Strukturen af glas
Glass fysisk-kemiske egenskaber er ikke kun bestemt af dets kemiske sammensætning, men også tæt forbundet med dets struktur. Kun ved at forstå det interne forhold mellem struktur, sammensætning, struktur og ydeevne af glas, kan det være muligt at fremstille glasmaterialer eller -produkter med forudbestemte fysisk-kemiske egenskaber ved at ændre den kemiske sammensætning, termiske historie eller ved at bruge nogle fysiske og kemiske behandlingsmetoder.
Karakteristika af glas
Glas er en gren af amorft fast stof, som er et amorft materiale med faste mekaniske egenskaber. Det kaldes ofte "superkølet væske". I naturen er der to tilstande af fast stof: god tilstand og ikke god tilstand. Den såkaldte ikke-produktive tilstand er tilstanden af fast stof opnået ved forskellige metoder og karakteriseret ved strukturel uorden. Glasagtig tilstand er en slags ikke-standard fast stof. Atomerne i glas har ikke langtrækkende ordnet arrangement i rummet som krystal, men de ligner væske og har kortrækkende ordnet arrangement. Glas kan bevare en bestemt form som et fast stof, men ikke som en væske, der flyder under sin egen vægt. Glasagtige stoffer har følgende hovedkarakteristika.
(1) Arrangementet af partikler af isotropt glasagtigt materiale er uregelmæssigt og statistisk ensartet. Når der ikke er nogen indre spændinger i glasset, er dets fysiske og kemiske egenskaber (såsom hårdhed, elasticitetsmodul, termisk udvidelseskoefficient, termisk ledningsevne, brydningsindeks, ledningsevne osv.) de samme i alle retninger. Men når der er spænding i glasset, vil den strukturelle ensartethed blive ødelagt, og glasset vil vise anisotropi, såsom tydelig optisk vejforskel.
(2) Metastabilitet
Grunden til at glasset er i metastabil tilstand er, at glasset opnås ved hurtig afkøling af smelten. På grund af den kraftige stigning i viskositeten under afkølingsprocessen har partiklerne ikke tid til at danne regelmæssige arrangementer af krystaller, og systemets indre energi er ikke på den laveste værdi, men i metastabil tilstand; Men selvom glasset er i en højere energitilstand, kan det ikke spontant omdannes til produktet på grund af dets høje viskositet ved stuetemperatur; Kun under visse ydre forhold, det vil sige, vi skal overvinde den potentielle barriere af materiale fra glasagtig tilstand til krystallinsk tilstand, kan glasset adskilles. Ud fra termodynamikkens synspunkt er glastilstanden derfor ustabil, men fra kinetikkens synspunkt er den stabil. Selvom det har en tendens til selvafgivende varme, der omdannes til krystal med lav indre energi, er sandsynligheden for omdannelse til krystaltilstand meget lille ved stuetemperatur, så glasset er i metastabil tilstand.
(3) Intet fast smeltepunkt
Omdannelsen af glasagtigt stof fra fast til flydende udføres i et bestemt temperaturområde (transformationstemperaturområde), som er forskelligt fra krystallinsk stof og ikke har noget fast smeltepunkt. Når et stof omdannes fra smelte til fast stof, hvis det er en krystallisationsproces, vil der blive dannet nye faser i systemet, og krystallisationstemperaturen, egenskaberne og mange andre aspekter vil ændre sig brat.
Efterhånden som temperaturen falder, stiger smeltens viskositet, og til sidst dannes det faste glas. Størkningsprocessen afsluttes i et bredt temperaturområde, og der dannes ingen nye krystaller. Temperaturområdet for overgangen fra smeltet til fast glas afhænger af glasets kemiske sammensætning, som generelt svinger i ti til hundrede af grader, så glas har ikke noget fast smeltepunkt, men kun et blødgørende temperaturområde. I dette område omdannes glas gradvist fra viskoplastisk til viskoelastisk. Den gradvise forandringsproces af denne egenskab er grundlaget for glas med god bearbejdelighed.
(4) Kontinuitet og reversibilitet af ejendomsændringer
Egenskabsændringsprocessen for glasagtigt materiale fra smeltende tilstand til fast tilstand er kontinuerlig og reversibel, hvor der er en del af temperaturområdet, som er plastisk, kaldet "transformation" eller "unormalt" område, hvor egenskaberne har særlige ændringer.
Ved krystallisation ændres egenskaberne som vist i kurven ABCD, t. Det er materialets smeltepunkt. Når glasset dannes ved underafkøling, ændres processen som vist i abkfe-kurven. T er glasovergangstemperaturen, t er glassets blødgøringstemperatur. For oxidglas er viskositeten svarende til disse to værdier omkring 101pa · s og 1005p · s.
Strukturteori for knust glas
"Glasstruktur" refererer til den geometriske konfiguration af ioner eller atomer i rummet og de strukturdannere, de danner i glas. Forskningen i glasstruktur har materialiseret mange glasforskeres omhyggelige indsats og visdom. Det første forsøg på at forklare essensen af glas er g. tammans underafkølede væskehypotese, som hævder, at glas er underafkølet væske. Processen med at glas størkner fra smelte til fast stof er kun en fysisk proces, det vil sige, med faldet i temperatur, nærmer glasmolekylerne sig gradvist på grund af faldet i kinetisk energi , og vekselvirkningskraften øges gradvist, hvilket får glasgraden til at stige, og til sidst dannes et tæt og uregelmæssigt fast stof. Mange mennesker har gjort meget arbejde. De mest indflydelsesrige hypoteser om moderne glasstruktur er: produktteori, tilfældig netværksteori, gelteori, femvinkelsymmetriteori, polymerteori og så videre. Blandt dem er den bedste fortolkning af glas teorien om produkt og tilfældigt netværk.
Krystal teori
Randell l fremsatte krystalteorien om glasstruktur i 1930, fordi strålingsmønsteret for nogle glas ligner det for krystaller af samme sammensætning. Han troede, at glas er sammensat af mikrokrystallinsk og amorft materiale. Mikroproduktet har regelmæssig atomarrangement og tydelig grænse med amorft materiale. Mikroproduktstørrelsen er 1,0 ~ 1,5 nm, og dens indhold tegner sig for mere end 80%. Orienteringen af mikrokrystallinsk er uordnet. Ved at studere udglødning af optisk silikatglas fandt Lebedev ud af, at der var en pludselig ændring i kurven for glasets brydningsindeks med en temperatur på 520 ℃. Han forklarede dette fænomen som den homogene ændring af kvarts "mikrokrystallinsk" i glas ved 520 ℃. Lebedev mente, at glas er sammensat af adskillige "krystaller", som er forskellige fra mikrokrystallinske. Overgangen fra "krystal" til amorf region fuldføres trin for trin, og der er ingen åbenlys grænse mellem dem.
Indlægstid: 31. maj 2021