玻璃的粘及表面性质.pptx

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1、概念（熟悉）黏滞流动：在外力作用下，玻璃液中的结构组元(离子或离子基团）发生流动，如该流动以占据结构空位的方式来进行的流动方式。发生黏滞流动的条件：外力内磨擦阻力式中：为黏度，单位为Pas第1页/共41页所有实用硅酸盐玻璃，其黏度随温度的变化规律属于同一类型。在10-1011PaS范围内，粘度由温度及化学组成所决定；在1011-1014PaS范围内，粘度与时间有关。黏度与温度的关系（掌握）注：生产上常把玻璃的粘度随温度变化的快慢称为玻璃的料性。粘度随温度变化快的玻璃称为短性玻璃，反之称为长性玻璃。第2页/共41页图中分三个温度区A区：温度较高，表现为典型的黏性液体，其弹性性质近于消失。黏度决定

2、于玻璃的组成和温度。B区：（转变区）黏度、弹性模量随温度的而。黏度与组成、温度和时间有关。第3页/共41页C区：温度而弹性模量，黏滞流动变得非常小。黏度决定于组成和温度，与时间无关。第4页/共41页存在着大小不同的硅氧四面体群或络合阴离子，它们在玻璃中存在着不同的结构，该结构与温度有很大的关系。黏度与熔体结构的关系对硅酸盐熔体熔体中的硅氧四面体群有较大的空隙，可容纳小型的硅氧四面体群穿插活动。高温时空隙较多、较大、有利用小型的穿插活动，则。第5页/共41页碱金属和碱土金属以离子状态存在，高温时，它们较自由移动并且有减弱硅氧键的作用，则。当温度时，上述作用并且使硅氧四面体由小变大，则。第6页/共

3、41页黏度与玻璃组成的关系氧硅比 键强 离子极化 结构对称性 配位数（1）氧硅比 氧硅比大（如熔体中碱含量增大，游离氧增多），非桥氧多，网络结构不牢固，熔体黏度减小；反之增大。第7页/共41页（2）键强：在其它条件相同的前提下，粘度随阳离子与氧的键强增大而增大。（3）离子极化：离子极化力大的阳离子对桥氧的极化力强，使得SiO键作用减弱，网络结构易于调整与移动，使。R2OSiO2玻璃黏度按Li2ONa2OK2O依次递减说明 非惰性气体型（外层电子数不充满）阳离子的极化比惰性气体型的大。第8页/共41页（4）结构对称性：网络基本结构单元的结构不对称，可能在结构中存在缺陷或弱点，使结构不稳定，粘度下

4、降。（5）配位数：4配位形成四面体进入网络结构，使结构紧密，粘度增大。其它配位时就从网络中分离出来，使黏度降低。如B2O3和Al2O3第9页/共41页B2O3当B3是4配位时形成BO4时，黏度增大，而当6配位形成八面体或3配位形成三角体时，黏度降低。151413121110048121620242832lg(10-1Pa.s)B2O3(mol%)图4416Na2OxB2O3(84x)SiO2系统玻璃中560时的粘度变化第10页/共41页当氧化硼较少时，Na2O/B2O31,结构中游离氧充足，B3处于四面体配位，粘度随氧化硼掺量增加而增大；当Na2O/B2O31时，硼离子形成四面体配位最多，粘度

5、达到最大；继续增加氧化硼，当Na2O/B2O31此时，游离氧不足，形成BO三角形配位，粘度下降。硼反常现象：由硼离子配位数变化引起性能曲线上出现转折的现象，称为“硼反常现象”。第11页/共41页总结氧化物组成对玻璃粘度作用可归纳如下SiO2，Al2O3，ZrO提高粘度。K2O，Na2O降低粘度，Li2O高温时降低粘度，低温时增加粘度。RO降低高温粘度，增加低温粘度。PbO，CdO，Bi2O3，SnO等降低粘度。第12页/共41页黏度参考点粘度参考点：在玻璃温度-粘度曲线上，存在着一些有代表性的点。(1)应变点：1013.6，即应力在几小时内消除的温度。(2)转变点（Tg）：1012.4PaS的

