程较温度更确切与严密，但由于温度测定简便、直观，而粘度和组成关系的复杂性及习惯性，因此习惯上用温度来描述和规定玻璃生产工艺过程的工艺制度。

4.1.1粘度与温度关系由于结构特性的不同，因而玻璃熔体与晶体的粘度随温度的变化有显著的差别。

晶体在高于熔点时，粘度变化很小，当到达凝固点时，由于熔融态转变成晶态的缘故，粘度呈直线上升。

玻璃的粘度则随温度下降而增大。

从玻璃液到固态玻璃的转变，粘度是连续变化的，其间没有数值上的突变。