一种测定玻璃粘度的方法
【专利摘要】本发明涉及玻璃热力学性能测定领域，公开了一种测定玻璃粘度的方法。该方法包括：将待测玻璃粉碎为碎玻璃，将碎玻璃从室温加热至熔化温度Tm±100℃以获得玻璃液，然后使该玻璃液依次处于保温过程和降温过程，并从所述降温过程中的熔化温度Tm±100℃开始至所述降温过程中的不低于Tm－500℃的温度截止，连续地测定玻璃液的粘度。本发明的测定玻璃粘度的方法，操作简单，高效，准确度高，精密度高，重复性好，结果可信度高，对成功生产出合格玻璃的工艺控制具有重要的指导意义。
【专利说明】
一种测定玻璃粘度的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及玻璃热力学性能测定领域，具体地，涉及一种测定玻璃粘度的方法。
【背景技术】
[0002] 玻璃粘度（glass viseosity):玻璃恪体粘性的量度。用η表示，单位为帕?秒 (Pa · s)。玻璃粘度与玻璃的熔制、澄清、均化、成型、热处理、加工等过程有密切的关系。通 过粘度可以研究玻璃及熔体的结构，以及玻璃形成动力学等。此外，玻璃的析晶和一些机械 性能也与粘度有关。决定玻璃粘度的因素主要是玻璃的化学组成和温度。通常玻璃的化学 组成不同，其粘度差别较大。对单组分玻璃，其粘度与组分的关系取决于阴阳离子间的键 力、配位数和玻璃结构网络的连接程度。对多组分玻璃，粘度还与网络修饰体的种类、含量 及配位数有关。对化学组分一定的玻璃，其粘度随温度的升高而降低。
[0003] 在实际应用中，常使用粘度的经验公式(Fulcher公式)T = TQ+B/a〇g1Qn+A)，式中 A、B、Tq均为常数。特征温度:特定粘度所对应的温度称为特征温度。特征温度作为玻璃成 型、加工的大致标准，在生产中广泛使用，常用的特征温度有以下6种：①应变点：粘度为 10 13·6帕?秒(Pa · s)时的温度。在此温度下，玻璃几乎不能产生粘性流动。低于此温度，玻 璃中的应力无法消除。应变点是确定退火下限温度的依据，以符号T st表示。②转变点:粘度 为1012'4Pa · s时的温度。又称玻璃转变温度，以符号1^表示。作为玻璃中消除应力的上限温 度，在该温度下几分钟内即可消除大部分内应力。③软化点：粘度为3X10 6-1.5X107Pa · s 时的温度，以符号1表示。④流动点:粘度为IO4Pa · s，玻璃在自身重力作用下展开的温度， 以符号Tf表示。玻璃拉制成型操作以此温度为基准。⑤工作点:粘度为IO 3Pa · s时的温度，用 符号Tw表示。大致相应于机械成型的温度。适于玻璃成型时的粘度范围（IO2-IO 4Pa · s)所对 应的温度称为操作温度范围，成型方法有拉制、压制、吹制、压-吹、浇铸、浮法等。通常用这 一温度范围的宽窄来区分玻璃料性的长短。温度范围宽的称长性玻璃，窄的称短性玻璃或 称料性短。⑥熔化温度:可实现玻璃溶解与澄清、气泡排出的温度，粘度为IOPa · s，以符号 Tm表示。
[0004] 玻璃的粘度对于生产而言至关重要，所以准确测定各温度下的粘度显得格外重 要。现有的测定粘度的方法有以下几种:落球法、弯曲法、压入法和拉丝法，但是前述各测定 方法的步骤较为复杂，且准确性有待提高。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是为了克服现有技术中的上述缺陷，提供一种测定玻璃粘度的方 法，该方法操作简单，高效，准确度高，精密度高，重复性好，结果可信度高，对成功生产出合 格玻璃的工艺控制具有重要的指导意义。
[0006] 为了实现上述目的，本发明提供了一种测定玻璃粘度的方法，该方法包括:将待测 玻璃粉碎为碎玻璃，将碎玻璃从室温加热至Tm± 100°C以获得玻璃液，然后使该玻璃液依次 处于保温过程和降温过程，并从所述降温过程中的Tm± HKTC开始至所述降温过程中的不 低于Tm - 500 °C的温度截止，连续地测定玻璃液的粘度，所述Tm为熔化温度。
[0007] 优选地，将碎玻璃从室温加热至Tm±100°C的方法包括:先将碎玻璃从室温以5-15 °C/min的升温速率升温至软化点，然后从软化点以3-7°C/min的升温速率升温至T m±100 °C ;进一步优选地，先将碎玻璃从室温以8-12°C/min的升温速率升温至软化点，然后从软化 点以4-6°C/min的升温速率升温至T m± 100°C。
[0008] 优选地，所述保温过程的条件包括:温度为Tm±100°C;时间为10-30min，进一步优 选为 15-25min。
[0009] 优选地，所述降温过程的方法包括：先以1-5 °C/min的降温速率从Tm± 100 °C降温 至不低于Tm-500 °C的温度，待粘度测定结束后，再以7-12°C/min的升温速率升温至Tm -100 °C，最后自然冷却至室温。
[0010] 进一步优选地，所述降温过程的方法包括:先以l_3°C/min的降温速率从Tm±100 °C降温至不低于Tm-400°C的温度，待粘度测定结束后，再以9-lTC/min的升温速率升温至 Tm-100°C，最后自然冷却至室温。
