[发明专利]玻璃的转变温度和硬度的预测方法

说明书

技术领域

本发明属于玻璃材料性能表征测试技术领域，具体的，涉及一种玻璃的转变温度和硬度的预测方法。

背景技术

玻璃因其具有优良的透光性、成型性及力学性能已被广泛应用于各个工业领域。但是，因玻璃是高温熔体经快速冷却而形成的，对其热学性能的检测通常需要花费大量的时间和能耗，并且检测方法比较复杂。玻璃的转变温度是非常重要的热学性能参数，该参数对玻璃结构弛豫、减少内部缺陷有着重要的指导作用。室温下玻璃体相材料的硬度是决定其使用价值的重要标准，但是，因为玻璃是脆性材料，其常规测试方法是通过硬度计来检测硬度。但是，硬度测试对玻璃表面的光洁度也是有严苛的要求，会占用大量时间用于玻璃表面抛光。并且，如果硬度计的压头压力过大容易在玻璃表面留下裂纹，使得硬度测试的数据发生失真。目前，对玻璃的转变温度以及硬度尚无法实现无损检测。因此，提高对玻璃的转变温度和硬度的检测效率，检测时对样品形成的损伤尽可能小，能从微观结构出发正确评价玻璃的宏观性能，对玻璃的组成和设计能形成某种支持，是目前业界所普遍关注的。

目前，测定玻璃的转变温度和硬度常用的方法有Vogel-Fulcher-Tammann法和Avramov- Milchev法，它们都是通过与温度所对应的粘度来预测玻璃的转变温度的。但是，它们都存有不足，其中，Vogel- Fulcher-Tammann法在玻璃低温致密态时会出现预测失效的问题；而Avramov-Milchev法则在玻璃处于超冷液态时会出现预测失效。现在还没有一种预测方法能同时有效地解决玻璃随温度变化在不同状态下出现失真的问题。

针对玻璃硬度的表征方法，现有的方法主要是直接测试法，有“奴氏硬度法”、“维氏硬度法”等，它们都是以计算单位所产生的压痕面积作为所能承受压力的结果的，区别仅在于压头的形状和尺寸。显然，这种单一的测试方法不适合用于大批量不同组分玻璃硬度的检测。现在的研究发现：通过玻璃微观配位结构能实现随组分连续变化的性能评价，实现大规模的玻璃的转变温度和硬度的预测并能实现玻璃的无损检测和快速预测。

发明内容

本发明的目的在于解决上述的不足，提供一种玻璃的转变温度和硬度的预测方法，它能降低对大规模样品的测试成本，减少时间上的浪费和对样品本身的破坏，能对玻璃的转变温度和硬度给予精确预测，为玻璃成分及性能的设计提供重要的支持。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案。

采用微观结构表征方法在室温下获得随化学组成变化的各网络形成体x₁、x₂、x₃……x_n的配位情况，记录与每种网络形成体配位情况相对应的含量f₁、f₂、f₃……f_n，计算玻璃单位网络形成体配位C的表示为：

一种玻璃的转变温度和硬度的预测方法，其特征是，包括以下步骤：

（1）玻璃结构信息检测

采用微观结构表征方法在室温下获得玻璃微观结构信息，即，随化学组成变化的各网络形成体x₁、x₂、x₃……x_n的配位情况，记录与每种网络形成体配位情况相对应的含量f₁、f₂、f₃……f_n，计算玻璃单位网络形成体配位C的公式为：

（1），

式中，f_O、M分别代表氧原子在玻璃原料中的含量和玻璃原子总数；

（2）结构配位和网络形成结构链维度计算

基于玻璃粘度与温度的变化关系，得到与玻璃的转变温度所对应的粘度与步骤（1）获得玻璃微观结构的关系，建立玻璃的转变温度T_g的理论计算模型，其计算公式为：

（2），

式中：

T_g1表示已知样品玻璃的转变温度，

C表示单位网络形成体配位，

C₁表示已知样品网络形成体配位；

（3）玻璃的转变温度和硬度预测的计算公式

采用硬度计测量玻璃样品的硬度值H₁、H₂……H_n，得到硬度与步骤（1）获得玻璃微观结构相配位的线性变化值L，其计算公式为：

（3）；

（4）玻璃的转变温度和硬度预测的计算结果