当前课程知识点：Fundamentals of Inorganic Materials Science > 4 Melt and glass > 4.2 The properties of the melt > 4.2.1 The properties of the melt_viscosity
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同学们好，
上一讲我们学习了熔体的结构，
今天我们来学习熔体的性质。
我们首先来学习熔体的黏度。
什么是黏度？
根据流体力学的知识，
液体流动时，
一层液体受到另一层液体的牵制。
在剪切应力下
产生的剪切速度dv/dx与剪应力σ成正比。
这个比例系数就叫黏度，
用希腊字母一塔表示，
单位为帕斯卡乘以秒。
在描述熔体的性质时，
工程上还经常会用流动度，
流动度与黏度相对，他是黏度的倒数。
一种熔体，黏度越大，
表明越难流动，流动度就越大。
那么黏度和什么因素有关呢？
也同样受到温度和组成的影响。
黏度和温度的关系满足指数关系，
温度越高，黏度越低。
黏度公式中的△E是质点移动的活化能，
也称为位垒。
如果对该公式两边同时取对数，
则lnη和1/T满足线性关系，
直线的斜率反映了活化能的大小。
从这个图中可以看出，
不同温度区间内，熔体的活化能是不同的，
说明活化能与熔体的组成结构有关。
接下来，
我们重点讨论组成与黏度的关系。
在这里，
同学们一定要深刻领会
材料科学中“组成影响结构，结构决定性质”的思想。
首先，从宏观上来说，氧硅比影响黏度。
如上节课所述，
氧硅比越高，
非桥氧数量越多，低聚物越多；
低聚物越多，黏度就越低。
具体来讲，
不同价态的阳离子会对黏度产生不同的影响。
一价的碱金属离子会使石英发生分化，
因此碱金属氧化物的含量越高，
熔体中低聚物含量越高，
黏度越低。
但是不同碱金属氧化物
降低黏度的作用排序和含量有关。
当碱金属氧化物的含量<25mol% 时，
氧硅比较低，
对黏度起主要作用的是
四面体间硅氧键的键力；
继续引入碱金属氧化物时，
由于锂离子半径小，
削弱硅氧键的作用大，
所以Li2O降黏度较Na2O、K2O显著。
而当碱金属氧化物的含量>25mol%，
氧硅比较高，
此时硅氧四面体之间连接已接近岛状，
孤立的硅氧四面体很大程度上依靠碱金属离子相连。
继续引入碱金属氧化物时，
锂离子对硅氧四面体的吸引力大，
使熔体黏度升高，
所以Li2O升高黏度较Na2O、K2O显著。
二价阳离子对黏度的作用与一价阳离子相同，
也会使黏度降低，
但同时应考虑离子极化对黏度的影响。
一般来讲，
极化作用越强，对熔体黏度的降低作用越明显。
三价阳离子中我们分别讨论氧化铝和氧化硼的作用。
一般情况下，氧化铝起到补网作用，
铝离子取代硅离子的位置，
非桥氧重新变为桥氧，
强化了熔体的网络结构，
使得熔体上升。
而对于氧化硼，
他对黏度的作用集中体现为硼反常，
其实质是硼氧三角体、
非桥氧与硼氧四面体的转变。
当硼氧三角体的数量升高时，
熔体的黏度降低。
当硼氧四面体的数量升高时，
熔体的黏度升高。
以在氧化硼-氧化硅玻璃中添加氧化钠为例，
起始体系中，没有非桥氧，
氧化硼以硼氧三角体的形式存在，
熔体黏度较低。
随着氧化钠的加入，
非桥氧增多，
硼氧三角体结合非桥氧转变为硼氧四面体，
熔体黏度上升。
当熔体中所有的硼氧三角体都转变为硼氧四面体后，
继续增加氧化钠含量，
会对硼氧四面体起到分化作用，
硼氧四面体又会反过来转变为三角体，
熔体黏度降低。
因此，随着氧化钠含量的增加，
熔体黏度出现先增大后降低的现象，
这个现象就是硼反常。
同样地，
如果在钠硅熔体中加入氧化硼，
氧化硼会结合桥氧
转变为硼氧四面体，
熔体黏度上升；
当所有的非桥氧都被转化为硼氧四面体后，
继续添加的氧化硼以三角体的形式存在，
熔体黏度降低。
因此，随着氧化硼含量的增加，
熔体黏度也出现先增大后降低的现象。
那么，在钠硼硅熔体中继续加入氧化钠，
黏度会怎么变呢？
作为思考题请大家课后思考。
此外，
如果在熔体中引入一种以上的一价或二价碱性氧化物，
和等量的引入一种碱性氧化物相比，
谁的黏度更低呢？
答案是
引入一种碱性氧化物的熔体黏度低。
这是由于当体系中存在多种阳离子时，
各种离子间可能会相互制约，
使得降低黏度的效果发挥不充分导致的。
这种现象我们叫混合碱效应。
以上就是我们所讲的黏度的基本特征，
请大家一定要深刻领会
“组成影响结构，结构决定性质”的思想,
能够从组成结构的变化分析黏度的变化。
谢谢！
-Test for chapter 1
-2.1 Type of defect
-2.2.1 The expression methods of point defects
--2.2.1 The expression methods of point defects
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-2.2.2 The rules for writing of defect reaction equation
--2.2.2 The rules for writing of defect reaction equation
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-2.3 Calculation of thermal defect concentration
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-2.4 Non-stoichiometric compounds
--2.4 Non-stoichiometric compounds
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-Homework for chapter 2
-Test for chapter 2
-3.1 The classification of solid solutions
--3.1 The classification of solid solutions
--3.1 The classification of solid solutions
-3.2 Substitutional solid solution
--3.2 Substitutional solid solution
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-3.3 Interstitial solid solution
--3.3 Interstitial solid solution
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-3.4 The research method of solid solutions
--3.4 The research method of solid solutions
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-3.5 Questions for crystal imperfection and solid solution
--Questions for crystal imperfection and solid solution
-Homework for chapter 3
-Test for chapter 3
-4.1 Melt structure
-4.2 The properties of the melt
--4.2.1 The properties of the melt_viscosity
--4.2.2 The properties of the melt_surface tension
--4.2 The properties of the melt
-4.3 The characteristics of glass
--4.3 The characteristics of glass
--4.3 The characteristics of glass
-4.4 The formation of glass
--4.4.1 The formation of glass_kinetics conditions
--4.4.2 The formation of glass_crystal chemical conditions
-4.5 The structure of glass
-4.6 The typical glass
-4.7 Questions for melt and glass
--Questions for melt and glass
-Test for chapter 4
