Βασικές Γνώσεις Γυαλιού

Η δομή του γυαλιού

Οι φυσικοχημικές ιδιότητες του γυαλιού δεν καθορίζονται μόνο από τη χημική του σύσταση, αλλά επίσης συνδέονται στενά με τη δομή του. Μόνο με την κατανόηση της εσωτερικής σχέσης μεταξύ της δομής, της σύνθεσης, της δομής και της απόδοσης του γυαλιού, μπορεί να είναι δυνατή η κατασκευή γυάλινων υλικών ή προϊόντων με προκαθορισμένες φυσικοχημικές ιδιότητες αλλάζοντας τη χημική σύνθεση, το θερμικό ιστορικό ή χρησιμοποιώντας ορισμένες φυσικές και χημικές μεθόδους επεξεργασίας.

Χαρακτηριστικά του γυαλιού

Το γυαλί είναι ένας κλάδος άμορφου στερεού, το οποίο είναι ένα άμορφο υλικό με συμπαγείς μηχανικές ιδιότητες. Συχνά ονομάζεται «υπερψυγμένο υγρό». Στη φύση, υπάρχουν δύο καταστάσεις στερεάς ύλης: καλή κατάσταση και μη καλή κατάσταση. Η λεγόμενη μη παραγωγική κατάσταση είναι η κατάσταση της στερεάς ύλης που λαμβάνεται με διαφορετικές μεθόδους και χαρακτηρίζεται από δομική διαταραχή. Η γυάλινη κατάσταση είναι ένα είδος μη τυποποιημένου στερεού. Τα άτομα στο γυαλί δεν έχουν διατεταγμένη διάταξη μεγάλης εμβέλειας στο διάστημα όπως ο κρύσταλλος, αλλά είναι παρόμοια με τα υγρά και έχουν διατεταγμένη διάταξη μικρής εμβέλειας. Το γυαλί μπορεί να διατηρήσει ένα συγκεκριμένο σχήμα όπως ένα στερεό, αλλά όχι σαν ένα υγρό που ρέει κάτω από το βάρος του. Οι υαλώδεις ουσίες έχουν τα ακόλουθα κύρια χαρακτηριστικά.

(1) Η διάταξη των σωματιδίων ισοτροπικού υαλώδους υλικού είναι ακανόνιστη και στατιστικά ομοιόμορφη. Επομένως, όταν δεν υπάρχει εσωτερική τάση στο γυαλί, οι φυσικές και χημικές του ιδιότητες (όπως σκληρότητα, συντελεστής ελαστικότητας, συντελεστής θερμικής διαστολής, θερμική αγωγιμότητα, δείκτης διάθλασης, αγωγιμότητα κ.λπ.) είναι ίδιες προς όλες τις κατευθύνσεις. Ωστόσο, όταν υπάρχει τάση στο γυαλί, η δομική ομοιομορφία θα καταστραφεί και το γυαλί θα εμφανίσει ανισοτροπία, όπως η προφανής διαφορά οπτικής διαδρομής.

(2) Μετασταθερότητα

Ο λόγος για τον οποίο το γυαλί βρίσκεται σε μετασταθερή κατάσταση είναι ότι το γυαλί λαμβάνεται με ταχεία ψύξη του τήγματος. Λόγω της απότομης αύξησης του ιξώδους κατά τη διαδικασία ψύξης, τα σωματίδια δεν έχουν χρόνο να σχηματίσουν κανονική διάταξη κρυστάλλων και η εσωτερική ενέργεια του συστήματος δεν είναι στη χαμηλότερη τιμή, αλλά σε μετασταθερή κατάσταση. Ωστόσο, αν και το γυαλί βρίσκεται σε υψηλότερη ενεργειακή κατάσταση, δεν μπορεί να μετατραπεί αυθόρμητα στο προϊόν λόγω του υψηλού ιξώδους του σε θερμοκρασία δωματίου. Μόνο κάτω από ορισμένες εξωτερικές συνθήκες, δηλαδή, πρέπει να ξεπεράσουμε το πιθανό φράγμα του υλικού από υαλώδη σε κρυσταλλική κατάσταση, μπορεί να διαχωριστεί το γυαλί. Επομένως, από την άποψη της θερμοδυναμικής, η κατάσταση του γυαλιού είναι ασταθής, αλλά από την άποψη της κινητικής, είναι σταθερή. Αν και έχει την τάση να αυτοαπελευθερώνεται θερμότητα που μετατρέπεται σε κρύσταλλο με χαμηλή εσωτερική ενέργεια, η πιθανότητα να μετατραπεί σε κρυσταλλική κατάσταση είναι πολύ μικρή σε θερμοκρασία δωματίου, επομένως το γυαλί βρίσκεται σε μετασταθερή κατάσταση.

(3) Χωρίς σταθερό σημείο τήξης

Ο μετασχηματισμός της υαλώδους ουσίας από στερεό σε υγρό πραγματοποιείται σε ένα ορισμένο εύρος θερμοκρασίας (εύρος θερμοκρασίας μετασχηματισμού), το οποίο διαφέρει από την κρυσταλλική ουσία και δεν έχει σταθερό σημείο τήξης. Όταν μια ουσία μετατρέπεται από τήγμα σε στερεό, εάν πρόκειται για διαδικασία κρυστάλλωσης, θα σχηματιστούν νέες φάσεις στο σύστημα και η θερμοκρασία κρυστάλλωσης, οι ιδιότητες και πολλές άλλες πτυχές θα αλλάξουν απότομα

