Basiese Kennis Van Glas

Die struktuur van glas

Die fisies-chemiese eienskappe van glas word nie net deur sy chemiese samestelling bepaal nie, maar ook nou verwant aan sy struktuur. Slegs deur die interne verwantskap tussen die struktuur, samestelling, struktuur en werkverrigting van glas te verstaan, kan dit moontlik wees om glasmateriale of -produkte met voorafbepaalde fisies-chemiese eienskappe te maak deur die chemiese samestelling, termiese geskiedenis te verander of sommige fisiese en chemiese behandelingsmetodes te gebruik.

Eienskappe van glas

Glas is 'n tak van amorfe vaste stof, wat 'n amorfe materiaal met soliede meganiese eienskappe is. Dit word dikwels "superverkoelde vloeistof" genoem. In die natuur is daar twee toestande van vaste stof: goeie toestand en nie-goeie toestand. Die sogenaamde nieproduktiewe toestand is die toestand van vaste stof wat deur verskillende metodes verkry word en gekenmerk word deur strukturele wanorde. Glasagtige toestand is 'n soort nie-standaard vaste stof. Die atome in glas het nie 'n langafstand-geordende rangskikking in die ruimte soos kristal nie, maar hulle is soortgelyk aan vloeistof en het 'n kortafstand-geordende rangskikking. Glas kan 'n sekere vorm behou soos 'n vaste stof, maar nie soos 'n vloeistof wat onder sy eie gewig vloei nie. Glasagtige stowwe het die volgende hoofkenmerke.

(1) Die rangskikking van deeltjies van isotropiese glasagtige materiaal is onreëlmatig en statisties eenvormig. Daarom, wanneer daar geen interne spanning in die glas is nie, is die fisiese en chemiese eienskappe daarvan (soos hardheid, elastiese modulus, termiese uitsettingskoëffisiënt, termiese geleidingsvermoë, brekingsindeks, geleidingsvermoë, ens.) dieselfde in alle rigtings. Wanneer daar egter spanning in die glas is, sal die strukturele eenvormigheid vernietig word, en die glas sal anisotropie toon, soos duidelike optiese padverskil.

(2) Metstabiliteit

Die rede waarom die glas in 'n metstabiele toestand is, is dat die glas verkry word deur vinnige afkoeling van die smelt. As gevolg van die skerp toename in viskositeit tydens die verkoelingsproses, het die deeltjies nie tyd om gereelde rangskikking van kristalle te vorm nie, en die interne energie van die stelsel is nie op die laagste waarde nie, maar in metstabiele toestand; Alhoewel die glas egter in 'n hoër energietoestand is, kan dit nie spontaan in die produk verander nie as gevolg van sy hoë viskositeit by kamertemperatuur; Slegs onder sekere eksterne toestande, dit wil sê, ons moet die potensiële versperring van materiaal van glasagtige toestand na kristallyne toestand oorkom, kan die glas geskei word. Daarom, vanuit die oogpunt van termodinamika, is die glastoestand onstabiel, maar vanuit die oogpunt van kinetika is dit stabiel. Alhoewel dit die neiging het om hitte self vry te stel en te transformeer in kristal met lae interne energie, is die waarskynlikheid om in kristaltoestand te transformeer baie klein by kamertemperatuur, dus is die glas in metastabiele toestand.