[0011] 优选地，碎玻璃的粒径不大于10mm。
[0012] 优选地，所述粉碎的方法包括将待测玻璃装入自封袋中进行破碎。
[0013] 优选地，将210-270g碎玻璃进行加热。
[0014] 优选地，使用旋转高温粘度计测定玻璃液的粘度。
[0015] 优选地，以所述待测玻璃的重量为基准，所述待测玻璃含有60-70重量％的31〇2、 16-20重量％的六12〇 3、3-10重量％的0&0、0-8重量％的8&0、2-8重量％的3"、0-2重量％的 ZnO、0-0.3重量％的SnO2和2-12重量％的出03;进一步优选地，所述待测玻璃含有60-65重 量％的3丨0 2、17-19重量％的41203、7-8重量％的030、0.01-2重量％的8&0、2.1-4重量％的 SrO、0.2-1.2 重量 ％ 的211〇、0.05-0.2 重量 ％ 的 SnO2 和 9-11 重量 ％ 的82〇3。
[0016]优选地，以所述待测玻璃的重量为基准，所述待测玻璃含有60-70重量％的3102、 16-20重量％的六12〇3、3-10重量％的0&0、1-8重量％的]\%0、0-3重量％的3"、0-10重量的 Ba0、0-0.3重量％的311〇2和1-11重量％的出03;进一步优选地，所述待测玻璃含有61-63重 量％的3池、18-19重量％的六1 2〇3、4-6重量％的0&0、2-5重量％的]\%0、0.01-2重量％的3抑、 4-9重量％的8&0、0.05-0.2重量％的SnO 2和2-8重量％的82〇3。
[0017] 本发明的测定玻璃粘度的方法，操作简单，高效，准确度高，精密度高，重复性好， 结果可信度高，对成功生产出合格玻璃的工艺控制具有重要的指导意义。
[0018] 根据本发明的一种优选的实施方式，采用根据旋转法原理制备的旋转高温粘度计 测定玻璃液粘度，其利用Fulcher公式（扭转角或扭转力）计算得到粘度，测定范围为1- 107Pa · s，具有较高的准确度、精密度和可信度，对产线生产具有一定的指导意义，有利于 生产的顺利进行。
[0019] 本发明的其它特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【具体实施方式】
[0020] 以下对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体 实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0021] 在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或 值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各 个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个 新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0022] 本发明提供了一种测定玻璃粘度的方法，该方法包括:将待测玻璃粉碎为碎玻璃， 将碎玻璃从室温加热至Tm± 100°C (优选加热至Tm±50°C)以获得玻璃液，然后使该玻璃液依 次处于保温过程和降温过程，并从所述降温过程中的T m±100°C (优选Tm±50°C)开始至所述 降温过程中的不低于Tm-500°C的温度截止，连续地测定玻璃液的粘度，所述T m为熔化温度。
[0023] 本发明的方法中，为了提高方法的准确度，在将待测玻璃粉碎为碎玻璃时不应引 入杂质，即待测玻璃应为清洗干净的玻璃，且粉碎过程也不应引入杂质。优选情况下，粉碎 的方法包括将待测玻璃装入自封袋中进行破碎;进一步优选地，碎玻璃的粒径不大于l〇mm。
[0024] 本发明的方法中，优选情况下，将210_270g碎玻璃进行加热。为了提高方法的准确 度，可以将210-270g碎玻璃放入已清洗干净并烘干的铂铑坩埚中进行加热。其中，待测玻璃 可以用无水乙醇清洗后烘干待用，铂铑坩埚先用50%的盐酸溶液加热至沸腾，浸泡一段时 间（如20-30min)后倒掉盐酸溶液，用去离子水清洗烘干后待用。
[0025] 本发明的方法中，为了提高方法的准确度和精密度，优选情况下，将碎玻璃从室温 加热至Tm±100°C的方法包括:先将碎玻璃从室温以5-15°C/min的升温速率升温至软化点， 然后从软化点以3-7°C/min的升温速率升温至T m± 100°C ;进一步优选地，先将碎玻璃从室 温以8-12°C/min的升温速率升温至软化点，然后从软化点以4-6°C/min的升温速率升温至 Tm±100°C。本发明中，室温可以为15-30Γ，可以根据实际操作时的具体温度进行界定。
[0026] 本发明的方法中，为了提高方法的准确度和精密度，优选情况下，保温过程的条件 包括:温度为Im±100°C;时间为10_30min，进一步优选为15-25min。
