Struktur kaca
Sifat fisikokimia kaca tidak hanya ditentukan oleh komposisi kimianya, tetapi juga berkaitan erat dengan strukturnya.Hanya dengan memahami hubungan internal antara struktur, komposisi, struktur, dan kinerja kaca, bahan atau produk kaca dapat dibuat dengan sifat fisikokimia yang telah ditentukan dengan mengubah komposisi kimia, riwayat termal, atau menggunakan beberapa metode pengolahan fisik dan kimia.
Karakteristik kaca
Kaca merupakan salah satu cabang dari padatan amorf, yaitu suatu bahan amorf yang mempunyai sifat mekanik padatan.Ini sering disebut “cairan superdingin”.Di alam, ada dua keadaan benda padat: keadaan baik dan keadaan tidak baik.Yang disebut keadaan non-produktif adalah keadaan materi padat yang diperoleh dengan metode berbeda dan ditandai dengan kelainan struktural.Keadaan kaca adalah sejenis padatan non-standar.Atom-atom dalam kaca tidak mempunyai susunan terurut jangka panjang dalam ruang seperti kristal, tetapi atom-atom tersebut mirip dengan cairan dan mempunyai susunan terurut jangka pendek.Kaca dapat mempertahankan bentuk tertentu seperti benda padat, tetapi tidak seperti cairan yang mengalir karena beratnya sendiri.Zat kaca mempunyai ciri-ciri utama sebagai berikut.
(1) Susunan partikel bahan kaca isotropik tidak beraturan dan seragam secara statistik.Oleh karena itu, ketika tidak ada tegangan internal pada kaca, sifat fisik dan kimianya (seperti kekerasan, modulus elastisitas, koefisien muai panas, konduktivitas termal, indeks bias, konduktivitas, dll.) adalah sama ke segala arah.Namun, bila ada tekanan pada kaca, keseragaman struktur akan rusak, dan kaca akan menunjukkan anisotropi, seperti perbedaan jalur optik yang jelas.
(2) Metastabilitas
Alasan mengapa kaca berada dalam keadaan metastabil adalah karena kaca diperoleh dengan pendinginan lelehan yang cepat.Karena peningkatan tajam viskositas selama proses pendinginan, partikel tidak memiliki waktu untuk membentuk susunan kristal yang teratur, dan energi internal sistem tidak berada pada nilai terendah, tetapi dalam keadaan metastabil;Namun, meskipun kaca memiliki tingkat energi yang lebih tinggi, kaca tidak dapat berubah secara spontan menjadi produk karena viskositasnya yang tinggi pada suhu kamar;Hanya dalam kondisi eksternal tertentu, yaitu, kita harus mengatasi penghalang potensial material dari keadaan seperti kaca ke keadaan kristal, barulah kaca dapat dipisahkan.Oleh karena itu, dari sudut pandang termodinamika, keadaan kaca tidak stabil, tetapi dari sudut pandang kinetika, stabil.Meskipun memiliki kecenderungan melepaskan panas dengan sendirinya dan berubah menjadi kristal dengan energi internal yang rendah, kemungkinan berubah menjadi kristal sangat kecil pada suhu kamar, sehingga kaca berada dalam keadaan metastabil.
(3) Tidak ada titik leleh tetap
Transformasi zat kaca dari padat menjadi cair terjadi pada kisaran suhu tertentu (rentang suhu transformasi), berbeda dengan zat kristal dan tidak memiliki titik leleh tetap.Ketika suatu zat diubah dari lelehan menjadi padat, jika itu adalah proses kristalisasi, fase baru akan terbentuk dalam sistem, dan suhu kristalisasi, sifat, dan banyak aspek lainnya akan berubah secara tiba-tiba.
Ketika suhu menurun, viskositas lelehan meningkat, dan akhirnya kaca padat terbentuk.Proses pemadatan selesai dalam rentang suhu yang luas, dan tidak ada kristal baru yang terbentuk.Kisaran suhu peralihan dari kaca leleh ke kaca padat bergantung pada komposisi kimia kaca, yang umumnya berfluktuasi dalam puluhan hingga ratusan derajat, sehingga kaca tidak memiliki titik leleh tetap, tetapi hanya kisaran suhu pelunakan.Dalam kisaran ini, kaca secara bertahap berubah dari viskoplastik menjadi viskoelastik.Proses perubahan bertahap dari sifat ini adalah dasar dari kaca dengan kemampuan proses yang baik.
(4) Kontinuitas dan reversibilitas perubahan properti
Proses perubahan sifat bahan kaca dari keadaan leleh ke keadaan padat bersifat kontinyu dan reversibel, dimana terdapat bagian daerah suhu yang bersifat plastis, disebut daerah “transformasi” atau “abnormal”, yang sifat-sifatnya mengalami perubahan khusus.
Dalam kasus kristalisasi, sifat berubah seperti yang ditunjukkan pada kurva ABCD, t.Ini adalah titik leleh material.Ketika kaca terbentuk melalui pendinginan super, prosesnya berubah seperti yang ditunjukkan pada kurva abkfe.T adalah suhu transisi gelas, t adalah suhu pelunakan kaca.Untuk kaca oksida, viskositas yang sesuai dengan kedua nilai ini adalah sekitar 101pa · s dan 1005p · s.
Teori struktur pecahan kaca
“Struktur kaca” mengacu pada konfigurasi geometris ion atau atom di ruang angkasa dan struktur pembentuknya di dalam kaca.Penelitian tentang struktur kaca telah mewujudkan upaya telaten dan kebijaksanaan banyak ilmuwan kaca.Upaya pertama untuk menjelaskan hakikat kaca adalah g.hipotesis cairan superdingin tamman, yang menyatakan bahwa kaca adalah cairan yang sangat dingin, Proses pemadatan kaca dari lelehan menjadi padat hanyalah proses fisika, yaitu dengan turunnya suhu, molekul-molekul kaca berangsur-angsur mendekat karena berkurangnya energi kinetik. , dan gaya interaksi berangsur-angsur meningkat, yang menyebabkan derajat kaca meningkat, dan akhirnya membentuk zat padat yang padat dan tidak beraturan.Banyak orang telah melakukan banyak pekerjaan.Hipotesis yang paling berpengaruh dalam struktur kaca modern adalah: teori produk, teori jaringan acak, teori gel, teori simetri lima sudut, teori polimer, dan sebagainya.Diantaranya, interpretasi terbaik tentang kaca adalah teori produk dan jaringan acak.
Teori kristal
Randell l mengemukakan teori kristal struktur kaca pada tahun 1930, karena pola radiasi beberapa gelas mirip dengan kristal dengan komposisi yang sama.Ia berpendapat bahwa kaca tersusun dari bahan mikrokristalin dan amorf.Produk mikro memiliki susunan atom yang teratur dan batas yang jelas dengan bahan amorf.Ukuran produk mikro adalah 1,0 ~ 1,5nm, dan kontennya mencapai lebih dari 80%.Orientasi mikrokristalin tidak teratur.Dalam mempelajari anil kaca optik silikat, Lebedev menemukan adanya perubahan mendadak pada kurva indeks bias kaca dengan suhu 520 ℃.Dia menjelaskan fenomena ini sebagai perubahan homogen “mikrokristalin” kuarsa dalam kaca pada 520 ℃.Lebedev percaya bahwa kaca terdiri dari banyak “kristal”, yang berbeda dari mikrokristalin. Transisi dari “kristal” ke daerah amorf diselesaikan selangkah demi selangkah, dan tidak ada batas yang jelas di antara keduanya.
Waktu posting: 31 Mei-2021