3-玻璃的粘度及表面性质
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玻璃的基本知识玻璃结构理论:晶子学说(1930年Randell)近程有序(微晶尺寸1.0‐1.5nm)晶子学说的价值在于它第一次指出玻璃中存在微不均匀物,及玻璃中存在一定的有序区域,这对于玻璃分相、晶化等本质的理解有重要价值。
一、玻璃的结构[SiO4]石英晶体结构以及石英玻璃、钠硅酸盐玻璃晶子结构示意图2玻璃结构是指玻璃中质点在空间的几何位置、有序程度以及他们之间的结合状态。
1932年W.H.Zachariasen借助V.M. Goldschmidt的离子晶界化学原则,利用晶体结构来阐述玻璃结构,即查氏把离子结晶化学原则和晶体结构知识推演到玻璃结构,描述了离子-共价键的化合物,如熔融石英、硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃。
氧化物形成玻璃的四个条件:¾一个氧离子不能和两个以上的阳离子结合——氧的配位数不大于2;¾阳离子周围的阳离子熟不应多过3或4——阳离子的配位数为3或4;¾网络中氧配位多面体之间只能共顶角,不能共棱、共面。
¾如果网络是三维的,则网络中每一个氧配位多面体必须至少有三个氧离子与相邻多面体相连,以形成三维空间发展的无规则网络结构。
根据上述条件,B2O3、SiO2、P2O5是很好的玻璃形成体。
不符合上述条件的氧化物则属于网络改良体,如碱金属、碱土金属氧化物。
一些氧化物可以部分参与网络结构,称为网络中间体,如BeO、Al2O3、ZrO23无规则网络学说强调了玻璃中多面体之间互相排列的连续性、均匀性和无序性,而晶子学说则强调了不连续性、有序性和微不均匀性。
因此,玻璃的结构是连续性、不连续性,均匀性、微不均匀性,无序性、有序性几对矛盾的对立统一体,条件变化,矛盾双方可能相互转化。
Figure 1. (a) Crystalline material (regular) and (b) glassy material (irregular).无规则网络学说的玻璃结构模型B2O3玻璃在不同温度下的结构模型无序性(远程)与有序性(近程)、连续性与不连续性,均匀性与不均匀性是玻璃这个统一体的两个方面,而且根据玻璃成分、热处理等条件不同,可以相互转化。
玻璃的性质一.目前我们玻璃引进的原材料如下:(共计11种)玻璃是熔融.冷却.固态的非结晶(在特种条件下也可以成为晶态)无机物。
玻璃的物理化学性质不仅决定于其化学组成,而且与玻璃结构有密切的联系。
只有认识玻璃的结构,掌握玻璃组成,结构,性能三者之间的内在联系,才有可能通过改变化学组成,热历史,或利用某些物理,化学处理,制取符合预定要求的物理化学性能的玻璃材料或制品。
二.玻璃的主要性质。
(1)粘度:粘度是玻璃的最主要物理性质之一。
在整个玻璃生产工艺过程(熔融,澄清,冷却,成形,退火)所制度的一系列温度制度往往是以此为依据的。
粘度是液态或熔体内部的分子在移动时相互之间的内摩擦力,内摩擦力越大,则分子移动越困难。
也就是粘度越大。
玻璃的粘度和温度有着密切的关系,温度升高时,粘度随之下降,但是这种变化没有一定的比例关系,通常在高温阶段,粘度的降低速度缓慢,而在低温段则急剧增加。
(2)析晶性能:玻璃是一种非晶态物质,但在一定的条件下,玻璃具有向晶态转化的倾向。
在玻璃生产中一般不希望玻璃析晶,因为析晶会造成外观上的缺陷,失去玻璃原有的性质,不能加工成型。
析晶是玻璃的缺陷。
(3)光学性能:玻璃对辐射的透射率取决于玻璃中的杂质含量。
不含氧化铁的透明玻璃大约能透过90%以上的可见辐射,仅有小部分辐射被玻璃真正吸收,大部分为玻璃两个表面的反射所损失。
(4)密度:玻璃的密度主要决定于玻璃的化学组成,分子量越大的氧化物含量越高时,玻璃的密度也越大。
如石英玻璃由SiO2所组成,它的密度最小,约2.2g/立方厘米,而含大量氧化铅的玻璃密度可达6.5g/立方厘米。
我们目前生产的钠钙硅玻璃的密度为2.46g/立方厘米。
(5)热膨胀系数:大部分物体受热以后都要膨胀,玻璃也不例外。
物体受热后膨胀的大小由它们的线膨胀系数和体膨胀系数来表明的。
玻璃的膨胀系数取决于玻璃的化学组成,系数提高。
而增加SiO2,B2O3,AL2O3的含量,就能降低膨胀系数。
第2章玻璃的黏度及表面性质2.1玻璃的黏度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。
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。
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,与时间无关黏度与玻璃组成的关系(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。
(表4-3 )(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。
黏度按Li2O-Na2O-K2O依次递减(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Si-O键作用减弱,网络结构易于调整与移动,使η↓。
(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A2O3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”。
总结氧化物组成对玻璃粘度作用可归纳如下SiO2Al2O3 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。
2.2玻璃的表面张力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,因此玻璃液表面分子间存在着作用力,即表面张力。
总结:依组成对表面张力的不同作用,将组成氧化物分为Ⅰ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Ⅱ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Ⅲ类:难熔表面活性强的组份:有强的降低表面张力的能力,不符合加合性法则表面张力与温度、气氛和湿度的关系1、σ与T的关系温度升高,质点热运动能增大,体积膨胀。
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。
i,ii,iii型玻璃分类
摘要:
i,ii,iii 型玻璃分类
1.玻璃的分类概述
2.i 型玻璃的特点和应用
3.ii 型玻璃的特点和应用
4.iii 型玻璃的特点和应用
正文:
玻璃是一种常见的无机非晶固体材料,广泛应用于建筑、家居、医疗、电子等领域。
根据其性能和用途的不同,玻璃可以分为很多种类,其中最常见的分类方法是按照膨胀系数分为i, ii, iii 型玻璃。
i 型玻璃,也被称为硼硅玻璃,其膨胀系数在3.3×10^-6/℃,具有良好的耐热性能和化学稳定性。
因此,i 型玻璃广泛应用于实验室器皿、医药包装、光学仪器等领域。
ii 型玻璃,也被称为碱土硅玻璃,其膨胀系数在6.5×10^-6/℃,比i 型玻璃稍低,但在光学性能和机械强度方面表现更优。
因此,ii 型玻璃常用于生产平板玻璃、光学玻璃、器皿等。
iii 型玻璃,也被称为铅硅玻璃,其膨胀系数在10×10^-6/℃,是三种玻璃中膨胀系数最大的,具有良好的保温性能。
因此,iii 型玻璃主要用于生产保温瓶、热水杯等保温容器。
总的来说,i, ii, iii 型玻璃因其不同的膨胀系数和性能特点,在各自的领域
发挥着重要的作用。