La estructura del vidrio.
Las propiedades fisicoquímicas del vidrio no sólo están determinadas por su composición química, sino que también están estrechamente relacionadas con su estructura. Sólo comprendiendo la relación interna entre la estructura, composición, estructura y rendimiento del vidrio, será posible fabricar materiales o productos de vidrio con propiedades fisicoquímicas predeterminadas cambiando la composición química, el historial térmico o utilizando algunos métodos de tratamiento físico y químico.
Características del vidrio
El vidrio es una rama del sólido amorfo, que es un material amorfo con propiedades mecánicas sólidas. A menudo se le llama "líquido sobreenfriado". En la naturaleza existen dos estados de la materia sólida: buen estado y no buen estado. El llamado estado no productivo es el estado de la materia sólida obtenido por diferentes métodos y caracterizado por un desorden estructural. El estado vítreo es un tipo de sólido no estándar. Los átomos en el vidrio no tienen una disposición ordenada de largo alcance en el espacio como el cristal, pero son similares al líquido y tienen una disposición ordenada de corto alcance. El vidrio puede mantener una determinada forma como un sólido, pero no como un líquido que fluye por su propio peso. Las sustancias vítreas tienen las siguientes características principales.
(1) La disposición de las partículas de material vítreo isotrópico es irregular y estadísticamente uniforme. Por tanto, cuando no hay tensión interna en el vidrio, sus propiedades físicas y químicas (como dureza, módulo elástico, coeficiente de expansión térmica, conductividad térmica, índice de refracción, conductividad, etc.) son las mismas en todas las direcciones. Sin embargo, cuando hay tensión en el vidrio, la uniformidad estructural se destruirá y el vidrio mostrará anisotropía, como una diferencia obvia en la trayectoria óptica.
(2) Metaestabilidad
La razón por la cual el vidrio se encuentra en estado metaestable es que el vidrio se obtiene por enfriamiento rápido de la masa fundida. Debido al fuerte aumento de la viscosidad durante el proceso de enfriamiento, las partículas no tienen tiempo para formar una disposición regular de cristales y la energía interna del sistema no está en el valor más bajo, sino en un estado metaestable; Sin embargo, aunque el vidrio se encuentra en un estado de mayor energía, no puede transformarse espontáneamente en el producto debido a su alta viscosidad a temperatura ambiente; Sólo bajo ciertas condiciones externas, es decir, debemos superar la barrera potencial del material del estado vítreo al estado cristalino, se puede separar el vidrio. Por tanto, desde el punto de vista de la termodinámica, el estado del vidrio es inestable, pero desde el punto de vista de la cinética, es estable. Aunque tiene la tendencia de autoliberar calor transformándose en cristal con baja energía interna, la probabilidad de transformarse en estado cristalino es muy pequeña a temperatura ambiente, por lo que el vidrio está en estado metaestable.
(3) Sin punto de fusión fijo
La transformación de una sustancia vítrea de sólido a líquido se lleva a cabo en un cierto rango de temperatura (rango de temperatura de transformación), que es diferente de la sustancia cristalina y no tiene un punto de fusión fijo. Cuando una sustancia se transforma de fundido a sólido, si es un proceso de cristalización, se formarán nuevas fases en el sistema, y la temperatura de cristalización, las propiedades y muchos otros aspectos cambiarán abruptamente.
A medida que la temperatura disminuye, la viscosidad de la masa fundida aumenta y finalmente se forma el vidrio sólido. El proceso de solidificación se completa en un amplio rango de temperaturas y no se forman nuevos cristales. El rango de temperatura de transición del vidrio fundido al sólido depende de la composición química del vidrio, que generalmente fluctúa entre decenas y cientos de grados, por lo que el vidrio no tiene un punto de fusión fijo, sino sólo un rango de temperatura de ablandamiento. En este rango, el vidrio se transforma gradualmente de viscoplástico a viscoelástico. El proceso de cambio gradual de esta propiedad es la base del vidrio con buena procesabilidad.
(4) Continuidad y reversibilidad del cambio de propiedad.
El proceso de cambio de propiedades del material vítreo del estado fundido al estado sólido es continuo y reversible, en el que hay una sección de la región de temperatura que es plástica, llamada región de "transformación" o "anormal", en la que las propiedades tienen cambios especiales.
En el caso de la cristalización, las propiedades cambian como se muestra en la curva ABCD, t. Es el punto de fusión del material. Cuando el vidrio se forma por sobreenfriamiento, el proceso cambia como se muestra en la curva abkfe. T es la temperatura de transición vítrea, t es la temperatura de reblandecimiento del vidrio. Para el vidrio oxidado, la viscosidad correspondiente a estos dos valores es de aproximadamente 101 pa · sy 1005 p · s.
Teoría de la estructura del vidrio roto.
"Estructura del vidrio" se refiere a la configuración geométrica de iones o átomos en el espacio y los formadores de estructuras que forman en el vidrio. La investigación sobre la estructura del vidrio ha materializado los arduos esfuerzos y la sabiduría de muchos científicos del vidrio. El primer intento de explicar la esencia del vidrio es g. La hipótesis del líquido sobreenfriado de Tamman, que sostiene que el vidrio es un líquido sobreenfriado. El proceso de solidificación del vidrio de fundido a sólido es solo un proceso físico, es decir, con la disminución de la temperatura, las moléculas de vidrio se acercan gradualmente debido a la disminución de la energía cinética. , Y la fuerza de interacción aumenta gradualmente, lo que hace que el grado de vidrio aumente y finalmente forme una sustancia sólida densa e irregular. Mucha gente ha trabajado mucho. Las hipótesis más influyentes de la estructura del vidrio moderno son: teoría del producto, teoría de redes aleatorias, teoría del gel, teoría de la simetría de cinco ángulos, teoría de los polímeros, etc. Entre ellas, la mejor interpretación del vidrio es la teoría del producto y de la red aleatoria.
Teoría de los cristales
Randell propuso la teoría cristalina de la estructura del vidrio en 1930, porque el patrón de radiación de algunos vidrios es similar al de los cristales de la misma composición. Pensó que el vidrio estaba compuesto de material microcristalino y amorfo. El microproducto tiene una disposición atómica regular y un límite obvio con el material amorfo. El tamaño del microproducto es de 1,0 ~ 1,5 nm y su contenido representa más del 80%. La orientación de los microcristalinos está desordenada. Al estudiar el recocido del vidrio óptico de silicato, Lebedev descubrió que había un cambio repentino en la curva del índice de refracción del vidrio con una temperatura de 520 ℃. Explicó este fenómeno como el cambio homogéneo del cuarzo “microcristalino” en el vidrio a 520 ℃. Lebedev creía que el vidrio se compone de numerosos "cristales", que son diferentes de los microcristalinos. La transición del "cristal" a la región amorfa se completa paso a paso y no existe un límite obvio entre ellos.
Hora de publicación: 31 de mayo de 2021