[0027] 本发明的方法中，为了提高方法的准确度和精密度，优选情况下，降温过程的方法 包括:先以l_5°C/min的降温速率从T m±100°C降温至不低于Tm-500°C的温度，待粘度测定 结束后，再以7_12°C/min的升温速率升温至T m-100°C，最后自然冷却至室温。进一步优选 地，降温过程的方法包括:先以1-3 °C/min的降温速率从Tm± 100 °C降温至不低于Tm-400 °C 的温度，待粘度测定结束后，再以9-11°(：/11^11的升温速率升温至1"一100°(：，最后自然冷却 至室温。
[0028] 本发明的方法中，为了提高方法的准确度和精密度，优选情况下，使用旋转高温粘 度计测定玻璃液的粘度。
[0029] 本发明的方法中，可以用于任何组成的玻璃的粘度值的测定，尤其适用于以下组 成的玻璃的粘度值的测定，优选情况下，以所述待测玻璃的重量为基准，所述待测玻璃含有 60-70重量％的5丨0 2、16-20重量％的六12〇3、3-10重量％的0&0、0-8重量％的8&0、2-8重量％ 的Sr0、0-2重量％的211〇、〇-〇. 3重量％的311〇2和2-12重量％的出03;进一步优选地，所述待测 玻璃含有60-65重量％的3丨0 2、17-19重量％的六12〇3、7-8重量％的0&0、0.01-2重量％的8&0、 2.1 -4 重量 ％ 的 SrO、0.2-1.2 重量 ％ 的211〇、0.05-0.2 重量 ％ 的 SnO2 和 9-11 重量 ％ 的82〇3。
[0030] 优选地，以所述待测玻璃的重量为基准，所述待测玻璃含有60-70重量％的31〇2、 16-20重量％的六12〇 3、3-10重量％的0&0、1-8重量％的]\%0、0-3重量％的3"、0-10重量的 Ba0、0-0.3重量％的311〇2和1-11重量％的出03;进一步优选地，所述待测玻璃含有61-63重 量％的3池、18-19重量％的六1 2〇3、4-6重量％的0&0、2-5重量％的]\%0、0.01-2重量％的3抑、 4-9重量％的8&0、0.05-0.2重量％的SnO2和2-8重量％的82〇3。
[0031]本发明的方法中，对于前述具体组成的玻璃，当按照以下热处理条件进行处理时， 会进一步提高方法的准确度和精密度:先将碎玻璃从室温以8_12°C/min的升温速率升温至 软化点，然后从软化点以4-6 °C /min的升温速率升温至Tm± 100 °C，并在Tm± 100 °C下保温15-25min，接着以l-3°C/min的降温速率从Tm± 100°C降温至不低于Tm-400°C的温度，待粘度测 定结束后，再以9-ll°C/min的升温速率升温至T m-100°C提起旋转高温粘度计的转子离开 玻璃液，最后自然冷却至室温。
[0032] 实施例
[0033]以下将通过实施例对本发明进行详细描述，但并不因此限制本发明。以下实施例 中，如无特别说明，各材料和试剂均可通过商购获得，各方法均为本领域常规方法。
[0034]待测玻璃样品的组成：以待测玻璃的重量为基准，待测玻璃含有62重量％的3102、 17.7重量％的41203、7重量％的030、1重量％的8&0、2.1重量％的3抑、0.5重量％的2110、0.2 重量％的311〇 2和9.5重量％的出03，其熔化温度为1550°C，软化点为1000°C。
[0035] 实施例1
[0036] 本实施例用于说明本发明的测定玻璃粘度的方法。
[0037] (1)将无缺陷的待测玻璃样品依次用无水乙醇和去离子水清洗干净，然后在120°C 烘干2h。
[0038] (2)称取300g步骤（1)中的玻璃样品装入自封袋中，用锤子砸碎成粒径为I-IOmm的 碎玻璃，保证不污染样品。
[0039] (3)称取220g步骤(2)中得到的碎玻璃，放入清洗干净并烘干的铂铑坩埚中，从25 °C以10 °C /min的升温速率升温至碎玻璃的软化点1000 °C，然后以5 °C/min的升温速率从 1000°C升温至1550°C，得到玻璃液，向玻璃液中放入旋转高温粘度计的转子，在1550°C保温 20min，接着以2°C/min的降温速率从1550°C降温至1250°C，完成测试过程，再以10°C/min升 温速率升温至1450°C后提起转子离开玻璃液，并自然冷却至25°C。在前述降温过程中，从降 温过程中的1550Γ时开始用旋转高温粘度计连续地测定玻璃液的粘度，直至降温过程中的 1250°C时停止用旋转高温粘度计测定玻璃液的粘度。具体的不同温度下的待测玻璃样品的 粘度的测定值和该待测玻璃样品的出厂报告中显示的不同温度下的粘度标准值见表1。 [0040]表 1
[0042]由表1可以看出，本发明的方法测定的不同温度下玻璃的粘度值比较准确。另外， 本发明的方法已经在产线中得以应用，各特征温度点的控制与产线设计工艺吻合，具有较 高的可信度，可以直接指导生产。
[0043] (4)精密度分析
[0044]重复步骤(1)-(3)，进行11次重复试验，不同温度下的待测玻璃样品的粘度的测定 值见表2。 Γ 00451 m?.
