[发明专利]一种玻璃形成的临界冷却速率评测方法

说明书

技术领域

本发明属于玻璃材料领域，特别涉及一种玻璃形成的临界冷却速率的评测方法。

背景技术

如果冷却速率足够大，任何液体淬冷均可形成玻璃；另一方面，冷却速率足够慢时，液体冷却过程会导致晶体析出。一般将百万分之一份数的晶体析出时对应的冷却速率，定义为临界冷却速率。临界冷却速率是玻璃形成的重要特征参数，对玻璃生产工艺参数的制订具有重要的意义。目前，一般由3T或T-T-T图(时间-温度-晶体转变份数)来获得临界冷却速率；即：根据3T图“鼻尖”处对应的过冷度与相应的冷却时间之比来估算。该方法需要大量的样品制备和测试，耗费很长的时间方可完成。而且，当熔体具有强烈析晶倾向时，由于目前实验技术的限制，很难绘制出3T图，从而无法给出玻璃形成的临界冷却速率。因此，开发新的玻璃形成临界冷却速率的评测方法意义重大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种玻璃形成的临界冷却速率的评测方法，该方法无需大量复杂的实验和测试，具有用时少、方法简单和准确度高等优点。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种玻璃形成的临界冷却速率评测方法，它主要步骤如下：

1)黏度测试：利用黏度评测仪器，获取拟评测玻璃熔体不同温度下的粘度数据；然后，依据所获得的不同温度下的黏度数据，求出黏度-温度关系的MYEGA(Mauro–Yue–Ellison–Gupta–Allan)方程中黏度-温度关系函数的常数项，从而获取拟评测玻璃熔体的黏度-温度关系函数表达式；

2)量热测试：选取拟评测玻璃的适量样品，利用量热评测仪器下获取量热曲线，将熔化峰结束温度作为液相线温度T_L；测试获得系列冷却速率下的量热曲线，找出不同冷却速率下的晶化开始温度；

3)函数常数项的确定：设函数f₁(T)和f₂(T)表达式分别如下：

其中，T是温度；T_L是液相线温度；⊿T是过冷度，即T_L-T；q_c是冷却速率；η是黏度；a，b为常数项；

令某一冷却速率下晶化开始温度处f₁(T)＝f₂(T)，从而在不同冷却速率和晶化开始温度下获得系列数对，通过最小二乘法拟合求解出常数项a和b的值；

4)临界冷却速率q_c^*的确定：依据步骤3)获取的a和b的值以及步骤2)所得液相线温度T_L，在坐标系中绘制出函数f₂(T)曲线；同时，依据不同的冷却速率q_c以及步骤1)所得黏度-温度关系函数表达式、步骤2)所得液相线温度T_L，绘制出系列函数f₁(T)曲线；f₂(T)曲线和f₁(T)曲线仅存在一个交点时对应的冷却速率，即是玻璃形成的临界冷却速率。

按上述方案，所述的黏度评测仪器为高温旋转粘度仪等。

按上述方案，所述的黏度-温度关系为MYEGA(Mauro–Yue–Ellison–Gupta–Allan)方程，即：

按上述方案，所述的量热评测仪器为差示量热扫描仪等。

按上述方案，所述量热评测仪器以10℃/min升温速率下获取量热曲线，将熔化峰结束温度作为液相线温度T_L。

本发明的技术构思如下：针对基于3T图法获取玻璃形成临界冷却速率方法的技术问题，本发明依据经典的玻璃成核理论，经过严格的数学推导，将繁杂临界冷却速率评测方法转化为一种简单的数值求解问题。而且，评测过程不需要复杂的实验，仅需要通过简单的量热测试和黏度测试即可完成。具体推导过程如下：

由经典核化理论(I.S.Gutzow and J.W.P Schmelzer,"The Vitreous State/Thermodynamics,Structure,Rheology and Crystallization,"second ed.,Heidelberg press,Berlin,1995)，核化速率方程如下：