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其他玻璃的黏弹性

发布时间:2016/7/16

是不同频率下石英玻璃的内耗与温度的关系。随频率增加,损耗峰值对 应的温度升高,即损耗峰向高温方向位移,相应的活化能为4.31kJ/mol,这与玻璃结构中 Si—0— Si键角在动态应力作用下向同能量的另一位置移动有关。

除了频率和温度之外,玻璃的组成也是影响其内耗的主要因素。图24-10显示了不同碱金属 含量的二元硅酸盐玻璃的内耗特性,与石英玻璃相比,出现各损耗峰的温度更低,而且随着碱金 属含量的增加,损耗峰向低温方向位移。

若在石英玻璃中加入不同的碱金属氧化物,R20-Si02玻璃的损耗峰也出现在较低的温度处,随着碱金属离子半径的增加,各损耗峰所对应的温度均升高。研究表明,低于玻 璃转变温度的范围内有两个损耗峰,其中低温区的峰是由应力引起,相应的活化能与碱金属离子 在结构中迁移的活化能几乎相等。例如,Na离子的迁移活化能为62〜83kJ/mol。这是由于碱金 属离子的扩散所致,因而称作碱峰。在较高温处有一较小的峰,活化能为125〜167kJ/mol,是 由于非桥氧的松弛所致,称作非桥氧峰。当温度高于350°C时,损耗急剧增加,这是由于接近转 变温度时的黏滞阻尼所引起的。


将双碱硅酸盐玻璃与单碱玻璃对比,相应的内耗及剪切模量随温度的变化示于图24-12。由图可  知,除了以上观察到的各种现象,Na2(>K2(>Si02玻璃还表现出位于低O区的碱峰降低,当温度约为 100°C时,出现一个更高的峰。每个损耗峰都同时伴有剪切模量的松弛,温度升高,模量降低。

对碱金属硅酸盐玻璃和多组分硅酸盐玻璃的研究表明,结构中存在三种内耗机理。频率为 5Hz时,低温处内耗的很大值是由碱金属离子的扩散引起的;中温处的峰是由非桥氧离子的移动 和两个碱金属离子和/或H+相互作用产生的综合损耗引起的;在转变温度范围,内耗的很大值 与整个结构网络的移动有关。随着组成中碱金属氧化物含量的变化,玻璃的损耗曲线还表现出某 些特征。如图24-13,Na20的摩尔分数为24%所对应的中、高温峰都有两个很大值,反映了结 构中分相的结果,两相中Si02含量不同,非桥氧数不同,转变温度也不同。由图可知,随着 Na20含量增加,玻璃网络结构的强度下降,网络发生解聚,使所有内耗的很大值向低温方向移动发生解聚,使所有内耗的很大值向低温方向移动。剪切模量的逐渐衰减 与损耗的很大值有关,剪切模量的对数值出现转折的温度与各损耗峰的温度相对应。

各种有关玻璃内耗很大值的研究表明,内耗峰高度随Na20含量和冷却速率的增大而增大, 峰位向低温区位移,相应的活化能降低,其数值从对应于退火玻璃的87.86kJ/mol变为淬火玻璃 的66.94kJ/mol。从研究实验中还观察到,碱金属氧化物内耗峰的活化能与其离子电导活化能相 对应。随着碱金属离子半径增大,离子场强下降,活化能亦下降。

中温区的内耗峰与电导效率无关,可视为电中性的。氧化铝取代氧化硅时,非桥氧数下降,  内耗峰强度下降,且向高温方向移动,转变O度升高,表明网络强度增加,结构更加紧密、牢固。

玻璃内耗的测定常用于研究玻璃中的混合碱效应。结果表明,在交变应力场中,碱金属离子 的机械迁移非常明显。



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