Struktura stakla
Fizičko-hemijska svojstva stakla nisu određena samo njegovim hemijskim sastavom, već su i usko povezana sa njegovom strukturom.Samo razumevanjem unutrašnjeg odnosa između strukture, sastava, strukture i performansi stakla, moguće je napraviti staklene materijale ili proizvode sa unapred određenim fizičko-hemijskim svojstvima promenom hemijskog sastava, termičke istorije ili upotrebom nekih fizičkih i hemijskih metoda obrade.
Karakteristike stakla
Staklo je grana amorfne čvrste supstance, koja je amorfni materijal sa čvrstim mehaničkim svojstvima.Često se naziva "prehlađena tečnost".U prirodi postoje dva stanja čvrste materije: dobro i loše.Takozvano neproduktivno stanje je stanje čvrste materije dobivene različitim metodama i karakterizirano strukturnim poremećajem.Staklasto stanje je vrsta nestandardne čvrste materije.Atomi u staklu nemaju uređeni raspored dugog dometa u prostoru poput kristala, ali su slični tečnosti i imaju poredak kratkog dometa.Staklo može zadržati određeni oblik poput čvrste tvari, ali ne kao tekućina koja teče pod vlastitom težinom.Staklene tvari imaju sljedeće glavne karakteristike.
(1) Raspored čestica izotropnog staklastog materijala je nepravilan i statistički ujednačen.Stoga, kada u staklu nema unutrašnjeg naprezanja, njegova fizička i kemijska svojstva (kao što su tvrdoća, modul elastičnosti, koeficijent toplinskog širenja, toplinska provodljivost, indeks prelamanja, provodljivost, itd.) su ista u svim smjerovima.Međutim, kada postoji naprezanje u staklu, strukturna uniformnost će biti uništena, a staklo će pokazati anizotropiju, kao što je očigledna razlika optičkog puta.
(2) Metastabilnost
Razlog zašto je staklo u metastabilnom stanju je taj što se staklo dobija brzim hlađenjem rastaline.Zbog naglog povećanja viskoziteta tokom procesa hlađenja, čestice nemaju vremena da formiraju pravilan raspored kristala, a unutrašnja energija sistema nije na najnižoj vrednosti, već u metastabilnom stanju;Međutim, iako je staklo u stanju više energije, ono se ne može spontano transformirati u proizvod zbog visokog viskoziteta na sobnoj temperaturi;Samo pod određenim vanjskim uvjetima, to jest, moramo savladati potencijalnu barijeru materijala iz staklastog stanja u kristalno stanje, staklo se može odvojiti.Dakle, sa stanovišta termodinamike, stakleno stanje je nestabilno, ali sa stanovišta kinetike stabilno.Iako ima tendenciju samootpuštanja toplote koja se transformiše u kristal sa niskom unutrašnjom energijom, verovatnoća transformacije u kristalno stanje je veoma mala na sobnoj temperaturi, tako da je staklo u metastabilnom stanju.
(3) Nema fiksne tačke topljenja
Transformacija staklaste supstance iz čvrste u tečnost vrši se u određenom temperaturnom opsegu (opseg temperature transformacije), koji se razlikuje od kristalne supstance i nema fiksnu tačku topljenja.Kada se supstanca transformiše iz taline u čvrstu materiju, ako se radi o procesu kristalizacije, u sistemu će se formirati nove faze, a temperatura kristalizacije, svojstva i mnogi drugi aspekti će se naglo promeniti.
Kako temperatura pada, viskoznost taline se povećava i konačno se formira čvrsto staklo.Proces skrućivanja se završava u širokom temperaturnom rasponu i ne stvaraju se novi kristali.Temperaturni raspon prijelaza iz rastopljenog u čvrsto staklo ovisi o hemijskom sastavu stakla, koji općenito varira u desetinama do stotinama stupnjeva, tako da staklo nema fiksnu tačku topljenja, već samo temperaturni raspon omekšavanja.U ovom rasponu staklo se postupno transformira iz viskoplastičnog u viskoelastično.Proces postepenog mijenjanja ove osobine je osnova stakla sa dobrom preradljivošću.
(4) Kontinuitet i reverzibilnost promjene imovine
Proces promjene svojstava staklastog materijala iz stanja topljenja u čvrsto stanje je kontinuiran i reverzibilan, u kojem postoji dio temperaturnog područja koji je plastičan, nazvan "transformacijski" ili "abnormalni" region, u kojem svojstva imaju posebne promjene.
U slučaju kristalizacije, svojstva se mijenjaju kao što je prikazano na krivulji ABCD, t.To je tačka topljenja materijala.Kada se staklo formira superhlađenjem, proces se mijenja kao što je prikazano na abkfe krivulji.T je temperatura prelaska stakla, t je temperatura omekšavanja stakla.Za oksidno staklo, viskozitet koji odgovara ove dvije vrijednosti je oko 101pa·s i 1005p·s.
Teorija strukture razbijenog stakla
„Struktura stakla“ se odnosi na geometrijsku konfiguraciju jona ili atoma u prostoru i strukture koje formiraju u staklu.Istraživanje strukture stakla materijaliziralo je mukotrpne napore i mudrost mnogih naučnika stakla.Prvi pokušaj da se objasni suština stakla je g.tammanova hipoteza o superohlađenoj tekućini, koja tvrdi da je staklo prehlađena tekućina, proces skrućivanja stakla iz taline u kruto stanje je samo fizički proces, odnosno sa smanjenjem temperature molekuli stakla se postepeno približavaju zbog smanjenja kinetičke energije , a sila interakcije se postepeno povećava, zbog čega se stepen stakla povećava i na kraju formira gustu i nepravilnu čvrstu supstancu.Mnogi ljudi su uradili mnogo posla.Najutjecajnije hipoteze moderne strukture stakla su: teorija proizvoda, teorija slučajnih mreža, teorija gela, teorija simetrije pet kutova, teorija polimera i tako dalje.Među njima, najbolja interpretacija stakla je teorija proizvoda i slučajne mreže.
Teorija kristala
Randell je iznio kristalnu teoriju strukture stakla 1930. godine, jer je uzorak zračenja nekih stakla sličan onom kod kristala istog sastava.Smatrao je da se staklo sastoji od mikrokristalnog i amorfnog materijala.Mikroproizvod ima pravilan atomski raspored i očiglednu granicu sa amorfnim materijalom.Veličina mikroproizvoda je 1,0 ~ 1,5 nm, a njegov sadržaj čini više od 80%.Orijentacija mikrokristalnih je poremećena.Proučavajući žarenje silikatnog optičkog stakla, Lebedev je otkrio da je došlo do nagle promjene krivulje indeksa prelamanja stakla s temperaturom na 520 ℃.On je ovu pojavu objasnio kao homogenu promenu „mikrokristalnog“ kvarca u staklu na 520 ℃.Lebedev je vjerovao da se staklo sastoji od brojnih "kristala", koji se razlikuju od mikrokristalnih. Prijelaz iz "kristalnog" u amorfno područje se završava korak po korak, a između njih nema očigledne granice.
Vrijeme objave: 31.05.2021