2.4液体及玻璃（非晶态）的粘滞流动.ppt

* 2.4 第四节 液体及玻璃（非晶态）的粘 滞 流 动 A F x v1 v2 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。 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。 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。 1. 绝对速率理论 2.4.1 流动模型 液体流动模型与势能曲线 ?1 ?2 ?3 ? ?E E ?E ? ?/2 ? 势 能 流动方向 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。 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。 2. 自由体积理论 温度下降，液体的熵降低，使形变增加困难。 表达式： ?=Cexp(D/TS0) 3. 过剩熵理论 2.4.2 影响粘度的因素 不同种类的材料，粘度对温度的依赖关系有很大差别。 1 . 温度 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。 温度 粘 度 熔化范围?：?=50－500泊 工作范围（?成型温度）：? =104－108 泊 退火点（消除内应力温度）：??=10 12..5－10 13.5泊 软化点?：?=10 7.6 泊 钠钙硅系统玻璃温度和粘度的关系曲线 15.5 15.0 14.5 14.0 0 1000 2000 min 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 从高温状态冷却到退火点时粘度随时间的变化曲线 在玻璃转变温度， 玻璃的粘度与时间有关。 2. 时间 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。 *