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高温玻璃的密度计算

作者:奥固鸿已有:N多人关注
物质单位体积的质量称为密度。高温玻璃的密度主要取决于构成玻璃的原子的质量,也与原子堆积紧密程度以及配位数有关,是表征玻璃结构的一个标志。在考虑玻璃制品的质量,或玻璃池窑的热工计算时,玻璃密度也具有一定的实际意义,目前工业上,应用测定玻璃密度可控制工艺生产,借以控制玻璃的成分。
玻璃的密度与成分关系十分密切,在各种实用玻璃中,密度的差别是很大的,例如石英玻璃的密度最小,为2.2g/cm3,而含大量氧化铅的重火石玻璃可达6.5g/cm3,普通钠钙硅玻璃的密度约为2.5~2.6g/cm3。而含有PbO、Bi2O3、Ta2O3、WO3的玻璃密度可达6.0g/cm3,甚至某些防辐射玻璃的密度可达8.0g/cm3
高温玻璃密度随着温度升高而下降,而比容(即密度倒数)就会相应地增高。对于一般的工业玻璃,当温度从室温升高至1300℃时,密度下降约为6%~12%。在弹性变形范围内密度的下降与玻璃的热膨胀系数有关。
高温玻璃密度还与热处理条件有关,一般淬冷的玻璃比退火的玻璃有较低的密度。
高温玻璃承受高压甚至超高压后,性质和结构都有变化,大部分玻璃在承受10*108Pa的压力后,具有完善的塑性,如果承受更高的压力,例如(100~200)*108Pa可能使玻璃密度改变。这是由于加高压后玻璃网络结构的容积减少,使玻璃的密度增大。例如石英玻璃在承受200*108Pa压力后密度可从2.22 g/cm3增加至2.61 g/cm3,除去压力后,此密度的增高可在室温下持久地保存下来,但加热至几百摄氏度,密度又逐渐趋向于降低,直至回复到原来的密度值。
密度变化的幅度与加压的方法、玻璃的组成、压力的大小和加压的时间有关。
在高压下,不同的玻璃组成其密度有很大差别,对于这个问题正在进行大量的研究。一般认为,含网络形成离子多的玻璃具有较大的空隙,因而在加压下密度增加较大。从玻璃在不同压力下折射率变化。一般说来,加压时折射率增加,玻璃的密度也增加。
在退火温度范围内,玻璃的密度与退火温度、保温时间、降温速度呈现比较复杂的关系,可以指出如下规律。
1、 玻璃从高温状态冷却时,淬火(急冷)玻璃与退火(缓冷)玻璃的密度低。
2、 在一定退火温度下,保温一定时间后,玻璃的密度趋向平衡,而淬火玻璃处于较大的不平衡状态。
3、 冷却速度越快,偏离平衡密度的温度越高,其Tg温度也越高。

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