Cunniscenza basica di vetru

A struttura di vetru

E proprietà fisicochimiche di u vetru ùn sò micca solu determinate da a so cumpusizioni chimica, ma ancu strettamente ligati à a so struttura. Solu per capiscenu a relazione interna trà a struttura, a cumpusizioni, a struttura è u funziunamentu di u vetru, pò esse pussibule di fà materiali di vetru o prudutti cù proprietà fisicochimiche predeterminate cambiendu a cumpusizioni chimica, a storia termale o utilizendu qualchi metudi di trattamentu fisicu è chimicu.

Caratteristiche di u vetru

U vetru hè un ramu di solidu amorfu, chì hè un materiale amorfu cù pruprietà meccanica solida. Hè spessu chjamatu "liquidu supercooled". In a natura, ci sò dui stati di materia solida: statu bonu è statu micca bonu. U statu chjamatu micca produttivu hè u statu di materia solida ottenuta da diversi metudi è carattarizatu da disordine strutturale. U statu vetru hè un tipu di solidu micca standard. L'atomi in u vetru ùn anu micca un arrangiamentu urdinatu à longu andà in u spaziu cum'è u cristallu, ma sò simili à u liquidu è anu un arrangiamentu urdinatu à corta distanza. U vetru pò mantene una certa forma cum'è un solidu, ma micca cum'è un liquidu chì scorri sottu u so propiu pesu. Sustanze glassy anu e seguenti caratteristiche principali.

(1) L'arrangementu di particeddi di materiale vetru isotropicu hè irregulare è statisticamente uniforme. Dunque, quandu ùn ci hè micca stress internu in u vetru, e so proprietà fisiche è chimiche (cum'è a durezza, u modulu elasticu, u coefficient di espansione termale, a conduttività termale, l'indice di rifrazione, a conduttività, etc.) sò listessi in tutte e direzzione. In ogni casu, quandu ci hè stress in u vetru, l'uniformità strutturale serà distrutta, è u vetru mostrarà l'anisotropia, cum'è a differenza di strada ottica evidenti.

(2) Metastabilità

U mutivu perchè u vetru hè in un statu metastabile hè chì u vetru hè ottenutu da un rapidu rinfrescante di u funnu. A causa di l'aumentu forte di viscosità durante u prucessu di rinfrescante, i particeddi ùn anu micca tempu per furmà un arrangiamentu regulare di cristalli, è l'energia interna di u sistema ùn hè micca à u valore più bassu, ma in un statu metastabile; In ogni casu, ancu chì u vetru hè in un statu di energia più altu, ùn pò micca trasfurmà spontaneamente in u pruduttu per via di a so alta viscosità à a temperatura di l'ambienti; Solu in certi cundizioni esterni, vale à dì, ci vole à superà a barriera potenziale di materiale da u statu vetru à u statu cristalinu, u vetru pò esse separatu. Dunque, da u puntu di vista di a termodinamica, u statu di vetru hè inestabile, ma da u puntu di vista di a cinetica, hè stabile. Ancu s'ellu hà a tendenza di l'auto liberazione di u calore trasfurmendu in cristallo cù energia interna bassa, a probabilità di trasfurmà in u statu di cristallu hè assai chjuca à a temperatura di l'ambienti, cusì u vetru hè in un statu metastabile.

(3) Nisun puntu di fusione fissu

A trasfurmazioni di sustanza vetru da u solidu à u liquidu hè realizatu in un certu intervallu di temperatura (range di temperatura di trasfurmazioni), chì hè diversu da a sustanza cristallina è ùn hà micca puntu di fusione fissu. Quandu una sustanza hè trasfurmata da melt à solidu, s'ellu hè un prucessu di cristallizazione, novi fasi seranu furmati in u sistema, è a temperatura di cristallizazione, proprietà è assai altri aspetti cambianu bruscamente.

