2.4 第四节液体及玻璃（非晶态）的粘滞流动

2.4 第四节液体及玻璃（非晶态）的粘滞 流动晶体中塑性流动强烈地决定于结晶学，即具有一定的滑移系统，与此相比较，液体和玻璃的粘滞形变完全是各向同性的，只决定于作用应力。 F v2 A x v1

流动度------粘度的倒数1/。 粘度在宽广范围内变动。例如：室温下，水和液态金属粘度为0.01泊数量级。液线温度下钠钙硅酸盐玻璃，其值约1000泊；在退火范围的玻璃约为1014泊。

2.4.1 流动模型 1. 绝对速率理论绝对速率模型：把粘滞流动看成是受高能量过渡状态控制的一种速率过程。绝对速率理论的含义：液体分子从开始的平衡位置过渡到另一平衡状态。越过能垒进行传输，该能垒受到作用应力的影响发生偏移。

 3 势能流动方向 2 E E E 1 /2   液体流动模型与势能曲线根据绝对速度理论，流动速度为： u=2 0exp(-E/kT)sin( 1 2 3/2kT) 根据牛顿液体定律：= dv/dx=  u/ 1

得：=1/u=1/[20exp(-E/kT)sin(1 23/2kT)] 假定： =1 = 2 = 3 则： ==  exp(E/kT) /[2 0 sin( V0/2kT)] 当外应力很小，气体分子体积很小，  V0kT 得： = kT/ 0V0 exp(E/kT)= 0 exp(E/kT) 说明：在外应力很小时，粘度与应力无关，应力较大时，粘度随温度提高而剧烈的下降。

2. 自由体积理论 表达式：=Bexp(KV0/Vf) 其中： Vf=V－V0 Vf------自由体积，由于提高了容许分子运动的空隙，其值越大粘度越小； V------给定温度下分子的体积，温度越高，其值越大。所以温度升高，自由体积增大，粘度降低； V0 ------分子有效的硬核体积，其值恒定不变。 3. 过剩熵理论温度下降，液体的熵降低，使形变增加困难。表达式： =Cexp(D/TS0)

2.4.2 影响粘度的因素 1 . 温度不同种类的材料，粘度对温度的依赖关系有很大差别。玻璃粘度随温度变化的特点：在玻璃转变温度，相当于粘度等于1013泊所对应的温度，玻璃的折射率、比热、热膨胀系数、粘度等物理性质发生突变，在性质与温度曲线上表现为斜率突然改变。

退火点（消除内应力温度）：=10 12..5－10 13.5泊软化点：=10 7.6 泊工作范围（成型温度）：=104－108 泊粘度熔化范围：=50－500泊钠钙硅系统玻璃温度和粘度的关系曲线温度

2. 时间 在玻璃转变温度，玻璃的粘度与时间有关。 lg 在退火点487.70C以下保温一段时间，粘度随时间的变化曲线 15.5 15.0 14.5 14.0 从高温状态冷却到退火点时粘度随时间的变化曲线 0 1000 2000 min

3. 熔体结构、组成 玻璃的粘度与熔体结构密切相关，而熔体结构又决定于玻璃的化学组成和温度，其结构主要由氧硅比决定。玻璃的粘度几乎总是随网络改变阳离子浓度的增加而下降。例如：在16000C，熔融石英的粘度因掺2.5mol%K2O，粘度下降约四个数量级。原因：改性离子减弱了Si—O键。

（1）化学键的强度 在碱硅二元玻璃中，当硅氧O/Si比值很高，已接近岛状结构，其间很大程度上依靠R—O相连接，粘度按Li2O—Na2O—K2O顺序递减，当比值低时，顺序相反。（2）离子的极化阳离子的极化力大，对氧离子极化、变形大，减弱硅氧键的作用大，表现为粘度下降。一般非惰性气体型的氧离子极化力大于惰性气体型的氧离子。例如：二价铅取代电荷相同、大小相近的二价锶离子，玻璃的粘度下降。过渡金属取代镁，粘度下降。

（3）结构的对称性 结构不对称，有可能在结构中存在缺陷，粘度下降。例如：Si—O、 B—O键强相差不大，但石英玻璃的粘度比氧化硼玻璃的粘度大的多。磷酸盐玻璃中磷氧有单键和双键，即结构不对称性。

（4）配位数N 氧化硼的配位数对粘度的影响比较突出。 16Na2O·xB2O3· (84－x)SiO2玻璃系统粘度随硼含量的变化：开始加入的硼处于氧四面体，使结构网络聚集紧密，粘度提高，当含量增加到一定值时，硼处于三角体中，使结构疏松，粘度下降。 In2O3(N=6)>Al2O3(N=4) ZrO2(N=8) > TiO2(N=6) > GeO2(N=4)

氧化物对玻璃粘度的影响总结 1. SiO2、Al2O3、 ZrO2 等提高粘度。 2. 碱金属氧化物降低粘度。 3. 碱土金属氧化物对粘度的作用较复杂。一方面类似于碱金属氧化物，能使大型的四面体群解聚，减小粘度，表现在高温。另一方面，其电价较高，离子半径不大，故键力较大，有可能夺取小型四面体群的氧离子，使粘度增大，表现在低温； 4. PbO、 CdO、 Bi2O3、 SnO等降低粘度。 5. Li2O 、ZnO、 B2O3等增加低温粘度，降低高温粘度。

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