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【1】1.4.4玻璃的密度

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-03-25  来源:www.shuijing.info  作者:水晶信息网  浏览次数:595
核心提示:1.4.4玻璃的密度
 1.4.4玻璃的密度

     玻璃的密度表示玻璃单位体积的质量。它主要取决于构成玻璃原子的质量,也与原子的堆积紧密程度以及配位数有关,是表征玻璃结构的一个标
志。在考虑玻璃制品的重量及玻璃池窑的热工计算时都要用到有关玻璃密度的数据。在实际生产中,通过测定玻璃密度来控制工艺过程,借以控制玻璃
成分。
    (1)玻璃密度与成分的关系     玻璃密度与成分关系十分密切,如石英玻璃密度最小,仅为2.21g/cm3,而含有大量PbO的重火石玻璃可达6.5g/cm3,某些防辐射玻璃的密度达8g/cm3,普通钠钙硅玻璃的密度约为2.5g/cm3。
      一般单组分玻璃的密度最小。例如硼氧玻璃(B2O3)为1.833g/cm3,磷氧玻璃(P2O5)为2.737g/cm3,它们单纯由网络生成体构成,当添加网络外体时,密度就增大。因为这些网络外体离子在不太改变网络大小的情况下・増加了存在的原子数,此时网络外离子对密度增加的作用大于网络断裂、膨胀及体积增加而导致密度下降的影响。
      在硅酸盐、硼酸盐及磷酸盐的玻璃中引入R2O和RO氧化物时,一般随着它们离子半径的增大而使玻璃密度增加。加入半径小的阳离子(如Li+、Mg2+
等)可以填充于网络的空隙,虽然其使硅氧四面体的连接断裂但并不引起网络结构的扩大,使结构紧密度增加。加入半径大的阳离子(如K+、Ba2+、La3+等)其半径比网络间空隙大,因而使结构网络扩张,使结构紧密度下降。
     同一种氧化物在玻璃中配位状态改变时,对其密度也产生明显的影响。如B2O3从硼氧三角体[BO3]转变为硼氧四面体[BO4],或者中间体氧化物
Al2O3、Ga2O3、MgO、TiO2等从网络内四面体[RO4]转变为网络外八面体[RO6]而填充于网络空隙中,均使密度上升。因此当连续改变这类氧化物含量至产生配位数的变化时,在玻璃组成-性质变化曲线上就出现极值或转折点。在Na2O-B2O3-SiO2系统玻璃中,当Na2O/B2O3  >1时,B3+由三角体转变为四面体,把结构网络中断裂的键连接起来,且[BO4]的体积比[SiO4]体积小,使玻璃结构紧密,密度增加。当Na2O/B2O3  <1时,由于Na2O 的不足,[BO4]又转变成[BO3],促使玻璃结构松懈,密度下降,出现“硼反常现象”。
       Al2O3对玻璃密度的影响更为复杂。一般在玻璃中引入Al2O3使密度增加,但在钠硅酸盐玻璃中,当Na2O/Al2O3 >1时,Al 3+均位于铝氧四面体[AIO4]中,由于[AIO4]体积大于[SiO4],其密度下降;当Na2O/Al2O3<1时,AI3+作为网络外体位于八面体[AIO6]中,填充于结构网络的空隙,使玻璃密度上升,出现“铝反常现象”。
     在玻璃中含有B2O3时,Al2O3对玻璃密度的影响更为复杂。由于[AIO4]比[BO4]更为稳定,所以Al2O3引入时,先形成[AlO4)]。当玻璃中含R2O足够多时,才能使B3+处于[BO4]中。
      玻璃的密度可通过玻璃的化学组成和比容  V的关系进行计算:
1-22
1-23
表1-13
     (2)玻璃密度与温度及热处理的关系    随着温度的升高,玻璃的密度随之下降。一般工业玻璃,当温度自室温升高到1300C时,密度下降约为68-12%。在弹性变形范围内密度的下降与玻璃的热膨胀系数有关。
       玻璃在退火温度范围内,密度的变化存在如下规律:
      ①玻璃从高温状态冷却下来,同成分的淬火(急冷)玻璃的密度比退火(慢冷)玻璃的低。
      ②在一定退火温度下保持一定的时间后,淬火玻璃和退火玻璃的密度趋向该温度时的平衡密度。
      ③冷却速率越快,偏离平衡密度的温度愈高,其Tg温度愈高。
     根据这些规律,在生产上可用密度值来判断退火质量的好坏,见表1-14
              表1-14不同热处理情况下玻璃瓶子密度的变化
表1-14

         玻璃析晶是一个结构有序化过程,因此玻璃析晶后密度是增加的。玻璃晶化(包括微晶化)后密度的大小主要决定于析出晶相种类。由此可通过控制热处理条件,得到不同的晶相,制得具有不同物理性质的微晶玻璃。
       (3)玻璃密度与压力关系    当玻璃承受高压或超高压后,使玻璃的密度发生变化,且在一定温度下,随着压力的增加玻璃的密度随之增加。这是由于在高压后玻璃网络结构的容积减小,使玻璃密度增大。例如石英玻璃在承受200×10^8 Pa压力后密度由2.22g/cm3増至2.61g/cm3,除去压力后,此密度的增高可在室温下持久地保存下来,只有把这种密度玻璃重新进行退火后才能恢复原状。
       玻璃密度变化的幅度除与压力有关外,还与玻璃的组成有关。在高压下,不同的玻璃组成其密度有很大差别。一般来说,含网络形成离子多的玻璃具有较大的空隙,因而在加压下密度增加较大。但含网络外离子多的玻璃,由于它们填充于网络的空隙,因此加压后密度变化很小。
    (4)玻璃密度在生产中的应用玻璃生产中经常会发生一些如配料称量不准确、料方计算错误、原料成分改变、配合料输送过程中的分层及意外因素、温度制度波动等引起的玻璃质量波动,这些都能通过玻璃密度的变化反映出来。如砂子的含水量在(3~10)%范围波动时,可导致玻璃密度产生100×10^-4  g/cm3的变化。所以,可以利用玻璃密度变化控制生产工艺。
 在实际生产中,常通过测定玻璃密度和热膨胀系数的方法来监视生产工艺过
程运转是否正常,从分析波动原因来指导日常的稳定生产。但必须指出,取样时
必须定点、定时、定条件,否则会影响测定的正确性,从而失去可比性。
1.5玻璃的化学稳定性
玻璃制品在使用过程中要受到水、酸、破、盐、气体及各种化学试剂和药液
 
关键词: 玻璃 密度
 
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