Quandu a temperatura diminuite, a viscosità di u funnu aumenta, è infine u vetru solidu hè furmatu. U prucessu di solidificazione hè cumpletu in una larga gamma di temperatura, è ùn sò micca furmati novi cristalli. U intervallu di temperatura di transizione da u funnu à u vetru solidu dipende da a cumpusizioni chimica di u vetru, chì generalmente fluttua in decine à centinaie di gradi, cusì u vetru ùn hà micca un puntu di fusione fissu, ma solu un intervallu di temperatura di ammorbidimentu. In questa gamma, u vetru si trasforma gradualmente da viscoplastic à viscoelastic. U prucessu di cambiamentu graduali di sta pruprietà hè a basa di vetru cù una bona processabilità.

(4) Continuità è reversibilità di u cambiamentu di pruprietà

U prucessu di cambià a pruprietà di u materiale vetru da u statu di fusione à u statu solidu hè cuntinuu è reversibile, in quale ci hè una seccione di a regione di temperatura chì hè plastica, chjamata regione "trasformazione" o "anormali", in quale e proprietà anu cambiamenti spiciali.

In u casu di cristallizazione, e proprietà cambianu cum'è mostra in a curva ABCD, t. Hè u puntu di fusione di u materiale. Quandu u vetru hè furmatu da supercooling, u prucessu cambia cum'è mostra in a curva abkfe. T hè a temperatura di transizione di u vetru, t hè a temperatura di ammollimentu di u vetru. Per u vetru ossidu, a viscosità chì currisponde à questi dui valori hè di circa 101pa · s è 1005p · s.

Teoria di a struttura di u vetru rottu

"Struttura di vetru" si riferisce à a cunfigurazione geomètrica di ioni o atomi in u spaziu è a forma di struttura chì formanu in vetru. A ricerca nantu à a struttura di vetru hà materializatu i sforzi è a saviezza di parechji scientisti di vetru. U primu tentativu di spiegà l'essenza di u vetru hè g. L'ipotesi di liquidu supercooled di tamman, chì sustene chì u vetru hè liquidu supercooled, U prucessu di solidificazione di vetru da a fusione à u solidu hè solu un prucessu fisicu, vale à dì, cù a diminuzione di a temperatura, e molécule di vetru si avvicinanu gradualmente per via di a diminuzione di l'energia cinetica. , è a forza di interazzione aumenta gradualmente, chì face u gradu di vetru cresce, è infine formanu una sustanza solida densa è irregulare. Parechje persone anu fattu assai travagliu. L'ipotesi più influenti di a struttura di vetru mudernu sò: a teoria di u produttu, a teoria di a rete aleatoria, a teoria di gel, a teoria di a simmetria di cinque anguli, a teoria di polimeru è cusì. Frà elli, a megliu interpretazione di u vetru hè a teoria di u produttu è a reta aleatoria.

Teoria di i cristalli

Randell l'hà presentatu a teoria di cristalli di a struttura di vetru in u 1930, perchè u mudellu di radiazione di certi vetri hè simile à quellu di i cristalli di a listessa cumpusizioni. Pensava chì u vetru hè cumpostu di materiale microcristalinu è amorfu. U microproduttu hà un arrangiamentu atomicu regulare è cunfini evidenti cù materiale amorfu. A dimensione di u microproduttu hè 1.0 ~ 1.5nm, è u so cuntenutu cuntene più di 80%. L'orientazione di microcristalline hè disordinata. In u studiu di l'annealing di vetru otticu silicatu, Lebedev hà truvatu chì ci era un cambiamentu bruscu in a curva di l'indice di rifrazione di vetru cù a temperatura à 520 ℃. Spiegò stu fenominu cum'è u cambiamentu homogeneu di quartz "microcristalline" in vetru à 520 ℃. Lebedev hà cridutu chì u vetru hè cumpostu di numerosi "cristalli", chì sò diffirenti di microcristallini, A transizione da "cristalli" à a regione amorfa hè cumpletata passu à passu, è ùn ci hè micca un cunfini evidenti trà elli.