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 10210314511295117810130.01.52.03.010—102103—104105—106107—1082731102.38.2*10钠钙硅玻璃的粘度—温度数据二、玻璃的组成对粘度的作用玻璃成分与玻璃粘度之间存在卓复杂的关系，一般可以从硅氧比、离子的极化、键强、结构对称性以及配位数等方面来说明。

现分述于如：2.1氧硅比当氧硅比增大（例如熔体中碱含量增大），使大型四面体群分成为小型四面体群，自由体空间随之增大，导致熔体粘度下降，一些钠钙硅酸盐在1400℃的粘度在玻璃中一氟化物代替氧化物时（如以CaF2取代CaO），由于阴离子与硅之比值增大，也有降低粘度的作用。

2.2化学键的强度在其它条件相同的前提下，粘度随阳离子与氧的键力增大而增大。

在两元（R2O-SiO2）玻璃中,当O/Si比值很高时（即R2O含量较高），硅氧四面体间连接较少，已接近遇岛状结构，四面体很大程度上依靠键力R-O相联接，因此键力量的Li+具有最高的粘度，粘度按Li2O-Na2O-K2O顺序递减。

但当O/Si比值很低时，它们的粘度大小顺序由于此相反。

在加入配位数相同的阳离子情况下，各氧化物取代SiO2后年度的变化取决于R-O键力的大小。

因此nAl2O3＞nGa2O3何nSiO2＞nGeO2.2.3离子的极化离子间的相互作用极化对粘度有明显的影响。

阳离子的极化力大，对于硅氧键的氧离子极化、变形大，减弱对氧键的作用大，表现在粘度下降。

一般来说非惰性气体性阳离子的极化力大于惰性气体型氧离子，故前者减弱硅氧键的作用较大，具有较低的粘度。

以过渡金属氧化物取代也有粘度的作用如图所示。

0 0.23 0.50 0.751.00 1.25在碱硅二元玻璃中，当O/Si比很低时，对粘度其主要作用的是硅氧四面体[SiO4]间的键力。

极化力最大的Li+是减弱Si-O-Si键的作用最大，故粘度按Li2O-Na2O-K2O顺序递增。

2.4结构的对称性在一定的条件下，结构的对称性对粘度有着重要的作用。

如果结构不对称就可能在结构中存在缺陷和弱点，因此使粘度下降。

例如，硅氧键和硼氧键的键强属于同一数量级的，然而石英玻璃的粘度却比硼氧玻璃大的多，这正是由于二者结构的对称程度不同所致。

又如磷氧键和硅氧键键强也属于同一数量级的，但是磷氧玻璃的粘度比石英玻璃的小的多。

主要磷氧玻璃四面体中又一带双键氧、结构不对称的缘故。

∪|［—P==O ］|∩2.5配位数配位状态对玻璃的粘度也有重要的影响，氧化硼在这方面特别明显。

在电荷相同的条件下，随氧离子配位数N的升高，增加了对硅氧集团的积聚紧密，粘度上升。

综上所述，各常见氧化物对玻璃粘度的作用，大致归纳如下：一、SiO2、Al2O3、ZrO2等提高粘度。

二、碱金属氧化物降低粘度。

三、碱土金属氧化物对粘度的作用较为复杂。

对增加粘度顺序一般为：Mg2+>Ca2+>Sr2+>Ba2+其中CaO在低温时增加粘度，在高温时当含量10—12%时降低粘度，当含量10—12%时增大粘度。

四、PbO、CdO、Bi2O3、SnO等降低粘度。

此外、Li2O、ZnO、B2O3等都有增加低温年度，降低高温年度的作用。

2、玻璃粘度与成分的关系各种常见氧化物对玻璃粘度的作用大致归纳如下：（1）SiO2、Al2O3、ZrO2等提高玻璃粘度。

（2）碱金属氧化物R2O降低玻璃粘度。

（3）碱土金属氧化物对玻璃粘度的作用较为复杂。

一方面类似于碱金属氧化物，能使大型的四面体群解聚，引起粘度减小；另一方面这些阳离子电价较高，离子半径又不大，故键力较碱金属离子大，有可能夺取小型四面体群的氧离子于自己的周围，使粘度增大。

