Strukturen til glass
De fysisk-kjemiske egenskapene til glass bestemmes ikke bare av dets kjemiske sammensetning, men også nært knyttet til dets struktur.Bare ved å forstå det indre forholdet mellom strukturen, sammensetningen, strukturen og ytelsen til glass, kan det være mulig å lage glassmaterialer eller -produkter med forhåndsbestemte fysisk-kjemiske egenskaper ved å endre den kjemiske sammensetningen, den termiske historien eller bruke noen fysiske og kjemiske behandlingsmetoder.
Egenskaper til glass
Glass er en gren av amorft fast stoff, som er et amorft materiale med solide mekaniske egenskaper.Det kalles ofte "superkjølt væske".I naturen er det to tilstander av fast materie: god tilstand og ikke god tilstand.Den såkalte ikke-produktive tilstanden er tilstanden til fast materiale oppnådd ved forskjellige metoder og preget av strukturell uorden.Glassaktig tilstand er en slags ikke-standard fast stoff.Atomene i glass har ikke lang rekkevidde ordnet arrangement i rommet som krystall, men de ligner på væske og har kort rekkevidde ordnet arrangement.Glass kan opprettholde en viss form som et fast stoff, men ikke som en væske som strømmer under sin egen vekt.Glassaktige stoffer har følgende hovedegenskaper.
(1) Arrangementet av partikler av isotropisk glassaktig materiale er uregelmessig og statistisk ensartet.Derfor, når det ikke er noen indre spenninger i glasset, er dets fysiske og kjemiske egenskaper (som hardhet, elastisitetsmodul, termisk ekspansjonskoeffisient, termisk ledningsevne, brytningsindeks, ledningsevne, etc.) de samme i alle retninger.Men når det er spenning i glasset, vil den strukturelle ensartetheten bli ødelagt, og glasset vil vise anisotropi, for eksempel åpenbar optisk veiforskjell.
(2) Metastabilitet
Grunnen til at glasset er i metastabil tilstand er at glasset oppnås ved rask avkjøling av smelten.På grunn av den kraftige økningen i viskositeten under kjøleprosessen, har partiklene ikke tid til å danne regelmessig arrangement av krystaller, og den indre energien til systemet er ikke på den laveste verdien, men i metastabil tilstand;Men selv om glasset er i en høyere energitilstand, kan det ikke spontant omdannes til produktet på grunn av dets høye viskositet ved romtemperatur;Bare under visse ytre forhold, det vil si at vi må overvinne den potensielle barrieren av materiale fra glassaktig tilstand til krystallinsk tilstand, kan glasset skilles.Derfor, fra termodynamikkens synspunkt, er glasstilstanden ustabil, men fra kinetikkens synspunkt er den stabil.Selv om det har en tendens til selvfrigjørende varme og transformeres til krystall med lav indre energi, er sannsynligheten for transformasjon til krystalltilstand svært liten ved romtemperatur, så glasset er i metastabil tilstand.
(3) Ikke noe fast smeltepunkt
Transformasjonen av glassaktig substans fra fast til flytende utføres i et visst temperaturområde (transformasjonstemperaturområde), som er forskjellig fra krystallinsk substans og ikke har noe fast smeltepunkt.Når et stoff omdannes fra smelte til fast stoff, hvis det er en krystalliseringsprosess, vil det dannes nye faser i systemet, og krystalliseringstemperaturen, egenskapene og mange andre aspekter vil endre seg brått
Når temperaturen synker, øker viskositeten til smelten, og til slutt dannes det faste glasset.Størkningsprosessen fullføres i et bredt temperaturområde, og ingen nye krystaller dannes.Temperaturområdet for overgangen fra smelte til fast glass avhenger av den kjemiske sammensetningen av glass, som generelt svinger i titalls til hundrevis av grader, så glass har ikke noe fast smeltepunkt, men kun et mykningstemperaturområde.I dette området forvandles glass gradvis fra viskoplastisk til viskoelastisk.Den gradvise endringsprosessen av denne egenskapen er grunnlaget for glass med god bearbeidbarhet.
(4) Kontinuitet og reversibilitet av eiendomsendring
Egenskapsendringsprosessen til glassaktig materiale fra smeltende tilstand til fast tilstand er kontinuerlig og reversibel, der det er en del av temperaturområdet som er plastisk, kalt "transformasjon" eller "unormalt" område, der egenskapene har spesielle endringer.
Ved krystallisering endres egenskapene som vist i kurven ABCD, t.Det er smeltepunktet til materialet.Når glasset dannes ved underkjøling, endres prosessen som vist i abkfe-kurven.T er glassets overgangstemperatur, t er mykningstemperaturen til glasset.For oksidglass er viskositeten tilsvarende disse to verdiene ca. 101pa · s og 1005p · s.
Strukturteori for knust glass
"Glassstruktur" refererer til den geometriske konfigurasjonen av ioner eller atomer i rommet og strukturdannerne de danner i glass.Forskningen på glassstruktur har materialisert den møysommelige innsatsen og visdommen til mange glassforskere.Det første forsøket på å forklare essensen av glass er g.tammans underkjølte væskehypotese, som hevder at glass er underkjølt væske. Prosessen med glass som størkner fra smelte til fast stoff er bare en fysisk prosess, det vil si at med temperaturnedgangen nærmer glassmolekylene seg gradvis på grunn av reduksjonen i kinetisk energi , og interaksjonskraften øker gradvis, noe som gjør at glassgraden øker, og til slutt danner et tett og uregelmessig fast stoff.Mange har gjort mye arbeid.De mest innflytelsesrike hypotesene om moderne glassstruktur er: produktteori, tilfeldig nettverksteori, gelteori, femvinkelsymmetriteori, polymerteori og så videre.Blant dem er den beste tolkningen av glass teorien om produkt og tilfeldig nettverk.
Krystallteori
Randell l la frem krystallteorien om glassstruktur i 1930, fordi strålingsmønsteret til noen glass ligner på krystallene med samme sammensetning.Han mente at glass er sammensatt av mikrokrystallinsk og amorft materiale.Mikroproduktet har vanlig atomarrangement og åpenbar grense med amorft materiale.Mikroproduktstørrelsen er 1,0 ~ 1,5 nm, og innholdet utgjør mer enn 80 %.Orienteringen av mikrokrystallinsk er uordnet.Ved å studere utglødningen av optisk silikatglass fant Lebedev at det var en plutselig endring i kurven til glassbrytningsindeksen med en temperatur på 520 ℃.Han forklarte dette fenomenet som den homogene endringen av kvarts "mikrokrystallinsk" i glass ved 520 ℃.Lebedev mente at glass er sammensatt av mange "krystaller", som er forskjellige fra mikrokrystallinske. Overgangen fra "krystall" til amorf region fullføres trinnvis, og det er ingen åpenbar grense mellom dem.
Innleggstid: 31. mai 2021