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高溫玻璃的密度計算

作者:奧固鴻已有:N多人關(guān)注
物質(zhì)單位體積的質(zhì)量稱為密度。高溫玻璃的密度主要取決于構(gòu)成玻璃的原子的質(zhì)量,也與原子堆積緊密程度以及配位數(shù)有關(guān),是表征玻璃結(jié)構(gòu)的一個標(biāo)志。在考慮玻璃制品的質(zhì)量,或玻璃池窯的熱工計算時,玻璃密度也具有一定的實際意義,目前工業(yè)上,應(yīng)用測定玻璃密度可控制工藝生產(chǎn),借以控制玻璃的成分。
玻璃的密度與成分關(guān)系十分密切,在各種實用玻璃中,密度的差別是很大的,例如石英玻璃的密度最小,為2.2g/cm3,而含大量氧化鉛的重火石玻璃可達6.5g/cm3,普通鈉鈣硅玻璃的密度約為2.5~2.6g/cm3。而含有PbO、Bi2O3、Ta2O3、WO3的玻璃密度可達6.0g/cm3,甚至某些防輻射玻璃的密度可達8.0g/cm3。
高溫玻璃密度隨著溫度升高而下降,而比容(即密度倒數(shù))就會相應(yīng)地增高。對于一般的工業(yè)玻璃,當(dāng)溫度從室溫升高至1300℃時,密度下降約為6%~12%。在彈性變形范圍內(nèi)密度的下降與玻璃的熱膨脹系數(shù)有關(guān)。
高溫玻璃密度還與熱處理條件有關(guān),一般淬冷的玻璃比退火的玻璃有較低的密度。
高溫玻璃承受高壓甚至超高壓后,性質(zhì)和結(jié)構(gòu)都有變化,大部分玻璃在承受10*108Pa的壓力后,具有完善的塑性,如果承受更高的壓力,例如(100~200)*108Pa可能使玻璃密度改變。這是由于加高壓后玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的容積減少,使玻璃的密度增大。例如石英玻璃在承受200*108Pa壓力后密度可從2.22 g/cm3增加至2.61 g/cm3,除去壓力后,此密度的增高可在室溫下持久地保存下來,但加熱至幾百攝氏度,密度又逐漸趨向于降低,直至回復(fù)到原來的密度值。
密度變化的幅度與加壓的方法、玻璃的組成、壓力的大小和加壓的時間有關(guān)。
在高壓下,不同的玻璃組成其密度有很大差別,對于這個問題正在進行大量的研究。一般認為,含網(wǎng)絡(luò)形成離子多的玻璃具有較大的空隙,因而在加壓下密度增加較大。從玻璃在不同壓力下折射率變化。一般說來,加壓時折射率增加,玻璃的密度也增加。
在退火溫度范圍內(nèi),玻璃的密度與退火溫度、保溫時間、降溫速度呈現(xiàn)比較復(fù)雜的關(guān)系,可以指出如下規(guī)律。
1、 玻璃從高溫狀態(tài)冷卻時,淬火(急冷)玻璃與退火(緩冷)玻璃的密度低。
2、 在一定退火溫度下,保溫一定時間后,玻璃的密度趨向平衡,而淬火玻璃處于較大的不平衡狀態(tài)。
3、 冷卻速度越快,偏離平衡密度的溫度越高,其Tg溫度也越高。

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