玻璃的热历史对性能的影响

学号： 0804230324

玻璃的热历史对性能的影响

2011 ~ 2012 学年 秋季 学期

学 院： 材料学院

专业班级： 无机08-3班

姓 名： 段贺轩

论文成绩：

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评阅日期：

热历史对玻璃结构及性能的影响

热历史对玻璃密度的影响 ：

玻璃的热历史指玻璃从高温冷却，通过 T f ～ T g 区域时的经历，包括在该区停留时间和冷却速度等具体情况在内。热历史影响到固态玻璃结构以及与结构有关的许多性质。在退火温度范围内，玻璃的密度与保温时间、降温速度关系有如下规律：

(1) 玻璃从高温状态冷却时，则淬冷玻璃比退火玻璃的密度小。

(2) 在一定退火温度下保温一定时间后，玻璃密度趋向平衡。

(3) 冷却速度愈快，偏离平衡密度的温度愈高，其 T g 温度也愈高。所以，在生产上退火质量好坏可在密度上明显地反映出来。

析晶是玻璃结构有序化的过程，因此析晶后密度增大。玻璃析晶 ( 包括微晶化 ) 后密度的大小主要决定于析出品相的类型。

热历史对玻璃粘度的影响 ：

玻璃的粘度随温度降低而增大，从玻璃液到固态玻璃的转变，粘度是连续变化的。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，只是粘度随温度的变化速度以及对应于某给定粘度的温度有所不同，在 10Pa · s( 或更低 ) 至约 10 11 Pa· s 的粘度范围内，玻璃的粘度由温度和化学组成决定，而从约1011 Pa·s 至1014 a·s( 或更高 ) 的范围内，粘度又是时间的函数。下图为 Na2O — CaO — SiO2 玻璃的弹性模量、粘度

与温度的关系。

图为 Na2O — CaO — SiO2 玻璃的弹性模量、粘度与温度的关系图中分三个温度区，在 A 区因温度较高，玻璃表现为典型的粘性液体，它的弹性性质近于消失，在这一温度区中粘度仅决定于玻璃的组成和温度 ，粘度随温度下降而迅速增大，弹性模量也迅速增大，在这一温度区粘度除决定于组成和温度外，还与时间有关；在 c 区，温度继续下降，弹性模量进一步增大，粘滞流动变得非常小，在这一温度区，玻璃的粘度又仅决定于组成和温度而与时间无关 。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

热历史玻璃表面张力的影响：

表面张力随着温度的升高而降低，两者几乎成直线的关系。可以认为，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微微增加。

热历史对玻璃力学性能影响：

对玻璃的影响不同，根据对 -200℃ ～ + 500℃ 范围内的测试，强度最低值位于 200℃ 左右 ( 如下图) 。最初随着温度的升高，热起伏现象有了增加，使缺陷处积聚了更多的应变能，增加破裂的几率。当温度高于 200℃ 时，强度的递升可归于裂口的钝化，从而缓和了应力的集中。玻璃纤维因表面积大，当使用温度较高时，可引起表面微裂纹的增加和析晶。因此，温度升高，强度下降。同时，不同组成的玻璃纤维的强度和温度的关系有明显的区别

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，淬火玻璃的强度较退火玻璃大 5 ～ 7 倍。 石英玻璃的脆性很大，向 SiO2 中加入 R2O 和 RO 时，所得玻璃的脆性更大，并且随加入离子 R + 和 R2+ 半径的增大而上升。对于含硼硅酸盐玻璃来说， B 3+ 处于三角体时比处于四面体时脆性小。因此，为了获得硬度高而脆性小的玻璃，应该在玻璃中引入半径小的阳离子如 Li 2 O 、 BeO 、 Mgo 、 B 2 0 3 等组分。

热历史对玻璃化学稳定性的影响

(1) 当玻璃在酸性炉气中退火时，玻璃中的部分碱金属氧化物移到表面上，被炉气中

的酸性气体 ( 主要是 SO2 ) 所中和，而形成“白霜” ( 其主要成分为硫酸钠 ) ，通称为“硫酸化”。因白霜易被除去而降低玻璃表面碱性氧化物含量，从而提高了玻璃的化学稳定性。相反，如果在没有酸性气体的条件下退火，将引起碱在玻璃表面上的富集，从而降低了玻璃的化学稳定性。

(2) 玻璃钢化后，因表面层有压应力，而且坚硬，微裂纹少，所以提高了化学稳定性；但在高温下渗透出来的碱因没有酸性炉气中和，又降低了化学稳定性。相比之下，前者起主要作用，所以钢化玻璃随钢化程度的提高，化学稳定性也将提高。

玻璃的化学稳定性随温度的升高而剧烈变化。在 100℃ 以下，温度每升高 10℃ ，侵蚀介质对玻璃侵蚀速度增加 50 ％～ 150 ％， 100℃ 以上时，侵蚀作用始终是剧烈的。

热历史对玻璃折射率的影响

(1) 将玻璃在退火温度范围内，保持一定温度，其趋向平衡折射率的速率与所处的温度有关。

(2) 当玻璃在退火温度范围内，保持一定温度与时间并达到平衡折射率后，不同的冷却速度得到不同的折射率。冷却速度愈快，折射率愈低；冷却速度愈慢，折射率愈高。

(3) 当两块化学组成相同的玻璃，在不同退火温度范围时，保持一定温度与时间并达到平衡折射率后，以相同的冷却速度冷却时，则保温时的温度越高，其折射率越小；若保温时的温度越低，其折射率越高。

可见，退火不仅可以消除应力，而且还可以消除光学不均匀。因此，光学玻璃的退火控制是非常重要的