Зависимость вязкости силикатных стёкол от состава

Ход зависимости вязкости от температуры регулируется составом стекла. При введении в кремнезём оксидов–модификаторов вязкость бинарных щелочно-силикатных стёкол резко уменьшается (табл. 4.3).

Таблица 4.3

Влияние состава на вязкость стекла

Прочность связи Ме–О (Me – Li, Na, K) в несколько раз меньше прочности связи Si–O. Наиболее резко снижают вязкость катионы лития. Среди щёлочно-силикатных стёкол повышенной вязкостью обладают калиево-силикатные стёкла. Часто K₂O вводят вместо Na₂O для повышения прозрачности стекла, но вязкость стеклорасплава при этом возрастает.

В бесщелочных стёклах МеО-SiО₂ вязкость снижается в ряду:

BaO → SrO → CaO → MgO

Самая малая вязкость у стекла MgО-SiО₂. Для разрыва сетки стекла двухвалентными катионами-модификаторами требуется концентрация оксидов МеО в два раза больше, чем концентрация Ме₂О (рис. 4.2).

1 – Ме₂О–SiO₂, 2 – МеО–SiO₂

Рис. 4.2. Влияние на энергию активации вязкого течения

щелочных и щёлочноземельных оксидов-модификаторов

Добавки двухвалентных катионов к двойным системам Ме₂О – SiО₂ снижают вязкость, но действие оксидов МеО здесь меняется на обратное по сравнению с двойной системой МеО – SiО₂.

Ме₂О – МеО – SiО₂: MgO → CaO → SrO → BaO

- каждый последующий оксид сильнее снижает вязкость

В практике стекловарения нашли применение различные приёмы изменения как вязкости, так и температурного интервала стеклования. В целом можно отметить, что тугоплавкие оксиды Al₂O₃, SiO₂, ZrO₂ вызывают повышение вязкости. Оксиды СаО (до 10%), B₂O₃ (до 15%), MgO, ZnO в большей степени снижают вязкость при высоких температурах и в меньшей степени в области низких температурах.

Для получения легкоплавких глазурей с повышенной текучестью в состав глазури вводят соединения фтора, бария и свинца.

Для снижения вязкости расплава в период варки стекла в состав шихты вводят добавки фтористых соединений: бифторид калия аммония NH₄KF₂, криолит 3NaF∙AlF₃, кремнефтористые соединения, а также сульфат и нитрат натрия и другие соединения.

Удлинения температурного интервала формования добиваются за счёт следующих замен:

1. Вводят Na₂O путем замены SiO₂ или СаО.

2. Добавляют К₂О или MgO за счет СаО.

3. Добавляют PbO за счет СаО и MgO.

Общее правило: заменяют щелочноземельные оксиды щелочными или оксидом свинца.

Снижение температурного интервала формования: замена SiO₂ на СаО, B₂O₃ (до 15-20%), Al₂O₃, ZrO₂.

4.3. Диффузия в стёклах