[0047] 由表2可以看出，对同一待测玻璃样品进行11次平行分析，本发明的方法测定的不 同温度下粘度值的相对标准偏差均<1%，表明本发明的方法，离散性小，精密度高，可信度 高，重复性好，完全可以满足生产使用。
[0048] 实施例2
[0049] 按照实施例1的方法，不同的是，步骤(3)中，从25°C以8°C/min的升温速率升温至 碎玻璃的软化点1 〇〇〇°C，然后以6 °C/min的升温速率从1000°C升温至1500 °C，得到玻璃液， 向玻璃液中放入旋转高温粘度计的转子，在1500 °C保温25min，接着以3 °C /min的降温速率 从1500 °C降温至1200 °C，完成测试过程，再以9 °C/min升温速率升温至1450 °C后提起转子离 开玻璃液，并自然冷却至25°C。在前述降温过程中，从降温过程中的1500°C时开始用旋转高 温粘度计连续地测定玻璃液的粘度，直至降温过程中的1200 °C时停止用旋转高温粘度计测 定玻璃液的粘度。具体的不同温度下的待测玻璃样品的粘度的测定值和该待测玻璃样品的 出厂报告中显示的不同温度下的粘度标准值见表3。
[0050] 表 3
[0052] 实施例3
[0053] 按照实施例1的方法，不同的是，步骤(3)中，从25°C以12°C/min的升温速率升温至 碎玻璃的软化点1 〇〇〇°C，然后以4°C/min的升温速率从1000°C升温至1600 °C，得到玻璃液， 向玻璃液中放入旋转高温粘度计的转子，在1600 °C保温15min，接着以TC /min的降温速率 从1600°C降温至1300°C，完成测试过程，再以lTC/min升温速率升温至1450°C后提起转子 离开玻璃液，并自然冷却至25°C。在前述降温过程中，从降温过程中的1600°C时开始用旋转 高温粘度计连续地测定玻璃液的粘度，直至降温过程中的1300 °C时停止用旋转高温粘度计 测定玻璃液的粘度。具体的不同温度下的待测玻璃样品的粘度的测定值和该待测玻璃样品 的出厂报告中显示的不同温度下的粘度标准值见表4。
[0054] 表 4
[0056] 实施例4
[0057] 按照实施例1的方法，不同的是，步骤(3)中，从25°C以15°C/min的升温速率升温至 碎玻璃的软化点1 〇〇〇°C，然后以7 °C/min的升温速率从1000°C升温至1550 °C，得到玻璃液， 向玻璃液中放入旋转高温粘度计的转子，在1550 °C保温30min，接着以4 °C /min的降温速率 从1550°C降温至1250°C，完成测试过程，再以12°C/min升温速率升温至1450°C后提起转子 离开玻璃液，并自然冷却至25°C。在前述降温过程中，从降温过程中的1550Γ时开始用旋转 高温粘度计连续地测定玻璃液的粘度，直至降温过程中的1250 °C时停止用旋转高温粘度计 测定玻璃液的粘度。具体的不同温度下的待测玻璃样品的粘度的测定值和该待测玻璃样品 的出厂报告中显示的不同温度下的粘度标准值见表5。
[0058] 表5
[0060]将实施例1-3的数据与实施例4的数据比较可知，在测定特定组成的待测玻璃时， 通过先将碎玻璃从室温以8-12°C/min的升温速率升温至软化点，然后从软化点以4-6°C/ min的升温速率升温至Tm±100°C，并在Tm±100°C下保温15-25min，接着以l-3°C/min的降温 速率从T m±100°C降温至不低于Tm-400°C的温度，待粘度测定结束后，再以9-ll°C/min的升 温速率升温至Tm - 100°C提起旋转高温粘度计的转子离开玻璃液，最后自然冷却至室温的 热处理方式，能够进一步提高粘度的测定值的准确度和精密度。
[0061 ]本发明的测定玻璃粘度的方法，操作简单，高效，准确度高，精密度高，重复性好， 结果可信度高，对成功生产出合格玻璃的工艺控制具有重要的指导意义。
[0062] 以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中 的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这 些简单变型均属于本发明的保护范围。
[0063] 另外需要说明的是，在上述【具体实施方式】中所描述的各个具体技术特征，在不矛 盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可 能的组合方式不再另行说明。