前一效果在高温时是主要的，而后一效果主要表现在低温。

碱土金属引起粘度增加能力的排序为：Mg2+>Ca2+>Sr2+>Ba2+其中 CaO在低温时增加粘度；在高温时，当含量小于10%—12%.时降低粘度，当含量大于10%—12%时增加粘度。

（4）PbO、CdO、BiO、SnO2等降低玻璃粘度。

此外，Li2O、ZnO、B2O3等都有增加低温粘度，降低高温粘度的作用。

3、玻璃粘度参考点在玻璃生产上常用的粘度参考点如下：（1）应变点：应力能在几小时内消除的温度，大致相当于粘度为 1013.6Pa.s,时的温度。

（2）转变点：相当一粘度为, 1012.4Pa.s时的温度，通常用T表示。

（3）退火点：应力能在几分钟内消除的温度，大致相当于粘度为,1012Pa.s 时的温度。

（4）变形点：相当于粘度为 ,1010—1011Pa.s时的温度范围。

（5）软化温度：它与玻璃的密度和表面张力有关，相当于粘度为 ,106.6Pa.s时的温度，通常用 Tf表示。

（6）操作范围：相当于成型玻璃表面的温度范围。

T上限指准备成型操作的温度，相当于粘度为 ,102—103Pa.s时的温度；T下限限相当于成型时能保持制品形状的温度，相当于粘>105Pa.s时的温度。

操作范围的粘度一般为103—106Pa.s （7）熔化温度：相当于粘度为 ,10Pa.s时的温度，在此温度下玻璃能以一般要求的速度熔化。

常用Tm表示。

（8）自动供料机供料的粘度:102—103Pa.s（9）人工挑料粘度： 102.2 Pa.s。

4、玻璃粘度的计算玻璃粘度的计算方法很多，但比较常用的方法有两种。

（1）奥霍琴法本方法适用于含有CaO、MgO的钢钙硅系统玻璃。

当Na2O在12%—16%，CaO+MgO在5%—12%，Al2O3在0—5%，SiO2在64%—80%范围时，可用下式计算。

T=Ax+By+Cz+D式中 T——某粘度值对应的温度；X、y、z——分别是Na2O、CaO+MgO、Al2O3的质量分数（%）；A、B、C、D——分别是Na2O、CaO+MgO、Al2O3的特性常数，随粘度值而变化。

如果玻璃成分中MgO含量不等于5%，则T值必须校正。

例如，某玻璃成分为SiO2 74%，Na2O 14%, CaO 7%，MgO 4%，Al2O31%，求粘度为103Pa.s时的温度。

查表得知n=103Pa.s时的温度为：Tn=103=-1739*14-9.95*（7+4）+5.9*1+1381.4 =1033℃进行校正：MgO实际含量为 4%，4%—3% =1%，查表得知，粘度为103Pa.s时，以1% MgO置换CaO，温度将提高6℃，因此Tn=103=1033℃+6℃=1039℃（2）富尔切尔法玻璃的温度与粘度的关系也可用富尔切尔方程求算，即-A + BIgn= —————T - To 式中，A、B、To 可从下式中求出：A=-1.4788 Na2O+0.8350K2O+1.6030 CaO+5.4936 MgO-1.5183Al2O3+1.4550.B=6039.7 Na2O-1439.6 K2O-3919.3 CaO+6285.3 MgO+2253.4Al2O3+5736.4To=-25.07 Na2O-312.0 K2O+544.3 CaO+384.0 MgO+294.4 Al2O3+198.1式中，Na2O、K2O……表示各组分相对含量，即SiO2的摩尔数为1时，各组分的摩尔数与SiO2之比（RmOn/ SiO2）,各项数字的系数从实验结果计算得出。

实验温度范围为500—1400℃。

该实验所算出的温度，其标准偏差为2.3—2.5℃。

该方法的适用范围：SiO2=1mol; Na2O=0.15—0.2mol;CaO=0.12—0.2mol; MgO=0——0.051mol;Al2O3=0.015——0.073mol;n=1012Pa.s。

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，一般可用下式计算：∑σ1αmσ= —————∑σm式中σ———玻璃的表面张力；σ1———各种氧化物的表面张力因数（常数）；σm———氧化物的含量，以分子份数或分子百分数表示。

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。