Lasin perustiedot

Lasin rakenne

Lasin fysikaalis-kemialliset ominaisuudet eivät määräydy ainoastaan ​​sen kemiallisen koostumuksen perusteella, vaan liittyvät myös läheisesti sen rakenteeseen. Vain ymmärtämällä lasin rakenteen, koostumuksen, rakenteen ja suorituskyvyn sisäiset suhteet voidaan valmistaa lasimateriaaleja tai -tuotteita, joilla on ennalta määrätyt fysikaalis-kemialliset ominaisuudet muuttamalla kemiallista koostumusta, lämpöhistoriaa tai käyttämällä fysikaalis-kemiallisia käsittelymenetelmiä.

Lasin ominaisuudet

Lasi on amorfisen kiinteän aineen haara, joka on amorfinen materiaali, jolla on kiinteät mekaaniset ominaisuudet. Sitä kutsutaan usein "ylijäähdytetyksi nesteeksi". Luonnossa kiinteällä aineella on kaksi tilaa: hyvä tila ja ei-hyvä tila. Ns. tuottamaton tila on eri menetelmillä saatu kiinteän aineen tila, jolle on tunnusomaista rakenteellinen epäjärjestys. Lasimainen tila on eräänlainen epästandardi kiinteä aine. Lasin atomeilla ei ole kristallin tapaan pitkän kantaman järjestystä avaruudessa, vaan ne ovat nesteen kaltaisia ​​ja niillä on lyhyen kantaman järjestys. Lasi voi säilyttää tietyn muodon kuin kiinteä aine, mutta ei kuin neste, joka virtaa oman painonsa alla. Lasisilla aineilla on seuraavat pääominaisuudet.

(1) Isotrooppisen lasimaisen materiaalin hiukkasten sijoittelu on epäsäännöllinen ja tilastollisesti tasainen. Siksi, kun lasissa ei ole sisäistä jännitystä, sen fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet (kuten kovuus, kimmokerroin, lämpölaajenemiskerroin, lämmönjohtavuus, taitekerroin, johtavuus jne.) ovat samat kaikkiin suuntiin. Kuitenkin, kun lasissa on jännitystä, rakenteellinen tasaisuus tuhoutuu ja lasi näyttää anisotropiaa, kuten ilmeistä optista polkueroa.

(2) Metastatiivisuus

Syy siihen, miksi lasi on metastabiilissa tilassa, on se, että lasi saadaan sulan nopealla jäähdytyksellä. Jäähdytysprosessin aikana nousevan jyrkän viskositeetin vuoksi hiukkasilla ei ole aikaa muodostaa säännöllistä kiteiden järjestelyä, ja järjestelmän sisäinen energia ei ole alhaisimmalla arvolla, vaan metastabiilissa tilassa; Vaikka lasi on korkeammassa energiatilassa, se ei kuitenkaan voi spontaanisti muuttua tuotteeksi korkean viskositeetin vuoksi huoneenlämpötilassa; Vain tietyissä ulkoisissa olosuhteissa, toisin sanoen meidän on voitettava materiaalin mahdollinen este lasimaisesta tilasta kiteiseen tilaan, lasi voidaan erottaa. Siksi lasin tila on termodynamiikan näkökulmasta epävakaa, mutta kinetiikan kannalta stabiili. Vaikka sillä on taipumus itse vapauttava lämpö muuttuu kiteeksi pienellä sisäisellä energialla, todennäköisyys muuttua kidetilaan on hyvin pieni huoneenlämpötilassa, joten lasi on metastabiilissa tilassa.

