齊藤　義啓

高温アルカリケイ酸塩ガラス融液の粘度測定と粘度−温度関係式の検討

松下　和正


　現在、光学材料や電子機器などの最先端技術分野において高性能なニューガラスが広く用いられている。このような分野のガラスには泡やひずみなどを含まない高い均質性、品質性が求められている。さらに近年、環境への負荷を考慮し、エネルギー消費量の抑制、二酸化炭素排出量の削減などのガラス製造における高度化、効率化が望まれている。そのためガラス製造工程において重要となる高温融液状態でのガラスの諸物性の正確な把握が求められている。またガラス融液の粘度−温度特性を表す式としてAndradeの式やVogel−Fulcher−Tammanの式（VFT式）などが知られているが適用温度範囲が限られるなどの問題点があるため新たな粘度の温度依存性を表す式の検討が行なわれている。そこで本研究では溶融状態における重要な制御因子の１つである粘度に着目し、広範囲の温度における粘度の温度依存性、組成依存性について考察するため様々な組成のアルカリケイ酸塩ガラスの粘度を測定した。そして広い温度範囲での粘度−温度関係式について検討した。

　測定試料にはガラスメーカーからの測定依頼サンプルと典型的なガラス生成系であるLi2O−SiO2系、Na2O−SiO2系、K2O−SiO2系、Na2O−CaO−SiO2系のアルカリケイ酸塩ガラスのそれぞれ組成を変化させたものを用いた。粘度測定法として800℃から1500℃の高温低粘度域の測定は白金球等速移動法、ガラス転移温度付近の低温高粘度域の測定には等温ペネトレーション法を用いて測定を行なった。

　測定はlogη＝−1〜11（Pa・s）の範囲で行なうことができ、誤差は最大で�冤ogη＝0.１（Pa・s）程度であった。測定結果からガラスの粘度に及ぼすアルカリ金属、アルカリ土類金属酸化物の影響は様々であり、酸化物中の網目修飾イオンのイオン半径、単結合強度により粘度は大きく変化することがわかった。次に、粘度の温度依存性を表す関係式について検討したところ、Andradeの式やVFT式では測定したガラスの粘度変化を十分に表現することができなかった。そして、新たにガラス融液の構造変化を考慮し、VFT式に熱膨張係数の項を加えた粘度式（logη＝A+B／(T-To) +Cβ／Ｔ）で近似を行なったところ、従来の粘度式よりも実験値と良い一致が得られた。また式の定数から融液構造の変化を推測できることが分かった。