Καθώς η θερμοκρασία μειώνεται, το ιξώδες του τήγματος αυξάνεται και τελικά σχηματίζεται το συμπαγές γυαλί. Η διαδικασία στερεοποίησης ολοκληρώνεται σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών και δεν σχηματίζονται νέοι κρύσταλλοι. Το εύρος θερμοκρασίας της μετάβασης από τηγμένο σε στερεό γυαλί εξαρτάται από τη χημική σύνθεση του γυαλιού, η οποία γενικά κυμαίνεται σε δεκάδες έως εκατοντάδες βαθμούς, επομένως το γυαλί δεν έχει σταθερό σημείο τήξης, αλλά μόνο ένα εύρος θερμοκρασίας μαλακώματος. Σε αυτό το εύρος, το γυαλί μετατρέπεται σταδιακά από ιξωδοπλαστικό σε ιξωδοελαστικό. Η διαδικασία σταδιακής αλλαγής αυτής της ιδιότητας είναι η βάση του γυαλιού με καλή δυνατότητα επεξεργασίας.

(4) Συνέχεια και αναστρεψιμότητα μεταβολής ιδιοκτησίας

Η διαδικασία αλλαγής ιδιοτήτων του υαλώδους υλικού από την κατάσταση τήξης σε στερεά είναι συνεχής και αναστρέψιμη, στην οποία υπάρχει ένα τμήμα της περιοχής θερμοκρασίας που είναι πλαστικό, που ονομάζεται περιοχή «μετασχηματισμού» ή «ανώμαλη» περιοχή, στην οποία οι ιδιότητες έχουν ειδικές αλλαγές.

Στην περίπτωση της κρυστάλλωσης, οι ιδιότητες αλλάζουν όπως φαίνεται στην καμπύλη ABCD, t. Είναι το σημείο τήξης του υλικού. Όταν το γυαλί σχηματίζεται με υπερψύξη, η διαδικασία αλλάζει όπως φαίνεται στην καμπύλη abkfe. T είναι η θερμοκρασία μετάπτωσης γυαλιού, t είναι η θερμοκρασία μαλακώματος του γυαλιού. Για το γυαλί οξειδίου, το ιξώδες που αντιστοιχεί σε αυτές τις δύο τιμές είναι περίπου 101pa · s και 1005p · s.

Θεωρία δομής σπασμένου γυαλιού

Ο όρος «δομή γυαλιού» αναφέρεται στη γεωμετρική διαμόρφωση των ιόντων ή των ατόμων στο διάστημα και στους διαμορφωτές δομής που σχηματίζουν στο γυαλί. Η έρευνα για τη γυάλινη δομή έχει υλοποιήσει τις επίπονες προσπάθειες και τη σοφία πολλών επιστημόνων γυαλιού. Η πρώτη προσπάθεια να εξηγηθεί η ουσία του γυαλιού είναι g. Υπόθεση υπερψυγμένου υγρού του Tamman, η οποία υποστηρίζει ότι το γυαλί είναι υπερψυγμένο υγρό, Η διαδικασία στερεοποίησης του γυαλιού από τήγμα σε στερεό είναι μόνο μια φυσική διαδικασία, δηλαδή, με τη μείωση της θερμοκρασίας, τα μόρια του γυαλιού σταδιακά πλησιάζουν λόγω της μείωσης της κινητικής ενέργειας , και η δύναμη αλληλεπίδρασης αυξάνεται σταδιακά, γεγονός που κάνει τον βαθμό του γυαλιού να αυξάνεται και τελικά να σχηματίζεται μια πυκνή και ακανόνιστη στερεή ουσία. Πολλοί άνθρωποι έχουν κάνει πολλή δουλειά. Οι πιο σημαίνουσες υποθέσεις της σύγχρονης γυάλινης δομής είναι: η θεωρία προϊόντων, η θεωρία τυχαίων δικτύων, η θεωρία πηκτής, η θεωρία συμμετρίας πέντε γωνιών, η θεωρία των πολυμερών και ούτω καθεξής. Μεταξύ αυτών, η καλύτερη ερμηνεία του γυαλιού είναι η θεωρία του προϊόντος και το τυχαίο δίκτυο.

Κρυσταλλική θεωρία

Ο Randell πρότεινε την κρυσταλλική θεωρία της δομής του γυαλιού το 1930, επειδή το σχέδιο ακτινοβολίας ορισμένων γυαλιών είναι παρόμοιο με αυτό των κρυστάλλων της ίδιας σύνθεσης. Σκέφτηκε ότι το γυαλί αποτελείται από μικροκρυσταλλικό και άμορφο υλικό. Το μικροπροϊόν έχει κανονική ατομική διάταξη και εμφανές όριο με άμορφο υλικό. Το μέγεθος του μικροπροϊόντος είναι 1,0 ~ 1,5 nm και το περιεχόμενό του αντιστοιχεί σε περισσότερο από 80%. Ο προσανατολισμός του μικροκρυσταλλικού είναι διαταραγμένος. Μελετώντας την ανόπτηση πυριτικού οπτικού γυαλιού, ο Lebedev διαπίστωσε ότι υπήρξε μια ξαφνική αλλαγή στην καμπύλη του δείκτη διάθλασης του γυαλιού με θερμοκρασία στους 520 ℃. Εξήγησε αυτό το φαινόμενο ως την ομοιογενή αλλαγή του χαλαζία «μικροκρυσταλλικό» στο γυαλί στους 520 ℃. Ο Lebedev πίστευε ότι το γυαλί αποτελείται από πολυάριθμους "κρύσταλλους", οι οποίοι είναι διαφορετικοί από τους μικροκρυσταλλικούς, Η μετάβαση από την "κρύσταλλο" στην άμορφη περιοχή ολοκληρώνεται βήμα προς βήμα και δεν υπάρχει εμφανές όριο μεταξύ τους.