光機能性リン酸塩ガラス融体の粘度、密度、表面張力に関する研究

光功能磷酸盐玻璃熔体的粘度、密度和表面张力研究

• 批准号: 14750596
• 负责人: 藤野 茂
• 金额: $ 2.11万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14750596/
• 关键词: リン酸塩ガラス; 高温融体; 密度; 表面張力; リング引き上げ法; アルキメデス二球法; 表面張力温度係数; イオン充填率; 粘度; ルツポ回転法; 構造

本最終年度ではアルカリ土類、亜鉛リン酸塩系ガラス融体(50RO-50P_2O_5, R=Mg,Ca,Sr,Ba,Zn)の密度,表面張力を精度よく測定し、組成依存性、温度依存性を明らかにすることを目的とした。密度はアルキメデス二球法を用いて測定した。表面張力はリング引き上げ法を用いて測定した。測定温度は状態図の液相線温度以上である800℃から1200℃の温度域において測定した。測定誤差はそれぞれ1%以内であった。全組成において密度は温度の上昇と共に減少した(2.3〜3.4g/cm^3)。密度の大きさはBa>Sr>Zn>Ca>Mgの順に大きな値を示した。イオン充填率はBa,Sr,Ca系では42〜45%を示したのに対し、Mg,Zn系は39〜40%の値を示した。すなわちイオン半径の小さいイオンほど、充填率は小さく、Mg,Zn系の酸素配位状態がBa,Sr,Ca系と比較して異なるためであると推測された。表面張力はSr>Ca>Mg>Ba>Znの順に大きな値を示した(220〜258x10^<-3>N/m)。表面張力温度係数は全ての系において負の値を示し、Mg>Zn>Ca>Sr>Baの順に大きくなった。表面張力温度係数は陽イオン電場強度(Z/r^2,Z:電荷,r:イオン半径)が大きくなると共に大きくなる傾向を示した。その中でもBa,Sr,Ca系とMg,Zn系のカチオン場強度に対する表面張力温度係数が異なることから、それぞれガラス融体構造がそれぞれ異なるものと推察された。これらの相違は分光学的手法による構造解析結果より、Mg,Zn系の陽イオン酸素配位数が4と他の陽イオンと比較して小さく、リン酸塩ガラス構造の一部に網目として組み込まれている可能性があることを実験的に明らかにした。本研究成果を基に、鉛含有ホウケイ酸塩ガラスの粘度,密度、表面張力データとの比較を行い、これらの融体と同等の物性を有する鉛フリーリン酸塩ガラスの探索を行った。

在今年的最后一年，目的是准确测量碱土和磷酸锌玻璃熔体的密度和表面张力（50RO-50P_2O_5，R = mg，CA，CA，SR，BA，ZN），并阐明组成和温度依赖性。使用Archimedes两球方法测量密度。使用环提升方法测量表面张力。测得的温度以800°C至1200°C的温度范围测量，该温度高于相图中显示的液体温度。测量误差每个都在1％以内。在总成分上，密度随温度升高（2.3-3.4 g/cm^3）降低。 BA> SR> Zn> Ca> mg的顺序中的密度幅度更高。 BA，SR和CA系统的离子填充率为42-45％，而MG和Zn系统的值为39-40％。也就是说，据估计，与BA，SR和CA系统相比，Mg和Zn系统的氧气配位状态越小，填充速率越小，并且氧气配位状态有所不同。表面张力在SR> Ca> Mg> BA> Zn（220-258x10^<-3> n/m）的顺序上很大。在所有系统中，表面张力温度系数为负，以mg> zn> ca> sr> ba的顺序增加。表面张力温度系数随着阳离子场强度（z/r^2，z：电荷，r：离子半径）的增加而倾向于增加。其中，BA，SR，CA系统以及MG和Zn系统的表面张力温度系数在阳离子场强度上有所不同，从而可以假设它们每个玻璃熔体结构都不同。通过使用光谱技术通过结构分析结果实验揭示了这些差异，并且MG和Zn系统的阳离子氧配位数可能小于其他阳离子的阳离子氧气，并且可以将其掺入磷酸盐玻璃结构的一部分中。根据这项研究的结果，我们比较了含铅硅酸盐玻璃的粘度，密度和表面张力数据，并搜索了具有与这些熔体相当的物理特性的无铅磷酸玻璃。

项目成果

S.Fujino, H.Cha Won, K.Morinaga: "Density, surface tension, and viscosity of PbO-B_2O_3-SiO_2 glass melts"Journal of the American Ceramic Society. 87・1. 10-16 (2004)

S.Fujino、H.Cha Won、K.Morinaga：“PbO-B_2O_3-SiO_2 玻璃熔体的密度、表面张力和粘度”美国陶瓷学会杂志 87・1（2004 年）。

S.Toyoda, S.Fujino, K.Morinaga: "Density, surface tension, and viscosity of 50RO-50P_2O_5(R:Mg,Ca,Sr,Ba, and Zn) glass melts"Journal of Non-crystalline Solids. 321・3. 169-174 (2003)

S.Toyoda，S.Fujino，K.Morinaga：“50RO-50P_2O_5（R：Mg，Ca，Sr，Ba和Zn）玻璃熔体的密度，表面张力和粘度”非晶固体杂志321・3. 169-174（2003）