Load-dependent flow behaviour of silicate glass melts

Abstract

Starting from the basic experiments first of all the statements of the cylinder compression method will be regarded from which information will be obtained about flow behaviour, relaxation modulus and hot-fracture strength as important criteria for the workability of high-viscosity glass melts. On the basis of calibration measurements it is shown that viscosities can be determined from 1 · 10^14 to 2 · 10^5 Pa s due to the given limits of the apparatus. For the standard glass I of the Deutsche Glastechnische Gesellschaft and for a commercial float glass the purely rheological decrease of viscosity (non-Newtonian or structural viscosity) of earlier investigations could be confirmed, the investigated viscosity range could be essentially enlarged and a clear separation could be made from thermally dependent viscosity decrease by dissipation energy. The effect of non-Newtonian flow behaviour increases clearly with temperature at equal axial stresses and shows a non-monotonous course in the range 10^9 to 10^7 Pa s. An interpretation of these observations is given in connection with a load-dependent alteration of the structure of the glass melt and the non-monotonous course is thought to be connected with crystal nucleation processes. Von den experimentellen Grundlagen ausgehend werden zunächst die Aussagen der Zylinderstauchversuche betrachtet, mit denen Informationen über das Fließverhalten, den Relaxationsmodul und die Heißrißfestigkeit als wesentliche Kriterien für die Verarbeitbarkeit hochviskoser Glasschmelzen gewonnen werden können. An Hand von Kalibrierungsmessungen wird gezeigt, daß durch apparatebedingte Grenzen Viskositäten zwischen 1 · 10^14 und 2 · 10^5 Pa s bestimmt werden können. Für das Standardglas I der DGG und ein industrielles Floatglas konnte die rein rheologisch bedingte Viskositätserniedrigung früherer Untersuchungen bestätigt, der untersuchte Viskositätsbereich wesentlich erweitert und eine klare Separation von der thermisch bedingten Viskositätserniedrigung vorgenommen werden. Der Effekt des nicht-Newtonschen Fließverhaltens nimmt bei gleichen axialen Druckspannungen zu hohen Temperaturen hin deutlich zu und weist im Bereich 10^9 bis 10^7' Pa s einen nicht-monotonen Verlauf auf. Eine Deutung dieser Beobachtungen ist in einer belastungsabhängigen Strukturveränderung zu suchen, wobei der nicht-monotone Verlauf möglicherweise durch Keimbildungsvorgänge verursacht wird.