Štruktúra skla
Fyzikálno-chemické vlastnosti skla nie sú určené len jeho chemickým zložením, ale úzko súvisia aj s jeho štruktúrou.Len ak pochopíme vnútorný vzťah medzi štruktúrou, zložením, štruktúrou a úžitkovými vlastnosťami skla, je možné vyrobiť sklenené materiály alebo výrobky s vopred určenými fyzikálno-chemickými vlastnosťami zmenou chemického zloženia, tepelnej histórie alebo použitím niektorých fyzikálnych a chemických metód úpravy.
Charakteristika skla
Sklo je vetva amorfnej pevnej látky, čo je amorfný materiál s pevnými mechanickými vlastnosťami.Často sa nazýva „podchladená kvapalina“.V prírode existujú dva stavy pevnej hmoty: dobrý stav a nekvalitný stav.Takzvaný neproduktívny stav je stav tuhej hmoty získaný rôznymi metódami a charakterizovaný štruktúrnou poruchou.Sklovitý stav je druh neštandardnej pevnej látky.Atómy v skle nemajú usporiadané v priestore na veľké vzdialenosti ako kryštál, ale sú podobné kvapaline a majú usporiadané usporiadanie na krátke vzdialenosti.Sklo si dokáže zachovať určitý tvar ako pevné teleso, ale nie ako kvapalina tečúca vlastnou váhou.Sklovité látky majú nasledujúce hlavné charakteristiky.
(1) Usporiadanie častíc izotropného sklovitého materiálu je nepravidelné a štatisticky rovnomerné.Ak teda v skle nedochádza k vnútornému pnutiu, jeho fyzikálne a chemické vlastnosti (ako tvrdosť, modul pružnosti, koeficient tepelnej rozťažnosti, tepelná vodivosť, index lomu, vodivosť atď.) sú vo všetkých smeroch rovnaké.Ak je však v skle napätie, štrukturálna jednotnosť sa zničí a sklo bude vykazovať anizotropiu, ako je zjavný rozdiel v optickej dráhe.
(2) Metastabilita
Dôvodom, prečo je sklo v metastabilnom stave, je to, že sklo sa získava rýchlym ochladením taveniny.V dôsledku prudkého nárastu viskozity počas procesu chladenia nemajú častice čas na vytvorenie pravidelného usporiadania kryštálov a vnútorná energia systému nie je na najnižšej hodnote, ale v metastabilnom stave;Hoci je sklo vo vysokoenergetickom stave, nemôže sa spontánne premeniť na produkt kvôli svojej vysokej viskozite pri izbovej teplote;Len za určitých vonkajších podmienok, to znamená, že musíme prekonať potenciálnu bariéru materiálu zo sklovitého stavu do kryštalického, môže byť sklo oddelené.Preto je z hľadiska termodynamiky stav skla nestabilný, ale z hľadiska kinetiky je stabilný.Hoci má tendenciu samovoľne sa uvoľňujúceho tepla premieňať na kryštál s nízkou vnútornou energiou, pravdepodobnosť premeny do kryštálového stavu je pri izbovej teplote veľmi malá, takže sklo je v metastabilnom stave.
(3) Žiadna pevná teplota topenia
Transformácia sklovitej látky z pevnej látky na kvapalinu sa uskutočňuje v určitom teplotnom rozsahu (rozsah teplôt transformácie), ktorý je odlišný od kryštalickej látky a nemá pevný bod topenia.Keď sa látka transformuje z taveniny na pevnú látku, ak ide o kryštalizačný proces, v systéme sa vytvoria nové fázy a teplota kryštalizácie, vlastnosti a mnohé ďalšie aspekty sa náhle zmenia.
So znižovaním teploty sa zvyšuje viskozita taveniny a nakoniec sa vytvorí pevné sklo.Proces tuhnutia je dokončený v širokom rozsahu teplôt a nevytvárajú sa žiadne nové kryštály.Teplotný rozsah prechodu od taveniny k pevnému sklu závisí od chemického zloženia skla, ktoré vo všeobecnosti kolíše v desiatkach až stovkách stupňov, takže sklo nemá pevný bod topenia, ale iba rozsah teplôt mäknutia.V tomto rozsahu sa sklo postupne premieňa z viskoplastického na viskoelastické.Postupná zmena tejto vlastnosti je základom skla s dobrou spracovateľnosťou.
(4) Kontinuita a reverzibilita zmeny vlastníctva
Proces zmeny vlastností sklovitého materiálu zo stavu topenia do tuhého stavu je kontinuálny a reverzibilný, v ktorom je časť teplotnej oblasti, ktorá je plastická, nazývaná „transformačná“ alebo „abnormálna“ oblasť, v ktorej vlastnosti majú špeciálne zmeny.
V prípade kryštalizácie sa vlastnosti menia, ako ukazuje krivka ABCD, t.Je to teplota topenia materiálu.Keď sa sklo formuje podchladením, proces sa mení, ako je znázornené na krivke abkfe.T je teplota skleného prechodu, t je teplota mäknutia skla.Pre oxidové sklo je viskozita zodpovedajúca týmto dvom hodnotám približne 101 pa · sa 1005 p · s.
Teória štruktúry rozbitého skla
„Štruktúra skla“ označuje geometrickú konfiguráciu iónov alebo atómov v priestore a štruktúru, ktorú tvoria v skle.Výskum štruktúry skla zhmotnil usilovné úsilie a múdrosť mnohých sklárskych vedcov.Prvý pokus o vysvetlenie podstaty skla je g.Tammanova hypotéza o podchladenej kvapaline, ktorá tvrdí, že sklo je podchladená kvapalina, Proces tuhnutia skla z taveniny na pevnú látku je iba fyzikálny proces, to znamená, že s poklesom teploty sa molekuly skla postupne približujú v dôsledku poklesu kinetickej energie. a interakčná sila sa postupne zvyšuje, čím sa zvyšuje stupeň skla a nakoniec sa vytvorí hustá a nepravidelná pevná látka.Veľa ľudí urobilo kus práce.Najvplyvnejšie hypotézy modernej štruktúry skla sú: teória produktu, teória náhodných sietí, teória gélu, teória symetrie piatich uhlov, teória polymérov atď.Spomedzi nich je najlepšou interpretáciou skla teória produktu a náhodnej siete.
Kryštálová teória
Randell I predložil kryštálovú teóriu štruktúry skla v roku 1930, pretože vyžarovací diagram niektorých skiel je podobný vzoru žiarenia kryštálov rovnakého zloženia.Myslel si, že sklo sa skladá z mikrokryštalického a amorfného materiálu.Mikroprodukt má pravidelné atómové usporiadanie a zrejmé ohraničenie s amorfným materiálom.Veľkosť mikroproduktu je 1,0 ~ 1,5 nm a jeho obsah predstavuje viac ako 80 %.Orientácia mikrokryštálov je neusporiadaná.Pri štúdiu žíhania silikátového optického skla Lebedev zistil, že došlo k náhlej zmene krivky indexu lomu skla s teplotou 520 ℃.Vysvetlil tento jav ako homogénnu zmenu „mikrokryštalického“ kremeňa v skle pri 520 ℃.Lebedev veril, že sklo sa skladá z mnohých „kryštálov“, ktoré sa líšia od mikrokryštalických, Prechod z „kryštálovej“ do amorfnej oblasti je dokončený krok za krokom a medzi nimi neexistuje žiadna zrejmá hranica.
Čas odoslania: 31. mája 2021