kan06607

馬場　勇介

自由体積理論に基づいた混合アルカリケイ酸塩ガラスの粘性流動機構

松下和正

近年、開発・製造されているニューガラスには、高機能性、高均質性など高い品質レベルが求められている。またハードディスクなどの光学材料としてのガラスは僅かな粘性変形が大きな品質の劣化を及ぼす。これらの議題を解決するためには①溶融冷却法における製造プロセス（製造技術）の最適化、②ガラスの微小変形の解析が必要となる。よって、ガラスの広い温度範囲における粘性流動機構の解析は非常に重要な意味を持つ。
これまで、ソーダライムケイ酸塩ガラス、リン酸塩ガラスにおける粘性流動機構を自由体積理論に基づいて考察し、適用が可能であることを明らかにした。本研究では、混合アルカリケイ酸塩ガラスを試料として、広い温度範囲において密度・粘度を測定し、自由体積理論に基づいて粘度と体積の関係を考察し、混合アルカリ効果の影響を研究することを目的とした。
測定試料は、xLi2O-(1-x)Na2O-2SiO2(x=0,0.25,0.4,0.5,0.6,0.75,1)の混合アルカリケイ酸塩ガラスを用いた。
室温から高温融液までの密度は、分子量の大きい組成ほど増加した。また粘度は混合アルカリガラスにおいて広い温度範囲において低くなり、混合アルカリ効果の影響を観察した。
粘度の温度依存性を広い温度範囲で示すことのできるFulcherの式（logη=A+B/(T-T0)）おけるフィッティングの結果、ガラス転移温度Tg以下では粘度は無限大に近づき、測定値とは大きくずれた。しかし、粘度を体積のみの関数で示すDoolittle式（logη=A+BV0/Vf）では、広い温度範囲においてよく対応した。従って、混合アルカリケイ酸塩ガラスにおいても、広い温度範囲において自由体積理論に適用できることが分かった。
　自由体積理論の式（Doolittle式）における定数V0、Bはそれぞれ、イオン半径から計算した原子の占有体積及びガラス中の化学結合強度と関係があることがこれまでの研究で明らかにされている。混合アルカリケイ酸塩ガラスでは、定数V0においてはこれまで解析したガラスと同様によい相関関係が得られた。定数Bはばらつきが見られた。しかし、定数Bに関しては混合アルカリ効果特有の電気伝導率変化のような傾向は見られなかった。よって自由体積理論が示す定数V0、Bには混合アルカリ効果の影響は見られず、粘性流動に起因する構造変化にはイオンの移動には関係がないことがわかった。

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