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玻璃熔块在不同温度下粘度和析晶行为研究

作　者: 孟政
导　师: 沈建兴；岳远征
学　校: 山东轻工业学院
专　业: 材料学
关键词: CaO-Al2O3-SiO2-F系统玻璃粘度流变性质热力学性质密度析晶
分类号: TQ171.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文的目的是研究氟化物对硅酸盐玻璃物理化学性能的影响,主要包括氟化物对硅酸盐玻璃的流变性质、热力学性质和析晶行为的影响,以及流变性质和热力学性质之间的关系。利用E玻璃的原始组分添加不同的氟化物,采用传统熔融法制备了CaO-Al2O3-SiO2-AlF3(A系列)和CaO-Al2O3-SiO2-CaF2(C系列)系统玻璃,利用旋转法测量了玻璃熔体在一定冷却速度下的粘度,结合差示扫描量热法得到的玻璃转变温度和热容,分别使用VFT公式、AG公式、AV公式和Mauro公式对玻璃熔体的粘度温度关系进行拟合。研究表明:(1)Mauro公式跟VFT公式、AG公式和AV公式一样都有三个参量,可以更好的描述硅酸盐熔体的粘度温度关系,但是VFT公式、AG公式、AV公式仍有一定的实际意义。(2)无论是A系列还是C系列都随着氟含量的增加,其高温区粘滞流体活化焓(ΔHη)增加、ΔCp增大、构型熵增加、玻璃转变温度降低、脆性系数变小,但是A系列中的粘滞流体活化焓(ΔHη)小于C系列中的,也就是说氟化铝在相同温度下对粘度的降低作用更明显。另外还发现ΔCp跟脆性系数没有直接的关系。(3)研究发现玻璃的熵不仅跟温度有关,还与脆性系数、玻璃转变温度有关。发现由VFT公式、AV公式、Mauro公式得出的Eeq(T)/Eiso(T)在Tg点附近基本相同,其值等于AV公式中的脆性系数。(4)利用Doweidar密度模型得到CaO-Al2O3-SiO2-F系统玻璃中[AlO3F]四面体的体积,其值为一常数。由此模型得到的玻璃理论计算密度值DC与实际测量密度值D基本相符,因此可以利用玻璃密度的测量作为控制生产工艺的手段之一。(5)通过对玻璃的析晶行为研究发现,A2、A4、C4、C6都可以作为E玻璃纤维的原始配方。从高温以1K/min的速度降温到700K,只有A4发生了表面析晶,生成晶体为CaF2,这表明EM Rabinovich屏蔽理论适用于CaO-Al2O3-SiO2-F系统玻璃。以上结论深刻阐述了氟化物对玻璃流变性质、热力学性质和析晶行为的影响,建立了熔体组成、熔体性能和熔体结构之间的关系,对指导无碱玻璃纤维的生产提供了参考依据。

全文目录

摘要  7-8
ABSTRACT  8-10
第1章绪论  10-18
  1.1 引言  10-11
  1.2 铝硅酸盐熔体  11-14
    1.2.1 粘度与熔体结构的关系  11-12
    1.2.2 氟化物与硅酸盐熔体的关系  12-14
  1.3 玻璃的分相与析晶  14-17
    1.3.1 玻璃的分相  14-15
    1.3.2 玻璃的析晶  15-17
  1.4 本课题的研究目的、意义及主要研究内容  17-18
    1.4.1 研究目的、意义  17
    1.4.2 研究的主要内容  17-18
第2章实验  18-24
  2.1 样品组成和制备  18
  2.2 高温粘度的测量  18-20
    2.2.1 旋转法  19
    2.2.2 测量方法  19-20
    2.2.3 影响因素  20
  2.3 差示扫描量热法  20-21
  2.4 玻璃的密度测定  21-24
第3章硅酸盐熔体的性能  24-34
  3.1 粘度模型  24-25
  3.2 玻璃的粘温关系  25-30
  3.3 活化能  30
  3.4 脆性  30-31
  3.5 热容  31
  3.6 熵  31-32
  3.7 构型熵的计算  32-34
第4章 CaO-Al_2O_3-SiO_2-F 系统玻璃熔体的测量结果与讨论  34-62
  4.1 粘度温度关系  34-35
  4.2 流体的粘滞活化能  35-37
  4.3 玻璃的转变温度和热容  37-41
  4.4 粘度温度关系拟合结果与讨论  41-56
    4.4.1 粘度温度关系拟合结果  42-48
    4.4.2 粘度温度关系拟合结果讨论  48
    4.4.3 构型熵、脆性系数、玻璃转变点、温度之间的关系  48-52
    4.4.4 平衡熔体的粘滞活化能与不平衡熔体的粘滞活化能之比与脆性系数，玻璃转变点之间的关系  52-56
  4.5 玻璃的密度与结构关系  56-59
  4.6 玻璃的析晶  59-62
第5章全文总结  62-66
参考文献  66-72
致谢  72-74
在学期间主要科研成果  74

玻璃熔块在不同温度下粘度和析晶行为研究

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