Propriétés physiques du verre

Viscosité

La viscosité est l'un des paramètres les plus importants pour un traitement optimisé du verre. Par conséquent, il est important de connaître la relation de température de viscosité d'un verre. La mesure de la viscosité est simple: une force est appliquée sur l'échantillon de verre, le gradient de vitesse résultant est mesuré et la viscosité est calculée.

Plusieurs viscosités spécifiques ont été désignées comme points de référence pour une utilisation pratique courante.

Une masse fondue homogène peut être obtenue au point de fusion, où la viscosité est égale à 2.0 dPas. Le point de travail est la viscosité à laquelle une masse fondue est délivrée à un dispositif de formage, typiquement autour de 4.0 dPas. Le point de ramollissement est la viscosité minimale qui peut empêcher le verre de se déformer sous son propre poids sur une échelle de temps de travail du verre typique, qui correspond à 7.6 dPas. La plage de température entre le point de travail et le point de ramollissement est définie comme la plage de travail. Une fois le verre formé, les contraintes internes qui résultent du processus de formation du verre doivent être libérées par recuit. Le point de recuit (13.0 dPas) est défini comme la température à laquelle la contrainte est sensiblement soulagée en quelques minutes, tandis qu'au point de déformation (14.5 dPas), la libération de contrainte est obtenue en quelques heures.

Une courbe de température de viscosité typique pour un verre sodocalcique, contenant les points de viscosité caractéristiques, est représentée sur la figure ci-dessus.

En pratique, aucune méthode analytique unique n'est capable de mesurer la gamme complète des viscosités et / ou toute la gamme de températures. Pour couvrir entièrement cette gamme, trois méthodes sont disponibles (comme illustré ci-dessous):

• La méthode d'allongement des fibres est utilisée pour la plage de viscosité élevée. La vitesse d'allongement d'une fibre est déterminée à différentes températures et en utilisant différents poids. La viscosité est calculée à partir de la vitesse d'allongement.
• La méthode de flexion du faisceau s'est avérée très utile pour mesurer les viscosités des verres de quartz dans la région médiane. La vitesse de flexion d'une poutre est déterminée à différentes températures et en utilisant différents poids. La viscosité est calculée à partir de la vitesse de pliage.
• Une méthode de rotation est appliquée pour la plage de faible viscosité. La contrainte de cisaillement et le taux de cisaillement d'un bob en rotation immergé dans une coupe remplie de verre sont mesurés à différentes températures. La viscosité est calculée à partir de la contrainte de cisaillement et du taux de cisaillement.

La précision est meilleure que 2 ° C et la précision est réglée à l'aide de matériaux de référence appropriés. Pour obtenir des résultats précis et précis, les gradients de température dans l'échantillon sont maintenus aussi bas que possible.

Comportement et contrainte de dilatation thermique

Les pièces en verre doivent souvent être assemblées avec d'autres verres ou même des matériaux complètement différents (par exemple des métaux ou des céramiques) pour former le produit final. Il est très important que le comportement de dilatation thermique des matériaux impliqués soit bien adapté. Les coefficients de dilatation thermique peuvent être mesurés avec précision à l'aide d'un double dilatomètre différentiel à quartz. Ce montage expérimental mesure l'allongement d'un échantillon en fonction de la température. Un exemple du coefficient de dilatation résultant en fonction de la température est illustré dans la figure ci-dessous.

De plus, la contrainte dans le verre peut être mesurée en utilisant la méthode dite de la dalle de contrainte. L'échantillon d'intérêt et un verre standard sont scellés ensemble et refroidis dans un four, en utilisant un programme de température prédéfini. Une différence de dilatation thermique entre les deux verres produira une contrainte dans la région du joint. La contrainte peut être quantifiée en mesurant un effet de biréfringence optique avec un microscope à polarisation.

Résistance électrique

Dans certaines applications, la résistance électrique spécifique du verre en dessous de la température de transformation est importante. Dans les applications haute tension, par exemple, une résistivité électrique élevée est requise pour des courants de fuite faibles. Un exemple de résistance spécifique (ρ) en fonction de la température est présenté sur la figure. Des résistances spécifiques peuvent être mesurées dans la plage de 105 à 1012 Ωcm avec une précision et une précision élevées.

Propriétés optiques

Dans de nombreuses applications, les propriétés optiques du verre sont importantes. Les propriétés de transmission et de réflexion du verre et des produits finis peuvent être mesurées sur toute la région de longueur d'onde UV / VIS / NIR / IR (175 nm - 16000 nm). Un exemple de transmission de la lumière en fonction de la longueur d'onde est présenté ci-dessous.

Les mesures de transmission peuvent être utilisées pour déterminer le Fe²⁺/ Fe³⁺ rapport dans le verre et la concentration en eau (β-OH) dans le verre de quartz.