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1、College of Chemistry & Materials Science 无机非金属材料-玻璃工艺学“玻璃的粘度与表面性质” 3 玻璃的黏度及表面性质 3.1 玻璃的黏度 3.1.1 概念（熟悉） 3.1.2 黏度与温度的关系（掌握） 3.1.3 黏度与熔体结构的关系（掌握） 3.1.4 黏度与玻璃组成的关系（掌握） 3.1.5 黏度参考点（熟悉） 3.1.6 黏度在生产中的应用（熟悉） College of Chemistry & Materials Science 无机非金属材料-玻璃工艺学“玻璃的粘度与表面性质” 3.1.1 概念（熟悉） 黏滞流动：在外力作用下，玻璃液中的结构组
2、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Pa s College of Chemistry & Materials Science 无机非金属材料-玻璃工艺学“玻璃的粘度与表面性质” 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 10-1011 Pa S范围内，粘度由温度及化学组成所决定； 在 1011-1014 Pa S范围内，粘度与时间有关。 3.1.2 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
3、为长性玻璃。 College of Chemistry & Materials Science 无机非金属材料-玻璃工艺学“玻璃的粘度与表面性质” 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。 College of Chemistry & Materials Science 无机非金属材料-玻璃工艺学“玻璃的粘度与表面性质” 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。 College of Chemistry & Mate
4、rials Science 无机非金属材料-玻璃工艺学“玻璃的粘度与表面性质” 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。 3.1.3 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。 College of Chemistry & Materials Science 无机非金属材料-玻璃工艺学“玻璃的粘度与表面性质” 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
5、体由小变大，则 。 College of Chemistry & Materials Science 无机非金属材料-玻璃工艺学“玻璃的粘度与表面性质” 3.1.4 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。 College of Chemistry & Materials Science 无机非金属材料-玻璃工艺学“玻璃的粘度与表面性质” （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
6、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。 College of Chemistry & Materials Science 无机非金属材料-玻璃工艺学“玻璃的粘度与表面性质” （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 College of Chemis
7、try & Materials Science 无机非金属材料-玻璃工艺学“玻璃的粘度与表面性质” 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。 15 14 13 12 11 10 048121620242832 lg(10-1Pa.s) B2O3(mol%) 图44 16Na2OxB2O3(84x)SiO2 系统玻璃中 560时的粘度变化 College of Chemistry & Materials Science 无机非金属材料-玻璃工艺学“玻璃的粘度与表面性质” 当氧化硼较少时，Na2O/B2O31,结构中游离氧充足
8、，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”。 College of Chemistry & Materials Science 无机非金属材料-玻璃工艺学“玻璃的粘度与表面性质” 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
9、温粘度，增加低温粘度。 PbO， CdO， Bi2O3 ， SnO等降低粘度。 College of Chemistry & Materials Science 无机非金属材料-玻璃工艺学“玻璃的粘度与表面性质” 3.1.5 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）： 1012.4 Pa S的温度。 (3) 退火点： 1012 Pa S的温度，应力在几分钟内消除。 College of Chemistry & Materials Science 无机非金属材料-玻璃工艺学“玻璃的
10、粘度与表面性质” (4) 变形点： 10101011Pa S的温度范围。 (5) 软化温度（Tf）： 31061.5107 Pa S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； 103106.6Pa S (7) 熔化温度：10Pa S (8) 自动机供料的黏度：102103Pa S College of Chemistry & Materials Science 无机非金属材料-玻璃工艺学“玻璃的粘度与表面性质” 1、在熔制阶段：其对应粘度为100.7-10 Pa S
11、2、成型阶段：成形开始的黏度随制品的种类而异，一般在101.6103 Pa S， 终了黏度为101.6103 PaS 3、玻璃退火：对应粘度为10111014 Pa S,典型的钠钙硅玻璃对应的温度为 583539，即退火温度范围 3.1.6 黏度对生产的应用 College of Chemistry & Materials Science 无机非金属材料-玻璃工艺学“玻璃的粘度与表面性质” 3.2 玻璃的表面张力 3.2.1 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
12、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。 College of Chemistry & Materials Science 无机非金属材料-玻璃工艺学“玻璃的粘度与表面性质” 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： 4、浮法平板玻璃生产时： 3.2.2 表面张力的工艺意义 College of Chemistry & Materials Science 无机非金属材料-玻璃工艺学“玻璃的粘度与表面性质” 3.2
13、.3 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 College of Chemistry & Materials Science 无机非金属材料-玻璃工艺学“玻璃的粘度与表面性质” 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
14、+ College of Chemistry & Materials Science 无机非金属材料-玻璃工艺学“玻璃的粘度与表面性质” 4）K2O，PbO，B2O3，Sb2O3使玻璃的 。 3）Al2O3、CaO、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。 College of Chemistry & Materials Science 无机非金属材料-玻璃工艺学“玻璃的粘度与表面性质” 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
15、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 College of Chemistry & Materials Science 无机非金属材料-玻璃工艺学“玻璃的粘度与表面性质” 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。 College of Chemistry & Materials Science 无机非金属材料-玻璃工艺学“玻璃的粘度与表面性质” 3.2.4 表面张力与温度、气氛和湿度
16、的关系 1、与T的关系 T 0（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 College of Chemistry & Materials Science 无机非金属材料-玻璃工艺学“玻璃的粘度与表面性质” 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。 College of Chemistry & Materials Science 无机非金属材料-玻璃工艺学“玻璃的粘度与表
