《无机材料物理性能》第二章 受力形变（2.4）液体及玻璃（非晶态）的粘滞流动

24第四节液体及玻璃(非晶态)的 粘滞流动 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。 A

2.4 第四节 液体及玻璃（非晶态）的 粘 滞 流 动 F A 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φ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001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

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

24.1流动模型 1.绝对速率理论 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

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

势能 流动方向 E AE 么E 入/2 液体流动模型与势能曲线 根据绝对速度理论,流动速度为: △u=2^y0exp(-E/kT)sin(τ^123/2kT) 根据牛顿液体定律:τ=ηdvdx=η△uλ1

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:n=λ1/△u=A1/2xexp(-E/ KT)sin(τA123/2kT) 假定:=1=A2=~3 AI: n==t exp(e/kr)/(2 Yo sin(t vo/2kT)I 当外应力很小,气体分子体积很小,τV0<kT A: n= kt/Yo Vo exp(e/kr)=no 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

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

2.自由体积理论 表达式:n=Bexp(KV/V 其中:VrV-Vo Vr-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。 3.过剩熵理论 温度下降,液体的熵降低,使形变增加困难。 表达式: m=Cexp(D/TSo)

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

242影响粘度的因素 1.温度 不同种类的材料,粘度对温度的依赖关系有很大差别 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

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

退火点(消除内应力温度) 10135泊 软化点: 粘度 n=1076泊 工作花围(成型温度):n=104-108 泊 熔化范围: n=50-500泊 温度 钠钙硅系统玻璃温度和粘度的关系曲线

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

2.时间 在玻璃转变温度,玻璃的粘度与时间有关 gn在退火点4877C以下保温一段时间,粘 15.5 度随时间的变化曲线 15.0 从高温状态冷却到退火点时粘 度随时间的变化曲线 14.5 14.0 0 1000 2000 min

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1600C,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SiO键

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