Conhecimento básico de vidro

A estrutura do vidro

As propriedades físico-químicas do vidro não são determinadas apenas pela sua composição química, mas também estão intimamente relacionadas com a sua estrutura.Somente compreendendo a relação interna entre a estrutura, composição, estrutura e desempenho do vidro, será possível fabricar materiais ou produtos de vidro com propriedades físico-químicas predeterminadas, alterando a composição química, a história térmica ou utilizando alguns métodos de tratamento físico e químico.

Características do vidro

O vidro é um ramo do sólido amorfo, que é um material amorfo com propriedades mecânicas sólidas.Muitas vezes é chamado de “líquido super-resfriado”.Na natureza, existem dois estados da matéria sólida: estado bom e estado não bom.O chamado estado improdutivo é o estado da matéria sólida obtido por diferentes métodos e caracterizado por desordem estrutural.O estado vítreo é um tipo de sólido não padronizado.Os átomos do vidro não possuem um arranjo ordenado de longo alcance no espaço como o cristal, mas são semelhantes aos líquidos e possuem um arranjo ordenado de curto alcance.O vidro pode manter uma certa forma como um sólido, mas não como um líquido fluindo sob seu próprio peso.As substâncias vítreas têm as seguintes características principais.

(1) O arranjo das partículas de material vítreo isotrópico é irregular e estatisticamente uniforme.Portanto, quando não há tensão interna no vidro, suas propriedades físicas e químicas (como dureza, módulo de elasticidade, coeficiente de expansão térmica, condutividade térmica, índice de refração, condutividade, etc.) são as mesmas em todas as direções.Porém, quando há tensão no vidro, a uniformidade estrutural será destruída e o vidro apresentará anisotropia, como uma diferença óbvia no caminho óptico.

(2) Metaestabilidade

A razão pela qual o vidro está em estado metaestável é que o vidro é obtido pelo rápido resfriamento do fundido.Devido ao aumento acentuado da viscosidade durante o processo de resfriamento, as partículas não têm tempo para formar um arranjo regular de cristais, e a energia interna do sistema não está no valor mais baixo, mas em estado metaestável;Porém, embora o vidro esteja em um estado de maior energia, ele não pode se transformar espontaneamente no produto devido à sua alta viscosidade à temperatura ambiente;Somente sob certas condições externas, ou seja, devemos superar a barreira potencial do material do estado vítreo ao estado cristalino, o vidro pode ser separado.Portanto, do ponto de vista da termodinâmica, o estado do vidro é instável, mas do ponto de vista da cinética é estável.Embora tenha a tendência de se autoliberar calor transformando-se em cristal com baixa energia interna, a probabilidade de se transformar em estado cristalino é muito pequena à temperatura ambiente, portanto o vidro está em estado metaestável.

(3) Sem ponto de fusão fixo

A transformação da substância vítrea de sólida em líquida é realizada em uma determinada faixa de temperatura (faixa de temperatura de transformação), que é diferente da substância cristalina e não possui ponto de fusão fixo.Quando uma substância é transformada de fundida em sólida, se for um processo de cristalização, novas fases serão formadas no sistema, e a temperatura de cristalização, propriedades e muitos outros aspectos mudarão abruptamente

À medida que a temperatura diminui, a viscosidade do fundido aumenta e, finalmente, o vidro sólido é formado.O processo de solidificação é concluído em uma ampla faixa de temperatura e nenhum novo cristal é formado.A faixa de temperatura de transição do vidro fundido para o vidro sólido depende da composição química do vidro, que geralmente varia de dezenas a centenas de graus, de modo que o vidro não tem ponto de fusão fixo, mas apenas uma faixa de temperatura de amolecimento.Nesta faixa, o vidro transforma-se gradualmente de viscoplástico em viscoelástico.O processo gradual de mudança desta propriedade é a base de um vidro com boa processabilidade.

(4) Continuidade e reversibilidade da mudança de propriedade

O processo de mudança de propriedades do material vítreo do estado fundido para o estado sólido é contínuo e reversível, no qual existe uma seção da região de temperatura que é plástica, denominada região de “transformação” ou “anormal”, na qual as propriedades apresentam alterações especiais.

No caso da cristalização, as propriedades mudam conforme mostrado na curva ABCD, t.É o ponto de fusão do material.Quando o vidro é formado por super-resfriamento, o processo muda conforme mostrado na curva abkfe.T é a temperatura de transição vítrea, t é a temperatura de amolecimento do vidro.Para o vidro óxido, a viscosidade correspondente a esses dois valores é de cerca de 101pa · se 1005p · s.

Teoria da estrutura do vidro quebrado

“Estrutura do vidro” refere-se à configuração geométrica dos íons ou átomos no espaço e aos formadores de estrutura que eles formam no vidro.A pesquisa sobre a estrutura do vidro materializou os esforços meticulosos e a sabedoria de muitos cientistas do vidro.A primeira tentativa de explicar a essência do vidro é g.hipótese do líquido super-resfriado de Tamman, que sustenta que o vidro é um líquido super-resfriado. O processo de solidificação do vidro do fundido ao sólido é apenas um processo físico, ou seja, com a diminuição da temperatura, as moléculas do vidro se aproximam gradativamente devido à diminuição da energia cinética , e a força de interação aumenta gradualmente, o que faz com que o grau de vidro aumente e, finalmente, forme uma substância sólida densa e irregular.Muitas pessoas trabalharam muito.As hipóteses mais influentes da estrutura moderna do vidro são: teoria do produto, teoria das redes aleatórias, teoria do gel, teoria da simetria de cinco ângulos, teoria dos polímeros e assim por diante.Entre eles, a melhor interpretação do vidro é a teoria do produto e da rede aleatória.

Teoria do cristal

Randell apresentou a teoria cristalina da estrutura do vidro em 1930, porque o padrão de radiação de alguns vidros é semelhante ao dos cristais da mesma composição.Ele pensava que o vidro era composto de material microcristalino e amorfo.O microproduto possui arranjo atômico regular e limite óbvio com material amorfo.O tamanho do microproduto é de 1,0 ~ 1,5 nm e seu conteúdo é responsável por mais de 80%.A orientação do microcristalino está desordenada.Ao estudar o recozimento do vidro óptico de silicato, Lebedev descobriu que houve uma mudança repentina na curva do índice de refração do vidro com temperatura de 520 ℃.Ele explicou esse fenômeno como a mudança homogênea do quartzo “microcristalino” no vidro a 520 ℃.Lebedev acreditava que o vidro é composto de numerosos “cristais”, que são diferentes dos microcristalinos. A transição da região “cristal” para a região amorfa é concluída passo a passo, e não há limite óbvio entre eles.