(3) Geen vaste smeltpunt nie

Die transformasie van glasagtige stof van vaste stof na vloeistof word uitgevoer in 'n sekere temperatuurreeks (transformasietemperatuurreeks), wat verskil van kristallyne stof en geen vaste smeltpunt het nie. Wanneer 'n stof van smelt na vaste stof getransformeer word, as dit 'n kristallisasieproses is, sal nuwe fases in die sisteem gevorm word, en die kristallisasietemperatuur, eienskappe en baie ander aspekte sal skielik verander

Soos die temperatuur daal, neem die viskositeit van die smelt toe, en uiteindelik word die soliede glas gevorm. Die stolproses word in 'n wye temperatuurreeks voltooi, en geen nuwe kristalle word gevorm nie. Die temperatuurreeks van oorgang van smelt na soliede glas hang af van die chemiese samestelling van glas, wat oor die algemeen in tiene tot honderde grade fluktueer, dus het glas geen vaste smeltpunt nie, maar slegs 'n versagtende temperatuurreeks. In hierdie reeks verander glas geleidelik van viskoplasties na visko-elasties. Die geleidelike veranderingsproses van hierdie eiendom is die basis van glas met goeie verwerkbaarheid.

(4) Kontinuïteit en omkeerbaarheid van eiendomsverandering

Die eienskapveranderingsproses van glasagtige materiaal van smelttoestand na vaste toestand is kontinu en omkeerbaar, waarin daar 'n gedeelte van temperatuurgebied is wat plasties is, genoem "transformasie" of "abnormale" gebied, waarin die eienskappe spesiale veranderinge het.

In die geval van kristallisasie verander die eienskappe soos getoon in die kromme ABCD, t. Dit is die smeltpunt van die materiaal. Wanneer die glas deur onderverkoeling gevorm word, verander die proses soos getoon in die abkfe-kromme. T is die glasoorgangstemperatuur, t is die versagtingstemperatuur van die glas. Vir oksiedglas is die viskositeit wat met hierdie twee waardes ooreenstem ongeveer 101pa · s en 1005p · s.

Struktuurteorie van gebreekte glas

"Glasstruktuur" verwys na die geometriese konfigurasie van ione of atome in die ruimte en die struktuurvormers wat hulle in glas vorm. Die navorsing oor glasstruktuur het die moeisame pogings en wysheid van baie glaswetenskaplikes gerealiseer. Die eerste poging om die essensie van glas te verduidelik is g. tamman se onderverkoelde vloeistofhipotese, wat hou dat glas onderverkoelde vloeistof is. Die proses van glas wat van smelt tot vaste stof stol, is slegs 'n fisiese proses, dit wil sê, met die afname in temperatuur, nader die molekules van glas geleidelik as gevolg van die afname in kinetiese energie , en die wisselwerkingskrag neem geleidelik toe, wat die graad van glas laat toeneem, en uiteindelik 'n digte en onreëlmatige vaste stof vorm. Baie mense het baie werk gedoen. Die mees invloedryke hipoteses van moderne glasstruktuur is: produkteorie, ewekansige netwerkteorie, gelteorie, vyfhoeksimmetrie-teorie, polimeerteorie ensovoorts. Onder hulle is die beste interpretasie van glas die teorie van produk en ewekansige netwerk.

Kristal teorie

Randell l het die kristalteorie van glasstruktuur in 1930 voorgehou, omdat die bestralingspatroon van sommige glase soortgelyk is aan dié van die kristalle van dieselfde samestelling. Hy het gedink dat glas uit mikrokristallyne en amorfe materiaal bestaan. Die mikroproduk het gereelde atoomrangskikking en duidelike grens met amorfe materiaal. Die mikroprodukgrootte is 1,0 ~ 1,5nm, en die inhoud daarvan is verantwoordelik vir meer as 80%. Die oriëntasie van mikrokristallyne is versteurd. In die bestudering van die uitgloeiing van silikaat optiese glas, het Lebedev gevind dat daar 'n skielike verandering in die kurwe van glasbrekingsindeks was met temperatuur by 520 ℃. Hy het hierdie verskynsel verduidelik as die homogene verandering van kwarts "mikrokristallyn" in glas by 520 ℃. Lebedev het geglo dat glas bestaan ​​uit talle "kristalle", wat verskil van mikrokristallyne. Die oorgang van "kristal" na amorfe gebied word stap vir stap voltooi, en daar is geen ooglopende grens tussen hulle nie.