一种利用DSC测评玻璃熔体粘度的方法与流程

本发明属于判断玻璃材料熔体粘度测试技术领域。具体涉及一种利用dsc测评玻璃熔体粘度的方法。

背景技术：

玻璃的粘度是玻璃工业生产中非常重要的性能参数，贯穿玻璃生产的各个阶段。此外，在基础研究方面，粘度对于理解玻璃的结晶动力学、玻璃形成、玻璃化转变和结构弛豫也有着重要的意义。如何准确获得玻璃熔体的粘温关系一直是氟磷玻璃工业生产上的重要问题之一。但是由于玻璃成分的不同会造成性质有很大的差异，如铝硅酸盐玻璃熔点可高达1400℃；含f、p等元素的玻璃高温下玻璃熔体存在严重的挥发造成成分的改变，而且低温粘度的测试容易收到玻璃析晶的影响。诸如此类的众多原因造成了确定氟磷玻璃熔体粘度的技术复杂性，很难直接获得准确的粘温关系，因此，如果寻找确定氟磷玻璃粘度的另一种方法尤为关键。本专利将通过dsc(differentialscanningcalorisetry)方法来评测玻璃熔体的粘度。

在本发明以前的现有技术和理论中，wang，l.m等发表的“directdeterminationofkineticfragilityindicesofglassformingliquidsbydifferentialscanningcalorimetry:kineticversusthermodynamicfragilities”《j.chem.phys.》2002，117，10184；zheng,q.j等发表的“reconcilingcalorimetricandkineticfragilitiesofglass-formingliquids”《j.non-cryst.solids》2017，456，95-100；mauro，j.c等发表的《viscosityofglass-formingliquids》《proc.natl.acad.sci.u.s.a.》2009，106，19780-19784三篇文献中提到的方法是与本发明最为相关的。在这三篇文献中，分别提出了用dsc直接测试玻璃强弱性、经验修正公式和动力学强弱性的计算方法，但是未发现直接通过dsc方法测评玻璃熔体粘度的相关报导。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种不用将玻璃加热至熔融状态，间接的利用dsc测评玻璃熔体粘度的高效简洁的方法。

现将本发明的构思与方案叙述如下：

本发明的基本构思是通过dsc对玻璃在不同升温速率下进行热扫描，获得不同升温速率下的热容曲线。根据热容曲线上反应出来的热动力学参数，结合现有的玻璃热动力学理论模型，间接计算处玻璃熔体的粘度，具体包括以下步骤：

步骤1：准备待测玻璃样品和与玻璃质量相近的蓝宝石圆片；

步骤2：在高纯氩气气氛下，分别在10k/min、20k/min、30k/min、40k/min的升温速率下用差示扫描量热仪运用蓝宝石校正法获得玻璃样品的热容cp曲线。

步骤3：在cp线上用外延始点的方法确定每一升温速率下玻璃的假想温度tf；

步骤4：利用公式(1)拟合计算玻璃的热容强弱性指数mdsc：

其中q为升温速率，qs是标准升温速率，为10k/min，tf和tg分别是假想温度和标准假想温度。

步骤5：利用公式(2)修正dsc法计算强弱性指数的误差：

m＝1.289(mdsc-m0)+m0#(2)

式中m0等于14.97.

步骤6：利用公式(3)获得玻璃的粘度-温度的logη～tg/t曲线图：

式中η为粘度η∞是高温粘度极限，为10^-2.93pa·s，通过此曲线就可以找到每个温度下对应的玻璃熔体粘度是多少。

本发明同现有测试技术相比的优越性在于：该方法充分考虑了玻璃材料在测试熔体粘度的过程中玻璃析晶和组分挥发对测试的影响，为玻璃材料熔体粘度的评测提供了通用的方法。

附图说明

图1：实施实例fk-61玻璃通过蓝宝石校正法获得的不同升温速率下的cp曲线。

图2：通过公式1对cp曲线中的热动力学指数拟合获得实例fk-61的强弱性指数的曲线。

图3：通过公式3拟合得到的实例fk-61玻璃粘温关系曲线。

具体实施方式

以下以湖北新华光信息材料有限公司生产的fk-61牌号的氟磷玻璃为例，说明利用dsc评测玻璃熔体粘度的方法。

步骤1：准备待测玻璃fk-61的样品，制备成20mg的两面平整规则的圆片，准备质量接近20mg的蓝宝石圆片；

步骤2：在高纯氩气气氛下，分别在10k/min、20k/min、30k/min、40k/min的升温速率下用差示扫描量热仪运用蓝宝石校正法获得玻璃样品的热容cp曲线如图1。

步骤3：在cp线上用外延始点的方法确定每一升温速率下玻璃的假想温度tf；

步骤4：利用公式(1)拟合计算玻璃的热容强弱性指数m如图2，得到m＝42；

步骤5：利用公式(2)修正dsc法计算强弱性指数的误差,修正后的m＝49.87；

步骤6：利用公式(3)获得玻璃的粘度-温度的logη～tg/t曲线图如图3：通过此曲线就可以找到每个温度下对应的玻璃熔体粘度是多少。

技术特征：

1.一种利用dsc测评玻璃熔体粘度的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：准备待测玻璃样品和与玻璃质量相近的蓝宝石圆片；

步骤2：在高纯氩气气氛下，分别在10k/min、20k/min、30k/min、40k/min的升温速率下用差示扫描量热仪运用蓝宝石校正法获得玻璃样品的热容cp曲线。

步骤3：在cp线上用外延始点的方法确定每一升温速率下玻璃的假想温度tf；

步骤4：利用公式(1)拟合计算玻璃的热容强弱性指数m：

其中q为升温速率，qs是标准升温速率，为10k/min，tf和tg分别是假想温度和标准假想温度。

步骤5：利用公式(2)修正dsc法计算强弱性指数的误差：

m＝1.289(mdsc-m0)+m0#(2)

式中m0等于14.97.

步骤6：利用公式(3)获得玻璃的粘度-温度的logη～tg/t曲线图：

式中η为粘度η∞是高温粘度极限，为10^-2.93pa·s，通过此曲线就可以找到每个温度下对应的玻璃熔体粘度是多少。

2.根据权利要求1所述的一种利用dsc测评玻璃熔体粘度的方法，其特征在于，所测试的样品为玻璃材料，样品质量为20mg～30mg，两面平整规则的圆片。

3.根据权利要求1所述的一种利用dsc测评玻璃熔体粘度的方法，其特征在于所评测的粘度范围为玻璃转变点tg至玻璃熔点tm附近。

技术总结
本发明提供了一种利用DSC测评玻璃熔体粘度的方法，其包含以下步骤：通过差示扫描量热仪蓝宝石校正法测得玻璃固体在不同升温速率下的热容Cp曲线,根据WVA方程计算玻璃熔体的量热脆性指数m,根据经验公式校正脆性指数，将脆性指数m代入MYEGA方程获得logη～Tg/T的粘度‑温度关系曲线。本方法同现有测试玻璃熔体粘度的技术相比优越性在于，不会受玻璃熔体挥发和玻璃析晶的影响，能够获得具有代表性的粘度数据，且耗时短，测试成本更低，为快速获得不稳定性玻璃熔体的高温粘度提供了通用性的方法。

技术研发人员：张丙容;乔万春;王振涛
受保护的技术使用者：武汉理工大学
技术研发日：2020.02.24
技术公布日：2020.06.19