6、温度。(3)退火点：1012PaS的温度，应力在几分钟内消除。第13页/共41页(4)变形点：10101011PaS的温度范围。(5)软化温度（Tf）：31061.5107PaS的温度范围，相当于操作温度的下限(6)操作范围：相当于成形时玻璃液表面的温度范围。T上限T下限，T上限指准备成形操作的温度；T下限指成形时能保持制品形状的温度；103106.6PaS(7)熔化温度：10PaS(8)自动机供料的黏度：102103PaS第14页/共41页1、在熔制阶段：其对应粘度为100.7-10PaS2、成型阶段：成形开始的黏度随制品的种类而异，一般在101.6103PaS，终了黏度为101.6103P

7、aS3、玻璃退火：对应粘度为10111014PaS,典型的钠钙硅玻璃对应的温度为583539，即退火温度范围黏度对生产的应用第15页/共41页3.2玻璃的表面张力表面张力的物理意义度量：玻璃与另一相（一般指空气）接触的相分界面上，在恒温恒容下，增加一个单位表面时所做的功。牛/米或焦耳/米2 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，使表面有收缩的趋势，即玻璃液表面分子间存在着作用力，即表面张力。第16页/共41页硅酸盐玻璃的表面张力一般在（220380）10-3牛/米，比水大34倍，比熔融的盐类大，与熔融的金属相近。1、在澄清和均化阶段：2、在成型过程中：3、玻璃制品在烘口时：

8、4、浮法平板玻璃生产时：表面张力的工艺意义第17页/共41页表面张力与组成的关系表面张力是由于排列在表面层（或相界面）的质点受力不均衡引起的，则此力场相差愈大，表面张力也愈大。凡影响熔体质点间作用（键）力的因素，都将直接影响表面张力的大小。1、组成氧化物第18页/共41页1）SiO2：随SiO2，O/Si，熔体复合阴离子团愈大，则相互作用力，则这些复杂阴离子部分被排挤到熔体表面层，。1、组成氧化物2）R2O：R2O，O/Si，主要是断网，大集团解集变小，作用力，即。随粒子半径不同，大小不同，Li+Na+K+第19页/共41页4）K2O，PbO，B2O3，Sb2O3使玻璃的。3）Al2O3、Ca

9、O、MgO、使玻璃的。5）Cr2O3，V2O5，As2O3，MoO3，WO3结论组成对表面张力的影响是通过改变熔体结构来实现的。第20页/共41页总结依组成对表面张力的不同作用，将组成氧化物分为类：非表面活性组份：一般是增加玻璃表面张力，符合加合性法则类：中间活性组份：加入量大时，可降低表面张力，不符合加合性法则类：难熔表面活性强的组份：有强的降低表面张力的能力，不符合加合性法则第21页/共41页2、熔体表面层组成及挥发作用差异原因有：1）、由于表面氧化物的挥发2）、表面易吸附一些杂质，低的表面，更易吸附杂质，使熔体的。3）、外部某些材料的侵蚀。第22页/共41页表面张力与温度、气氛和湿度的关

10、系1、与T的关系T0（1-bT）温度升高，质点热运动能增大，体积膨胀。相互作用力松驰，即随温度的升高而降低，二者几乎成线性关系第23页/共41页2、与气氛的关系还原气氛下的表面张力比氧化气氛下大，大约大20%。3、与湿度的关系低温时影响较大。与非极性气体，如N2、H2、He2等关系不大；而极性气体如H2O汽、NH3、HCl等通常。第24页/共41页3.3玻璃的表面性质表面性质性能 生产工艺影响改变化稳性、机械能 电性能、光学能封接、蚀刻、镀银第25页/共41页表面组成与结构玻璃内部：各离子间的作用力相平衡。玻璃表面：存在表面张力，表面活泼性增加。结果表面组成与结构与玻璃内部的组成与结构有很大的

