Технологические свойства стекла

Вязкость стекла

Вязкость стекломассы и ее температурная зависимость являются важнейшими технологическими свойствами, определяющими температурные условия различных стадий стеклообразования – варки, гомогенизации, осветления, выработки, формования, дополнительной термообработки.

Вязкость стекломассы очень велика. При 1400 ºС, когда стекломасса находится в жидком состоянии, ее вязкость в 10 тыс. раз больше вязкости стали. Вязкость стекол зависит от температуры и химического состава. На рис.2. приведен температурный ход изменения вязкости стекла и характеристические температуры.

По характеру изменения вязкости кривую рис.2 можно условно разделить на три участка:

I – область высоких температур (до t_f);

II – интервал стеклования (t_g – t_f);

III – область низких температур (ниже t_g).

Рис.2. Температурный ход изменения вязкости

Температурный ход кривой вязкости дает подробную информацию о температурных режимах варки, формования и термообработки стекла. На кривой вязкости обозначены характеристические температуры, соответствующие определенным значениям вязкости, и температурные интервалы, соответствующие различным стадиям стеклоделия.

В вязкостно-температурном интервале T₁ происходят процессы варки, гомогенизации и осветления расплава. Вязкость в этом интервале составляет порядка 10 Па·с.

Интервал T₂, в котором вязкость меняется от 10¹ до 10⁸ Па·с, определяет температурный интервал и скорость формования изделий из стекломассы. Большую роль при этом играют температурный градиент вязкости ∆η / ∆t и скорость затвердевания ∆η / ∆τ. Оба параметра определяются скоростью охлаждения стекломассы. По характеру изменения вязкости в интервале формования различают короткие и длинные стекла. Мерой «длины» стекла является температурный интервал, в пределах которого вязкость возрастает от 10² до 10⁸ Па·с. «Длинные» стекла имеют температурный интервал порядка 250-500 ºС, а у «коротких» - 100-150 ºС. Кривая температурного хода вязкости «короткого» стекла (рис.3.) в интервале 10²-10⁸ Па·с характеризуется коротким подъемом, а «длинного» имеет вид пологой кривой, в результате «короткое» стекло имеет узкий интервал значений температур, в котором может осуществляться формование, и для такого стекла получение изделий значительно сложнее.

Интервал T₃ - интервал стеклования, вязкость изменяется от 10⁸ до 10^12,3 Па·с.

T₄ – температурный интервал отжига.

Рис.3. Кривые температурного хода вязкостидлинного (1) и короткого (2) стекла (3 — вязкостный интервалформования), ΔT₁ и Т₂ - температурные интервалы формования соответственно «длинного» и «короткого» стекол

Температурный ход вязкости служит основой для определения температурных режимов варки, формования и термообработки стекла (талб.1).

Таблица 1

Технологическая шкала вязкости

Вязкость стекол зависит от состава. В ряду силикатных стекол наиболее высокие значения вязкости характерны для кварцевого стекла. Добавление щелочных оксидов приводит к резкому уменьшению вязкости, что обусловлено разрушением трехмерной сетки, образованием более подвижных структурных образований и появлением в стекле более прочных химических связей Ме-О. Наиболее резко снижает вязкость Li₂O. Понижают вязкость также MgO, CaO, SrO, BaO. Оксиды ZnO, CdO, PbO снижают вязкость более интенсивно, чем оксиды металлов главной группы.

Тугоплавкие оксиды Al₂O₃, SiO₂, ZrO₂ во всех случаях вызывают повышение вязкости. СаО, B₂O₃, MgO, ZnO в большей степени понижают вязкость в области низких температур и в меньшей степени в области низких температур.

На практике для получения легкоплавких глазурей с повышенной текучестью в состав обычно вводят соединения фтора, бария, свинца. Для снижения вязкости расплавов в период варки в состав шихты вводят добавки фтористых соединений, а также сульфата и нитрата натрия и других соединений.