- •1. Обоснование необходимости знания вязкости стеклообразующей жидкости.
- •2. Основные виды температурной зависимости вязкости.
- •3. «Длина» стеклообразующего расплава, её смысл и способы расчёта.
- •4. Основные сведения об используемом методе измерения вязкости.
- •1. Подготовка к измерению вязкости.
- •2. Измерения.
- •2. Последовательность проведения значащего измерения.
- •3. Полезные приёмы измерений.
- •5. Алгоритм расчёта логарифма вязкости по полученным замерам τi.
- •Лабораторная работа 2 Измерение малых вязкостей интервала стеклования
- •1. Обоснование необходимости знания вязкости стеклообразующей жидкости.
- •2. Основные виды температурной зависимости вязкости.
- •3. Основные сведения об используемом методе измерения вязкости.
- •1. Подготовка к измерению вязкости.
- •2. Измерения.
- •2. Последовательность проведения значащего измерения.
- •3. Полезные приёмы измерений.
- •5. Алгоритм расчёта логарифма вязкости по полученным замерам τi.
- •Лабораторная работа № 3 Расчёт верхней и нижней температур отжига стекол и характеристик «длины» стеклообразующего расплава по результатам измерений вязкости.
- •1. Значение вязкости стеклообразующей жидкости для материаловедения.
- •2. Общий характер температурной зависимости вязкости.
- •3. «Длина» стеклообразующего расплава, её смысл и способы расчёта.
- •Лабораторная работа № 4 Расчёт размера мостикового атома в силикатных стеклах по вязкости и модулю сдвига.
- •1. Обоснование необходимости знания природы вязкого течения стеклообразующей жидкости.
- •2. Температурная зависимости вязкости.
- •3. Вязкость в области температур стеклования.
- •4. Механизм вязкого течения стекол в аспекте природы стеклообразного состояния.
- •5. Свободная энергия активации.
- •6. Связь объема мостиковых атомов и мгновенного модуля сдвига.
- •Лабораторная работа № 5 Расчёт полноты стабилизации свойств стекла в процессе изотермического отжига.
- •1. Изменение свойств стекол во времени в изотермических условиях.
- •2. Зависимость температуры стеклования от скорости охлаждения расплава.
- •4. О соотношении Максвелла.
- •5. Оценка времени достижения равновесного состояния в процессе отжига.
- •6. Отжиг оптических стекол.
2. Температурная зависимости вязкости.
Общий характер кривой зависимости вязкости от обратной температуры (в К) показан на рис. 1.1.
Вязкость стекломассы в широком интервале её значений (от 1013 до 101 П) приближенно описывается уравнением Таммана-Фогеля-Фульчера (ТФФ)
lgη = A + B/(T-T0). (1)
Уравнение содержит три подбираемых постоянных: A, B и Т0. Значение T0 всегда ниже температуры стеклования. Однако ошибки, вносимые таким приближением, всегда знакопеременны. При высоких значениях вязкости в указанном интервале рассчитанные значения превышают измеренные, при средних значениях они ниже них, при малых значениях вязкости рассчитанные значения также превышают измеренные. Причина таких несоответствий в том, что в области размягчения чаще всего экспериментально наблюдается прямолинейная зависимость «lgη – 1/T» с большим наклоном:
lgη = A' + B'/T. (2)
В области жидкого состояния чаще всего наблюдается аналогичная зависимость с существенно меньшим наклоном. Эти случаи явно не удовлетворяют уравнению ТФФ. Переход от одной экспоненциальной зависимости к другой может происходить в интервале 109 – 104 П, границы такого перехода размыты и зависят от состава стекла и его структуры.
Соотношение ТФФ является эмпирическим и не помогает понять сущность процесса вязкого течения на молекулярном уровне.
3. Вязкость в области температур стеклования.
Как мы увидим ниже, температурная зависимость вязкости определена соотношением
η = η0т·exp(ΔG≠/RT). (3)
В нём смысл сомножителей η0т и exp(ΔG≠/RT) определен совершенно чётко. Первый сомножитель содержит информацию о механизме (масштабе)
элементарного акта смещения частиц. Он определяет величины микроскопических смещений, приводящих к необратимым деформациям. Второй сомножитель обратно пропорционален вероятности такого события. В нём ΔG≠ есть величина потенциального барьера Δg≠, преодолеваемого частицей при переходе из одного структурного положения в соседнее, отнесенная к молю частиц (ΔG≠ = Δg≠∙NA). NA – число Авогадро.
|
Рис. 1.1. Общий тип зависимости вязкости от обратной температуры (схема). 1 – область состояния стекла, 2 – область размягченного состояния, 3 – область жидкого состояния. |
Величина ΔG≠ называется свободной энергией активации вязкого течения. Она зависит от структуры вещества и от температуры, если структура меняется с изменением температуры. Её производная, определяемая соотношением
∂ΔG≠/∂Т = - ΔS≠, (4)
является причиной сильной кривизны зависимости вязкости от обратной температуры на рис. 1.1 в области 2.
При образовании стекла, то есть ниже температуры стеклования, структура стекла не изменяется. Поэтому участок 1 кривой рис. 1.1 прямолинеен и значение предэкспоненты для всех температур ниже Тg совпадает с теоретическим. То есть величина A' в уравнении (2) совпадает с lg η0т.
Изложенные моменты теории нашли подтверждение в многочисленных экспериментальных работах, выполненных в России в 60-70 гг. О.В.Мазуриным с сотр., С.В.Немиловым и др.