Struktura skla
Fyzikálně-chemické vlastnosti skla nejsou určeny pouze jeho chemickým složením, ale také úzce souvisí s jeho strukturou.Pouze pochopením vnitřního vztahu mezi strukturou, složením, strukturou a výkonem skla může být možné vyrobit skleněné materiály nebo výrobky s předem určenými fyzikálně-chemickými vlastnostmi změnou chemického složení, tepelné historie nebo použitím některých fyzikálních a chemických metod úpravy.
Charakteristika skla
Sklo je větev amorfní pevné látky, což je amorfní materiál s pevnými mechanickými vlastnostmi.Často se nazývá „podchlazená kapalina“.V přírodě existují dva stavy pevné hmoty: dobrý stav a nedobrý stav.Takzvaný neproduktivní stav je stav pevné hmoty získaný různými metodami a charakterizovaný strukturální poruchou.Skelný stav je druh nestandardní pevné látky.Atomy ve skle nemají uspořádané uspořádání na dlouhé vzdálenosti v prostoru jako krystal, ale jsou podobné kapalině a mají uspořádání na krátké vzdálenosti.Sklo si dokáže udržet určitý tvar jako pevné těleso, ale ne jako kapalina proudící vlastní vahou.Sklovité látky mají následující hlavní vlastnosti.
(1) Uspořádání částic izotropního skelného materiálu je nepravidelné a statisticky jednotné.Pokud tedy ve skle nedochází k vnitřnímu pnutí, jsou jeho fyzikální a chemické vlastnosti (jako tvrdost, modul pružnosti, koeficient tepelné roztažnosti, tepelná vodivost, index lomu, vodivost atd.) ve všech směrech stejné.Nicméně, když je ve skle napětí, strukturální jednotnost bude zničena a sklo bude vykazovat anizotropii, jako je zřejmý rozdíl v optické dráze.
(2) Metastabilita
Důvodem, proč je sklo v metastabilním stavu, je to, že sklo se získává rychlým ochlazením taveniny.Díky prudkému nárůstu viskozity během procesu chlazení nemají částice čas na vytvoření pravidelného uspořádání krystalů a vnitřní energie systému není na nejnižší hodnotě, ale v metastabilním stavu;Přestože je sklo ve stavu s vyšší energií, nemůže se spontánně přeměnit na produkt kvůli své vysoké viskozitě při pokojové teplotě;Pouze za určitých vnějších podmínek, to znamená, že musíme překonat potenciální bariéru materiálu ze skelného stavu do krystalického stavu, lze sklo oddělit.Z hlediska termodynamiky je tedy stav skla nestabilní, ale z hlediska kinetiky je stabilní.Ačkoli má tendenci samovolně se uvolňujícího tepla přeměňovat na krystal s nízkou vnitřní energií, pravděpodobnost přeměny do krystalického stavu je při pokojové teplotě velmi malá, takže sklo je v metastabilním stavu.
(3) Žádný pevný bod tání
Přeměna sklovité látky z pevné látky na kapalnou se provádí v určitém teplotním rozmezí (rozsah teplot přeměny), které je odlišné od krystalické látky a nemá pevnou teplotu tání.Když se látka přemění z taveniny na pevnou látku, jedná-li se o proces krystalizace, v systému se vytvoří nové fáze a teplota krystalizace, vlastnosti a mnoho dalších aspektů se náhle změní.
S klesající teplotou se zvyšuje viskozita taveniny a nakonec se vytvoří pevné sklo.Proces tuhnutí je dokončen v širokém teplotním rozsahu a netvoří se žádné nové krystaly.Teplotní rozsah přechodu od taveniny k pevnému sklu závisí na chemickém složení skla, které obecně kolísá v desítkách až stovkách stupňů, takže sklo nemá pevný bod tání, ale pouze rozsah teplot měknutí.V tomto rozsahu sklo postupně přechází z viskoplastického na viskoelastické.Postupná změna této vlastnosti je základem skla s dobrou zpracovatelností.
(4) Kontinuita a vratnost změny vlastnosti
Proces změny vlastností sklovitého materiálu ze stavu tání do pevného stavu je kontinuální a reverzibilní, ve kterém existuje úsek teplotní oblasti, který je plastický, nazývaný „transformační“ nebo „abnormální“ oblast, ve které vlastnosti procházejí zvláštními změnami.
V případě krystalizace se vlastnosti mění, jak ukazuje křivka ABCD, t.Je to bod tání materiálu.Když je sklo formováno podchlazením, proces se mění, jak je znázorněno na křivce abkfe.T je teplota skelného přechodu, t je teplota měknutí skla.Pro oxidové sklo je viskozita odpovídající těmto dvěma hodnotám asi 101 pa · sa 1005 p · s.
Teorie struktury rozbitého skla
„Skleněnou strukturou“ se rozumí geometrická konfigurace iontů nebo atomů v prostoru a struktura, kterou tvoří ve skle.Výzkum struktury skla zhmotnil usilovné úsilí a moudrost mnoha sklářských vědců.První pokus o vysvětlení podstaty skla je g.Tammanova hypotéza podchlazené kapaliny, která tvrdí, že sklo je podchlazená kapalina, Proces tuhnutí skla z taveniny na pevnou látku je pouze fyzikální proces, to znamená, že s poklesem teploty se molekuly skla postupně přibližují v důsledku poklesu kinetické energie a interakční síla se postupně zvyšuje, čímž se zvyšuje stupeň skloviny a nakonec se vytvoří hustá a nepravidelná pevná látka.Mnoho lidí udělalo velký kus práce.Nejvlivnější hypotézy moderní struktury skla jsou: teorie produktu, teorie náhodných sítí, teorie gelu, teorie pětiúhlové symetrie, teorie polymerů a tak dále.Mezi nimi je nejlepší interpretací skla teorie produktu a náhodné sítě.
Krystalová teorie
Randell I předložil krystalovou teorii struktury skla v roce 1930, protože vyzařovací diagram některých skel je podobný jako u krystalů stejného složení.Myslel si, že sklo se skládá z mikrokrystalického a amorfního materiálu.Mikroprodukt má pravidelné atomové uspořádání a zřejmou hranici s amorfním materiálem.Velikost mikroproduktu je 1,0 ~ 1,5 nm a jeho obsah tvoří více než 80 %.Orientace mikrokrystalu je neuspořádaná.Při studiu žíhání silikátového optického skla Lebedev zjistil, že došlo k náhlé změně křivky indexu lomu skla s teplotou 520 ℃.Vysvětlil tento jev jako homogenní změnu „mikrokrystalického“ křemene ve skle při 520 °C.Lebedev věřil, že sklo se skládá z mnoha „krystalů“, které se liší od mikrokrystalických. Přechod z „krystalové“ do amorfní oblasti je dokončen krok za krokem a neexistuje mezi nimi žádná zřejmá hranice.
Čas odeslání: 31. května 2021