[0064] 此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本 发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
【主权项】
1. 一种测定玻璃粘度的方法，其特征在于，该方法包括:将待测玻璃粉碎为碎玻璃，将 碎玻璃从室温加热至T m±100°C以获得玻璃液，然后使该玻璃液依次处于保温过程和降温 过程，并从所述降温过程中的Tm±100°C开始至所述降温过程中的不低于T m - 500°C的温度 截止，连续地测定玻璃液的粘度，所述Tm为熔化温度。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将碎玻璃从室温加热至Tm± 100°C的方法包 括:先将碎玻璃从室温以5-15°C/min的升温速率升温至软化点，然后从软化点以3-7°C/min 的升温速率升温至Tm± 100°C ; 优选地，先将碎玻璃从室温以8-12°C/min的升温速率升温至软化点，然后从软化点以 4-6°(：/1^11的升温速率升温至1^±100°(：。3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述保温过程的条件包括:温度为Tm± 100°C ;时间为10_30min，优选为15-25min。4. 根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其特征在于，所述降温过程的方法包括： 先以l-5°C/min的降温速率从Tm±100°C降温至不低于T m-500°C的温度，待粘度测定结束 后，再以7-12°C/min的升温速率升温至Tm-100°C，最后自然冷却至室温。5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述降温过程的方法包括:先以l-3°C/min 的降温速率从Tm±100°C降温至不低于Tm-400°C的温度，待粘度测定结束后，再以9-1TC/ min的升温速率升温至1?-100°C，最后自然冷却至室温。6. 根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其特征在于，碎玻璃的粒径不大于10mm; 优选地，所述粉碎的方法包括将待测玻璃装入自封袋中进行破碎。7. 根据权利要求1-6中任意一项所述的方法，其特征在于，将210-270g碎玻璃进行加 热。8. 根据权利要求1-7中任意一项所述的方法，其特征在于，使用旋转高温粘度计测定玻 璃液的粘度。9. 根据权利要求1-8中任意一项所述的方法，其特征在于，以所述待测玻璃的重量为基 准，所述待测玻璃含有60-70重量％的310 2、16-20重量％的412〇3、3-10重量％的0&0、0-8重 量％的8&0、2-8重量％的3抑、0-2重量％的2110、0-0.3重量％的3110 2和2-12重量％的出03; 优选地，所述待测玻璃含有60-65重量％的3102、17-19重量％的412〇3、7-8重量％的 〇&0、0.01-2重量％的8&0、2.1-4重量％的510、0.2-1.2重量％的2110、0.05-0.2重量％的 Sn02 和 9-11 重量 ％的82〇3。10. 根据权利要求1-8中任意一项所述的方法，其特征在于，以所述待测玻璃的重量为 基准，所述待测玻璃含有60-70重量％的3丨0 2、16-20重量％的412〇3、3-10重量％的0&0、1-8 重量％的]\%0、0-3重量％的SrO、0-10重量的BaO、0-0.3重量％的Sn0 2和1-11重量％的出03; 优选地，所述待测玻璃含有61-63重量％的3102、18-19重量％的412〇3、4-6重量％的 CaO、2-5 重量 ％ 的]\%0、0.01-2 重量 ％ 的 SrO、4-9 重量 ％ 的8&0、0.05-0.2 重量 ％ 的 Sn02 和 2-8 重量％的82〇3。
【文档编号】G01N1/44GK105842119SQ201610158039
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月18日
【发明人】李瑞佼, 胡恒广, 王丽红, 王世岚, 李媚寰
【申请人】东旭科技集团有限公司, 东旭集团有限公司