(3) Ei kiinteää sulamispistettä

Lasimaisen aineen muuttuminen kiinteästä nesteeksi tapahtuu tietyllä lämpötila-alueella (transformaatiolämpötila-alue), joka eroaa kiteisestä aineesta ja jolla ei ole kiinteää sulamispistettä. Kun aine muuttuu sulasta kiinteäksi, jos kyseessä on kiteytysprosessi, järjestelmään muodostuu uusia faaseja ja kiteytyslämpötila, ominaisuudet ja monet muut näkökohdat muuttuvat äkillisesti

Lämpötilan laskiessa sulatteen viskositeetti kasvaa ja lopulta muodostuu kiinteää lasia. Kiinteytysprosessi päättyy laajalla lämpötila-alueella, eikä uusia kiteitä muodostu. Lämpötila-alue sulatuksesta kiinteään lasiin riippuu lasin kemiallisesta koostumuksesta, joka yleensä vaihtelee kymmenistä satoihin asteisiin, joten lasilla ei ole kiinteää sulamispistettä, vaan vain pehmenemislämpötila-alue. Tällä alueella lasi muuttuu vähitellen viskoplastisesta viskoelastiseksi. Tämän ominaisuuden asteittainen muutosprosessi on hyvän työstettävyyden omaavan lasin perusta.

(4) Omaisuuden muutoksen jatkuvuus ja palautuvuus

Lasimaisen materiaalin ominaisuuksien muutosprosessi sulamistilasta kiinteään tilaan on jatkuva ja palautuva, jossa lämpötila-alueella on plastinen alue, jota kutsutaan "transformaatioksi" tai "epänormaaliksi" alueeksi, jossa ominaisuuksissa on erityisiä muutoksia.

Kiteytystapauksessa ominaisuudet muuttuvat käyrän ABCD, t mukaisesti. Se on materiaalin sulamispiste. Kun lasi muodostetaan alijäähdytyksellä, prosessi muuttuu abkfe-käyrän mukaisesti. T on lasittumislämpötila, t on lasin pehmenemislämpötila. Oksidilasin osalta näitä kahta arvoa vastaava viskositeetti on noin 101pa · s ja 1005p · s.

Rikkoutuneen lasin rakenneteoria

"Lasirakenteella" tarkoitetaan ionien tai atomien geometrista konfiguraatiota avaruudessa ja niiden lasissa muodostamia rakenteen muodostajia. Lasin rakenteen tutkimus on konkretisoinut monien lasitutkijoiden ponnisteluja ja viisautta. Ensimmäinen yritys selittää lasin olemusta on g. tammanin alijäähdytetyn nesteen hypoteesi, jonka mukaan lasi on alijäähtynyttä nestettä, Lasin jähmettymisprosessi sulasta kiinteäksi on vain fysikaalinen prosessi, eli lämpötilan alenemisen myötä lasin molekyylit lähestyvät vähitellen liike-energian vähenemisen vuoksi , ja vuorovaikutusvoima kasvaa vähitellen, mikä saa lasin asteen kasvamaan ja muodostaa lopulta tiheän ja epäsäännöllisen kiinteän aineen. Monet ihmiset ovat tehneet paljon työtä. Nykyaikaisen lasirakenteen vaikutusvaltaisimmat hypoteesit ovat: tuoteteoria, satunnaisverkostoteoria, geeliteoria, viiden kulman symmetriateoria, polymeeriteoria ja niin edelleen. Niistä paras lasin tulkinta on tuotteen ja satunnaisen verkoston teoria.

Kristalliteoria

Randell esitti kideteorian lasin rakenteesta vuonna 1930, koska joidenkin lasien säteilykuvio on samanlainen kuin saman koostumuksen kiteiden. Hän ajatteli, että lasi koostuu mikrokiteisestä ja amorfisesta materiaalista. Mikrotuotteella on säännöllinen atomijärjestely ja selkeä raja amorfiseen materiaaliin. Mikrotuotteen koko on 1,0 ~ 1,5 nm, ja sen sisältö on yli 80 %. Mikrokiteisen orientaatio on häiriintynyt. Optisen silikaattilasin hehkutusta tutkiessaan Lebedev havaitsi, että lasin taitekerroinkäyrässä tapahtui äkillinen muutos lämpötilan ollessa 520 ℃. Hän selitti tämän ilmiön kvartsin "mikrokiteisen" homogeenisena muutoksena lasissa 520 ℃:ssa. Lebedev uskoi, että lasi koostuu lukuisista "kiteistä", jotka eroavat mikrokiteisestä. Siirtyminen "kiteestä" amorfiseen alueeseen tapahtuu askel askeleelta, eikä niiden välillä ole selvää rajaa.