玻璃熱穩定性的好壞與玻璃的組成有著直接關系,凡能降低玻璃熱膨脹系數的組分都能提高玻璃的熱穩定性,例如SiO2、Al2O3、ZrO2、MgO等,也就是說膨脹愈小,其熱穩定性能就愈好。
其次,熱穩定性能的好壞還與玻璃中存在著不均勻的內應力、夾雜物以及表面上出現的擦痕或裂紋及各種缺陷有關,這些因素都能使玻璃的熱穩定性下降,也就是說凡是能降低玻璃機械強度的因素,都能使玻璃的熱穩定性能降低。
玻璃的熱穩定性是玻璃一系列物理性質的綜合表現,因此,玻璃熱穩定性可用下式來表示。
K=P/αE/(λ/Cd)0.5
式中:K——玻璃的熱穩定性系數,℃·cm/s1/2;
P——玻璃的抗張強度,kgf/mm2;
α——玻璃的熱膨脹系數,℃-1;
E——玻璃的彈性系數。kgf/mm2;
λ——玻璃的彈性系數,cal/(cm·s·℃);
d——玻璃的密度,g/cm3;
C——玻璃的比熱容,cal/(g·℃)。
由上式可知,對玻璃材料來說,P和E通常以同樣的倍數改變,所以P/E的值改變不大,其他各項除α外,改變也很小,只有α值隨組成的改變有較大的變化,這說明玻璃熱穩定性能的好壞,主要取決于玻璃的化學組成。
除此紫外,玻璃的熱穩定性還與玻璃本身的幾何形狀有關,例如,制品的壁厚越大,其熱穩定性能越差,對于棒狀玻璃來說,直徑越大其熱穩定性越差。在一般情況下,玻璃的熱穩定性與其厚度或直徑成反比關系。
測定玻璃熱穩定性能的基本方法是急冷法,其方法可分為玻棒法和成品法。玻棒法是取一定數量的棒狀玻璃使用,經在特制的電爐中加熱,然后使之急速冷卻,這種方法具有規范化,測試結構可以相互比較,對科學研究、新產品開發來說具有不少優點。而成品法是直接以玻璃制品作為試樣,其優點是能夠放映產品的實際性能,但對不同組成不同品種,甚至同組成不同品種的玻璃來說,其測試結果不能相互比較,因此在測定玻璃熱穩定性時,要根據測試對象選擇其測試方法。
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