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Abstract

Suspensionnen von Festphasenteilchen in Glasschmelzen verändern deren Fließverhalten und damit deren Viskosität. Die vorliegende Arbeit behandelt die Abhängigkeit der effektiven Viskosität (ηeff) isotroper Suspensionnen von der Konzentration der Festphansenteilchen. Unabhängig von deren Form liegen die effektiven Viskositäten zwischen oberen und unteren Grenzwerten, deren Konzentrationsabhängigkeit durch Näherungslösungen gegeben ist:

  • obere Grenzwertgleichung: ηeff = ηL (1 − CD)−14

  • untere Grenzwertgleichung: ηeff = ηL (1 − CD)−3

L = Viskosität der Schmelze; CD = Volumenanteil der Festphasenteilchen). Für die effektive Viskosität von Suspensionen mit sphärischen Festphasenteilchen gilt die untere Grenzwertgleichung.

Poren in Sintergläsern verändern ebenfalls deren Fließ- und damit Sinter-, Umform- und Kriechverhalten. Die effektive Viskosität poröser Gläser (ηP) als Konzentrationsfunktion ist gegeben durch die Näherungslösungen:

  • obere Grenzwertgleichung: ηP = ηM (1 − P)1.04

  • untere Grenzwertgleichung: ηP = ηM (1 − P)14

M = Viskosität des porenfreien Glases; P = Porosität).

IM Falle sphärischer Porosität gilt die Viskositätsgleichung

  • equation image

Gemessene Werte der Viskosität diverser Suspensionen sowie von Na2O-SiO2-Schmelzen mit dispergierten festen SiO2-Teilchen und Na2O-GeO2-Schmelzen mit dispergierten GeO2-Teilchen werden ebenso mit berechneten Werten verglichen wie die experimentellen Werte der Viskosität von porösen Sintergläsern mit den entsprechenden theoretischen. In allen Fällen wurde hinreichende, vielfach beste Übereinstimmung festgestellt. Die Gleichungen liefern praxisrelevante, verläßliche Aussagen sowohl für Suspensionen wie für poröse Sintergläser.

Qn the viscosity of glass melts and porous sintered glasses

Suspensions of solid phase particles in molten glasses modify their flow behavior and therefore their viscosity. This work deals with the dependence of the effective viscosity (ηeff) of isotropic suspensions on the concentration of the solid phase particles. Independently of the shape of the inclusions the values of the effective viscosities lie between upper [ηeff = ηL (1 − CD)−14 ]and lower bounds [ηeff = ηL (1 − CD)−3], where ηL is the viscosity of the molten glass and CD is the volume fraction of solid inclusions. The lower bound is also valid for the effective viscosity of suspensions containing spherical inclusions.

Pores present in a glass matrix affect its flow behavior and consequently its creep and sintering behavior. The effective viscosity of porous glasses (ηP) as a function of the volume fraction of pores, or porosity (P), also varies between and upper [ηP = ηM (1 − P)1.04] and a lower bound [ηP = ηM (1 − P)14], where ηM is the viscosity of the nonporous glass matrix. For spherical porosity the equation is:

  • equation image

Measured values for the viscosity of different suspensions as reported in the literature as well as own experimental data on two glass-solid systems are compared with the theoretical values predicted by these equations. In a similar way literature data for the viscosity of porous sintered glasses are compared with the respective equations. In all cases a fair agreement between experiment and theory was found in some cases the agreement was excellent. Therefore the presented equations constitute a reliable approach for the prediction of the viscosity of suspensions and porous sintered glasses and since they do not contain fitting parameters, they are of substantial practical relevance (for a comprehensive english treatment of the matter compare Glastechnische Berichte, Proc. Otto-Schott-Colloquium 1994).