Klaasi struktuur
Klaasi füüsikalis-keemilisi omadusi ei määra mitte ainult keemiline koostis, vaid need on tihedalt seotud ka selle struktuuriga. Ainult klaasi struktuuri, koostise, struktuuri ja toimivuse vahelise sisemise seose mõistmisel on võimalik valmistada etteantud füüsikalis-keemiliste omadustega klaasmaterjale või -tooteid, muutes keemilist koostist, termilist ajalugu või kasutades mõnda füüsikalist ja keemilist töötlemismeetodit.
Klaasi omadused
Klaas on amorfse tahke aine haru, mis on tahkete mehaaniliste omadustega amorfne materjal. Seda nimetatakse sageli "ülejahutatud vedelikuks". Looduses on tahkel ainel kaks olekut: hea olek ja mittehea olek. Nn mitteproduktiivne olek on erinevate meetoditega saadud tahke aine olek, mida iseloomustab struktuurne häire. Klaasjas olek on ebastandardne tahke aine. Klaasi aatomitel ei ole ruumis pikamaa järjestatud paigutust nagu kristall, kuid nad on sarnased vedelikuga ja neil on lühiajaline paigutus. Klaas suudab säilitada kindla kuju nagu tahke aine, kuid mitte nagu oma raskuse all voolav vedelik. Klaasainetel on järgmised peamised omadused.
(1) Isotroopse klaasja materjali osakeste paigutus on ebakorrapärane ja statistiliselt ühtlane. Seega, kui klaasis puudub sisepinge, on selle füüsikalised ja keemilised omadused (nagu kõvadus, elastsusmoodul, soojuspaisumistegur, soojusjuhtivus, murdumisnäitaja, juhtivus jne) kõikides suundades ühesugused. Kui aga klaasis on pinge, hävib struktuurne ühtlus ja klaas näitab anisotroopiat, näiteks ilmne optilise tee erinevus.
(2) Metastabiilsus
Põhjus, miks klaas on metastabiilses olekus, on see, et klaas saadakse sulatise kiirel jahutamisel. Tänu viskoossuse järsule suurenemisele jahutusprotsessi ajal ei ole osakestel aega kristallide korrapäraseks paigutuseks ning süsteemi siseenergia ei ole kõige madalamal, vaid metastabiilses olekus; Kuigi klaas on suurema energiasisaldusega, ei saa see toatemperatuuril suure viskoossuse tõttu spontaanselt tooteks muutuda; Klaasi saab eraldada ainult teatud välistingimustes, see tähendab, et me peame ületama materjali potentsiaalse barjääri klaasjas olekust kristalliliseks olekuks. Seetõttu on termodünaamika seisukohalt klaasi olek ebastabiilne, kineetika seisukohalt aga stabiilne. Kuigi sellel on kalduvus soojuse iseseisvusele muutumisel madala siseenergiaga kristalliks, on kristalli olekusse muutumise tõenäosus toatemperatuuril väga väike, seega on klaas metastabiilses olekus.
(3) Fikseeritud sulamistemperatuur puudub
Klaasja aine muundumine tahkest vedelikuks toimub teatud temperatuurivahemikus (transformatsiooni temperatuurivahemik), mis erineb kristalsest ainest ja millel puudub fikseeritud sulamistemperatuur. Kui aine muutub sulast tahkeks, kui tegemist on kristalliseerumisprotsessiga, tekivad süsteemis uued faasid ning kristalliseerumistemperatuur, omadused ja paljud muud aspektid muutuvad järsult.
Temperatuuri langedes suureneb sulatise viskoossus ja lõpuks moodustub tahke klaas. Tahkumisprotsess viiakse lõpule laias temperatuurivahemikus ja uusi kristalle ei moodustu. Sulaklaasilt tahkele klaasile ülemineku temperatuurivahemik sõltub klaasi keemilisest koostisest, mis üldiselt kõigub kümnete kuni sadade kraadideni, seega pole klaasil kindlat sulamistemperatuuri, vaid on ainult pehmenemistemperatuuri vahemik. Selles vahemikus muutub klaas järk-järgult viskooplastikust viskoelastseks. Selle omaduse järkjärguline muutumisprotsess on hea töödeldavusega klaasi aluseks.
(4) Vara muutumise järjepidevus ja pöörduvus
Klaasja materjali omaduste muutumise protsess sulamisolekust tahkesse olekusse on pidev ja pöörduv, milles on plastiline temperatuuripiirkonna osa, mida nimetatakse "transformatsiooniks" või "ebanormaalseks" piirkonnaks, mille omadustes on erilised muutused.
Kristalliseerumise korral muutuvad omadused nagu näidatud kõveral ABCD, t. See on materjali sulamistemperatuur. Kui klaas moodustatakse ülejahutusega, muutub protsess abkfe kõvera järgi. T on klaasistumistemperatuur, t on klaasi pehmenemistemperatuur. Oksiidklaasi puhul on nendele kahele väärtusele vastav viskoossus umbes 101pa · s ja 1005p · s.
Purustatud klaasi struktuuriteooria
"Klaasi struktuur" viitab ioonide või aatomite geomeetrilisele konfiguratsioonile ruumis ja struktuuri moodustajatele, mida need klaasis moodustavad. Klaasi struktuuri uurimine on realiseerinud paljude klaasiteadlaste vaevarikkad pingutused ja tarkuse. Esimene katse selgitada klaasi olemust on g. tammani ülejahutatud vedeliku hüpotees, mis väidab, et klaas on ülejahutatud vedelik, Klaasi sulamist tahkeks muutumise protsess on ainult füüsikaline protsess, st temperatuuri langusega lähenevad klaasi molekulid järk-järgult kineetilise energia vähenemise tõttu. , ja vastasmõju jõud suureneb järk-järgult, mis suurendab klaasi astet ja lõpuks moodustab tiheda ja ebakorrapärase tahke aine. Paljud inimesed on palju tööd teinud. Moodsa klaasistruktuuri kõige mõjukamad hüpoteesid on: tooteteooria, juhusliku võrgu teooria, geeliteooria, viie nurga sümmeetriateooria, polümeeri teooria ja nii edasi. Nende hulgas on klaasi parim tõlgendus toote ja juhusliku võrgu teooria.
Kristallide teooria
Randell l esitas 1930. aastal klaasistruktuuri kristalliteooria, kuna mõnede klaaside kiirgusmuster on sarnane sama koostisega kristallide omaga. Ta arvas, et klaas koosneb mikrokristallilisest ja amorfsest materjalist. Mikrotootel on korrapärane aatomi paigutus ja selge piir amorfse materjaliga. Mikrotoote suurus on 1,0–1,5 nm ja selle sisaldus moodustab üle 80%. Mikrokristallide orientatsioon on häiritud. Silikaat optilise klaasi lõõmutamist uurides avastas Lebedev, et klaasi murdumisnäitaja kõver muutus järsult temperatuuril 520 ℃. Ta selgitas seda nähtust kui kvartsi "mikrokristallilise" homogeenset muutumist klaasis temperatuuril 520 ℃. Lebedev uskus, et klaas koosneb paljudest "kristallidest", mis erinevad mikrokristallilistest. Üleminek "kristallilt" amorfsele piirkonnale toimub samm-sammult ja nende vahel pole selget piiri.
Postitusaeg: 31. mai-2021