11、差异。现象硅酸盐玻璃在02000范围的五种表面特征第26页/共41页一类为50埃的表面层，受到水化作用后，表面组成与结构并未变化。原玻璃SiO2距离溶液块状玻璃一型溶液界面第27页/共41页SiO2距离溶液块状玻璃二型二类为碱含量较低的玻璃，由于表面中碱离子R+与溶液反应而溶于溶液中，表面SiO2含量升高，形成高硅保护膜，使玻璃在pH9的溶液中有较好的化稳性。第28页/共41页SiO2距离溶液块状玻璃三型SiO2Al2O3SiO2或CaOP2O5三类型表面的玻璃添加了Al2O3或P2O5，表面析碱后形成富碱的双层保护膜，在酸液中稳定。第29页/共41页SiO2距离溶液块状玻璃四型四类表面也具有

12、一层富SiO2膜，但因SiO2含量不足，玻璃被继续侵蚀。第30页/共41页SiO2距离溶液块状玻璃五型五类型的表面受侵蚀时碱和SiO2等量地损失，玻璃表面与块状的组成及结构相同。如硅酸盐玻璃在碱液中的侵蚀。第31页/共41页表面离子交换目的玻璃表面上的一些较小离子让较大离子置换，在其表面产生压应力，以增加玻璃的机械强度。反应如玻璃表面涂覆某些盐类或浸在某些盐类的熔融物中加热，玻璃表面某些场强小的一些一价正离子同熔盐中离子相互交换。现象第32页/共41页交换后，表面压应力大小与以下因素有关（1）交换离子半径比熔盐中交换离子半径越大，产生的压应力也越大。但只有电价相当和离子半径在同一数量级的离子才

13、能顺利实现交换。（2）交换程度 玻璃的一价正离子被熔盐中离子交换越彻底，产生的压应力就越大。第33页/共41页（3）热膨胀系数变化交换后的玻璃表面组成与结构都发生了变化，则膨胀系数也不一样，高温时表面层的膨胀系数大于内部，则冷却后，表面压应力将额外增加。（4）表面结构重组由于表面产生应力，则玻璃产生结构重组而趋向内外一致，交换产生的应力减弱，甚至消失。应力松驰决定于结构重组的速度，速度越快，应力消除越多。第34页/共41页（5）压力层厚度影响压应力的一个主要因素。产生的压力层厚度要求达到30-50m，否则玻璃表面存在的微裂纹会穿透压力层到达内部，使压力层失去作用。总结上述因素与离子交换的温度及

14、时间有关温度高，离子扩散快，交换也快。Tg点以下附近。第35页/共41页交换时间越长，压力层的厚度越深，交换效果越好。决定压应力大小及分布的最关健两个参数温度时间第36页/共41页3.4玻璃密度密度玻璃的密度决定于构成玻璃的各原子质量和原子的堆积方式。玻璃单位体积的质量称密度。密度与成份的关系成份发生微小变化，密度会敏感的反映出来。生产中常以测定密度值来监控玻璃成份。第37页/共41页1）、在玻璃中加入R2O和RO时，密度随原子序数的增加而增加。2）、同种氧化物在玻璃中的配位数不同，对密度的影响也不同，B3+处于四面体比三角体时大，而Al3+正好相反。3）、玻璃中同时含有Al2O3和B2O3时，玻璃密度的变化变得复杂。4）、玻璃密度可以根据组成氧化物含量进行计算。第38页/共41页随温度升高，密度下降。同成份玻璃的热历史不同，密度差别较大，如退火和淬火玻璃的密度。密度与压力及析晶的关系常压下不受压力的影响。当承受100-200108Pa时，密度变大并保持，当在Tg附近时，才恢复正常值。析晶后质点进行有序排列，一般密度增大。密度与温度及热历史的关系第39页/共41页第40页/共41页感谢您的观看。第41页/共41页