-5.1 Phase equilibrium in silicate systems
--5.1 Phase equilibrium in silicate system
--5.1 Phase equilibrium in silicate system
-5.2 One-component system phase diagram
--5.2 One-component system phase diagram
--5.2 One-component system phase diagram
-5.3 Applications of one-component diagrams
--5.3 Applications of one-component diagrams
--5.3 Applications of one-component diagrams
-5.4 Binary diagrams
--5.4.1 Binary diagram with eutectic point
--5.4.2 Binary system with a congruent melting compound and one with an incongruent melting compound
--5.4.3 Other five types of phase diagrams of binary systems
-5.5 Applications of binary phase diagrams
--5.5 Applications of binary phase diagrams
--5.5 Applications of binary phase diagrams
-5.6 Ternary diagrams
--5.6.1 Representation of ternary system composition
--5.6.1 Representation of ternary system composition
--5.6.2 Three-dimensional state diagram and plane projection diagram of a simple ternary system
--5.6.2 Three-dimensional state diagram and plane projection diagram of a simple ternary system
--5.6.3 (1) Basic types of ternary phase diagrams
--5.6.3 (2) Basic types of ternary phase diagrams
--5.6.3 (3) Basic types of ternary phase diagrams
--5.6.3 Basic types of ternary phase diagrams
-5.7 Applications of ternary phase diagrams
--5.7 Applications of ternary phase diagrams
--5.7 Applications of ternary phase diagrams
-5.8 Research methods of phase equilibrium
--5.8 Research methods of phase equilibrium
--5.8 Research methods of phase equilibrium
-5.9 Questions for phase equilibria
--Questions for phase equilibria
-Homework for chaper 5
-Test for chapter 5
-6.1 Overview of diffusion
-6.2 The kinetic equations of diffusion
--6.2 The kinetic equations of diffusion
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-6.3 The thermodynamic equation of diffusion
--6.3 The thermodynamic equation of diffusion
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-6.4 Diffusion mechanisms and diffusion coefficient
--6.4 Diffusion mechanisms and diffusion coefficient
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-6.5 Diffusion in solid
-6.6 Factors affecting diffusion
--6.6 Factors affecting diffusion
--6.6 Factors affecting diffusion
-6.7 Questions for diffusion
-Homework for chaper 6
-Test for chapter 6
-7.1 Overview of solid state reactions
--7.1 Overview of solid state reactions
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-7.2 Kinetic equation of solid state reaction
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-7.3 Factors affecting the solid state reaction
--7.3 Factors affecting the solid state reaction
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-Homeword for chapter 7
-8.1 The categories of phase transformation
--8.1 The categories of phase transformation
--8.1 The categories of phase transformation
-8.2 Crystallization
--8.2.1 Crystallization thermodynamics
--8.2.2 Crystallization kinetics
-8.3 Phase Separation of glass
--8.3 Phase separation of glass
--8.3 Phase separation of glass
-8.4 Questions for phase transformation
--Questions for phase transformation
-Test for chapter 8
-9.1 Overview of sintering
-9.2 The driving forces and models of sintering
--9.2 The driving forces and models of sintering
--9.2 The driving forces and models of sintering
-9.3 Solid state sintering
--9.3.1 Evaporation-Condensation mass transfer
--9.3.2 Diffusion mass transfer
-9.4 Liquid phase sintering
--9.4.2 Solution-Precipitation mass transfer
-9.5 Grain growth and secondary recrystallization
--9.5.2 Secondary recrystallization
--9.5 Grain growth and secondary recrystallization
-9.6 Factors affecting sintering
--9.6 Factors affecting sintering
--9.6 Factors affecting sintering
-9.7 Questions for sintering
-Homework for chapter 9
-Test for chapter 9
