玻璃制品的热学性能及稳定性优化探析

（1）比热容 玻璃的比热容随温度的变化而变化，在15～100℃的温度范围内，其比热容为0.63～1.05J/（kg·K）。在低于玻璃转变温度和高于软化温度的温度范围内，玻璃比热容几乎变化不大，但在转变温度以上和软化温度以下时，玻璃比热容随温度上升迅速增加，此时玻璃中进行解聚过程，需吸收热量。玻璃性质与温度的关系如图6-1所示。玻璃比热容与化学组成有关。

图6-1 玻璃性质与温度的关系

A—比热容、导热系数及热胀系数 B—粘度(www.xing528.com)

（2）导热系数 是玻璃热性能中的一个基本参数，是影响玻璃稳定性的重要因素。玻璃的导热系数与比热容成正比。通常玻璃的导热性能较差，在100℃以下时其导热系数为0.4～0.82W/（m·K），仅为钢的1/400，所以一般玻璃不耐温度急剧变化。但玻璃的导热性随温度升高而增大，当温度加热到转变温度时，玻璃的热导率可增加一倍，见图6-1。其次还与玻璃颜色和化学组成有关。对于密度相同的不同玻璃，它们的导热性相差不多。

（3）热胀系数 玻璃热胀系数决定于化学组成和纯度，在T_g以下，膨胀系数几乎与温度无关，主要决定于玻璃中化学键的强度，键强高则膨胀系数小。对于氧化物玻璃而言，键强主要决定于阳离子的电场强度，网络形成离子Si⁴⁺具有很高的场强，因此石英玻璃的膨胀系数很小。在普通玻璃中因引入R₂O和RO，网络开裂。形成Si-O-R-Si三键，其中R-O键远弱于Si-O，因此，普通玻璃膨胀系数较石英玻璃为大。如在普通玻璃组分中引入Al₂O₃，适量时起补网作用会使膨胀系数下降，或引入B₂O₃，适量时由于形成［BO₂］^n-_n网络结构，而使膨胀系数下降。在T_g以上，膨胀系数增大，直到T_f点为止。一般条件下，玻璃的热胀系数较小，通常在5.8×10^-7～150×10^-7/℃之间。玻璃的纯度越高，其膨胀系数越小。

（4）热稳定性 玻璃热稳定性是一系列性质（热胀系数、弹性模量、导热系数、密度、抗拉强度等）的综合表现。它决定了玻璃在温度急剧变化时抵抗破裂的能力。玻璃热胀系数是决定其热稳定性的重要因素，膨胀系数越小，热稳定性越好。其次与热导率的平方成正比。由于玻璃的导热性较差，而弹性模量值很高、抗拉强度较低，当温度急变时内部产生温度变形，很容易由于热应力值而导致玻璃破裂。凡玻璃制品越厚、体积越大，热稳定性也越差。由于制品的热胀冷缩，其内部会产生压、拉应力，所以玻璃制品抵抗温度急剧上升的热稳定性比急剧下降时为大。玻璃常含有游离的SiO₂，具有残余膨胀的性质，会影响制品的热稳定性。因此须用热处理的方法加以消除，以提高制品的热稳定性。