Load-dependent relaxation behaviour of various glass melts with different structural configurations

Abstract

Glass melts are usually treated in literature as thermorheologically simple fluids. The temperature-time equivalence of the relaxation behaviour is described by the WLF equation. This also for silicate melts well-known behaviour will be verified in the present paper with the help of the cylinder-compression method up to 240 Κ above Tg for very different melts. In addition it is shown that the relaxation behaviour is load-dependent above a certain load limit indicating a deviation from the conception of the thermorheological simplicity. The load-dependent relaxation behaviour is investigated for glass melts with very different network structures (chains, cross-linked chains and three-dimensionally connected structures). A clear correlation with structure is demonstrated in that way that the relaxation ability and its load dependence increase with decreasing degree of structural interconnection from a three-dimensionally to a one-dimensionally linked potential network structure. Glasschmelzen werden normalerweise in der Literatur als thermorheologisch einfache Flüssigkeiten behandelt. Die Temperatur-Zeit-Äquivalenz des Relaxationsverhaltens wird mit der WLF-Gleichung beschrieben. Dieses auch für Silicatglasschmelzen bekannte Verhalten wird in der vorliegenden Arbeit mit Hilfe der Zylinderstauchmethode bis 240 Κ oberhalb Tg für sehr unterschiedliche Schmelzen bestätigt. Darüber hinaus wird gezeigt, daß das Relaxationsverhalten von einer bestimmten Belastungsgrenze an belastungsabhängig wird, was eine Abweichung von der Konzeption der thermorheologisch einfachen Flüssigkeiten anzeigt. Das belastungsabhängige Relaxationsverhalten wird an Glasschmelzen mit sehr unterschiedlichen Netzwerkstrukturen (Ketten-, quervernetzten Ketten- und dreidimensional vernetzten Strukturen) untersucht. Eine eindeutige Korrelation zur Struktur besteht derart, daß das Relaxationsvermögen und seine Lastabhängigkeit mit abnehmendem Grad der strukturellen Vernetzung von der drei- zur eindimensional verknüpften potentiellen Netzwerkstruktur zunehmen.