氏名:大山 都喜代
論文題目:ケイ酸塩ガラスの動的粘弾性測定
指導教員名:松下 和正
これまでガラスは、そのガラス転移温度(Tg)以下では弾性体であると考えられてきた。しかし、その領域においても流動による微小変形が存在し、現在の光および電子材料分野において、この解析が望まれている。Tg以下の粘弾性測定として、静的測定法と動的測定法がある。前者は一定応力または歪のもと粘性のみを測定するものであり、測定できる温度,粘度範囲が限られている。しかしながら、後者は弾性,粘性成分の短時間同時測定が可能であり、『時間−温度重ね合わせ原理』の応用により広いタイムスケールにわたって解析できる方法である。従来、動的粘弾性測定は高分子材料を対象としており、酸化物ガラスのような高温で測定できる装置がなく、そのため酸化物ガラスの粘弾性は報告されていなかった。しかし、近年、秦らによって一部の酸化物ガラスに適用が可能であることが報告されている。
本研究ではケイ酸塩ガラスにおいても動的測定法を用いて粘弾性を測定し、自由体積理論に基づいてガラス構造と粘性の関係について検討した。
試料にはSiO2−PbO−R2O (R = K, Na)系ガラスを用いた。Tg以上では等温ペネトレーション法を、Tg以下では動的手法を用いて粘度測定を行った。動的粘度測定結果の傾向は高分子および他の酸化物ガラスの実験結果と一致しており、ケイ酸塩ガラスについても動的粘弾性測定の適用が可能であった。動的手法によりTg以下のケイ酸塩ガラスの粘度が測定できた。ケイ酸塩ガラスにおいてもTgにおける平衡粘度ηはおよそ1012 [Pa・s]となり、静的測定法により求められる粘度と一致した。また、Tg以下において温度の低下にともない粘度は緩やかに増加したが、増加の割合はTg以上より小さかった。
自由体積理論に基づく粘度式logη= A + BV0/Vfと密度の逆数である比容を用いて粘度測定結果の解析を行い、ケイ酸塩ガラス固体の粘性においても自由体積理論が適用することができた。得られた定数は組成依存性を示した。本研究では特にV0について検討した。粘性流動に寄与しない占有体積を表すV0はイオン半径と相関があることがわかった。また、ガラスの自由体積はその組成によらずほぼ一定で、全体の約10%であることが分かった�
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