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玻璃粉成分與黏度之間存在復雜的關(guān)系,一般可以從氧硅比、離子的極化、鍵強、結構對稱(chēng)性及配位數等方面來(lái)說(shuō)明:
(1)氧硅比,當氧硅比,使大型四面體群分解為小型四面體群,自由體積導致熔體黏度下降。
其它陰離子與硅的比值對黏度也有顯著(zhù)的作用,例如H₂O一般以OH⁻狀態(tài)存在于玻璃結構中,使玻璃中的陰離子與硅之比值加大,因此能降低玻璃的黏度。從某種意義上說(shuō)水對四面體群起著(zhù)解聚作用。玻璃中當以氟化物取代氧化物時(shí),由于陰離子與硅之比值加大,也有降低黏度的作用。
(2)化學(xué)鍵強度 在其它條件相同的前提下,黏度隨陽(yáng)離子與氧的鍵力加大而加大在堿硅二元(R₂O-Si0₂)玻璃中,當O/Si比值很高時(shí)(即R₂O含量較高),硅氧四面體間連接較少,已接近于島狀結構,四面體間很大程度依靠鍵力R一〇相連接,因此鍵力較好的Li⁺具有較好的黏度,黏度按 Li₂O-Na₂O→K₂O順序遞減。但當O/Si 比值很低時(shí),它們的黏度大小順序又與此相反。
在加入配位數相同的陽(yáng)離子情況下,各氧化物取代SiO₂后黏度的變化決定于 R-O鍵力的大小,故ŋ(Al₂O₃)>ŋ(Ga₂O₃)、ŋ(SiO₂)>n(GeO₂)。
(3)離子極化 離子間的相互極化對黏度也有顯著(zhù)的影響。陽(yáng)離子的極化力大,對(硅氧鍵)氧離子極化、變形大,減硅氧鍵的作用大,表現為黏度下降。一般來(lái)說(shuō)非惰性氣體型陽(yáng)離子的極化力大于惰性氣體型陽(yáng)離子,故前者減弱硅氧鍵的作用較大,具有較低的黏度。
(4)結構對稱(chēng)性 在一定條件下,結構的對稱(chēng)性對黏度有著(zhù)重要的作用。如果結構不對稱(chēng)就可能在結構中存在缺陷或弱點(diǎn),因此使黏度下降。例如,硅鍵(Si-O)和硼氧鍵(B-0)的鍵強屬于同一數量級,然而石英(SiO₂)玻璃的黏度卻比硼氧(B₂O₃)玻璃大得多,這正是由于兩者結構的對稱(chēng)程度不同所致。
(5)配位數 配位狀態(tài)對玻璃的黏度也有重要的影響,氧化硼在這方面表現特別明顯。
綜上所述,各類(lèi)氧化物對玻璃黏度的作用大致如下:
① SiO₂、Al₂O₃、ZrO₂等提高黏度;
② 堿金屬氧化物降低黏度;
③ 堿土金屬氧化物對黏度的作用較為復雜。一方面類(lèi)似于堿金屬氧化物,能使大型四面體群解聚,引起黏度減小;另一方面這些陽(yáng)離子電價(jià)較高(比堿金屬離子大一倍)離子半徑又不很大,故鍵力較堿金屬離子大,有可能奪取小型四面體群的氧離子,分布自己的周?chē)�,使黏度加大。應該說(shuō),前一效果在高溫時(shí)是主要的,而后一效果主要表現低溫。堿土金屬離子對增加黏度的順序一般為:Mg²⁺>Ca²⁺>Sr²⁺>Ba²⁺注:其中 CaO在低溫時(shí)增加黏度,在高溫時(shí)當 Ca0 質(zhì)量分數<10%時(shí)降低黏度,當CaO質(zhì)量分數12%時(shí)加大黏度。
④ PbO、CdO、Bi₂O₃、SnO 等降低黏度;此外 Li₂O、ZnO、B₂O₃等都有增加低溫黏度,降低高溫黏度的作用。
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