कांच का बुनियादी ज्ञान

कांच की संरचना

कांच के भौतिक-रासायनिक गुण न केवल इसकी रासायनिक संरचना से निर्धारित होते हैं, बल्कि इसकी संरचना से भी निकटता से संबंधित होते हैं। केवल कांच की संरचना, संयोजन, संरचना और प्रदर्शन के बीच आंतरिक संबंध को समझकर, रासायनिक संरचना, थर्मल इतिहास को बदलकर या कुछ भौतिक और रासायनिक उपचार विधियों का उपयोग करके पूर्व निर्धारित भौतिक रासायनिक गुणों के साथ कांच सामग्री या उत्पाद बनाना संभव हो सकता है।

कांच के लक्षण

कांच अनाकार ठोस की एक शाखा है, जो ठोस यांत्रिक गुणों वाला एक अनाकार पदार्थ है। इसे अक्सर "सुपरकूल्ड लिक्विड" कहा जाता है। प्रकृति में, ठोस पदार्थ की दो अवस्थाएँ होती हैं: अच्छी अवस्था और गैर अच्छी अवस्था। तथाकथित अनुत्पादक अवस्था विभिन्न तरीकों से प्राप्त ठोस पदार्थ की वह अवस्था है जो संरचनात्मक विकार द्वारा विशेषता होती है। ग्लासी अवस्था एक प्रकार का अमानक ठोस है। कांच के परमाणुओं में क्रिस्टल की तरह अंतरिक्ष में लंबी दूरी की व्यवस्थित व्यवस्था नहीं होती है, लेकिन वे तरल के समान होते हैं और कम दूरी की व्यवस्थित व्यवस्था रखते हैं। कांच ठोस की तरह एक निश्चित आकार बनाए रख सकता है, लेकिन अपने वजन के नीचे बहते तरल की तरह नहीं। कांचयुक्त पदार्थों की निम्नलिखित मुख्य विशेषताएँ होती हैं।

(1) आइसोट्रोपिक ग्लासी सामग्री के कणों की व्यवस्था अनियमित और सांख्यिकीय रूप से एक समान है। इसलिए, जब कांच में कोई आंतरिक तनाव नहीं होता है, तो इसके भौतिक और रासायनिक गुण (जैसे कठोरता, लोचदार मापांक, थर्मल विस्तार गुणांक, थर्मल चालकता, अपवर्तक सूचकांक, चालकता, आदि) सभी दिशाओं में समान होते हैं। हालाँकि, जब ग्लास में तनाव होता है, तो संरचनात्मक एकरूपता नष्ट हो जाएगी, और ग्लास अनिसोट्रॉपी दिखाएगा, जैसे स्पष्ट ऑप्टिकल पथ अंतर।

(2) मेटास्टेबिलिटी

कांच के मेटास्टेबल अवस्था में होने का कारण यह है कि कांच पिघल के तेजी से ठंडा होने से प्राप्त होता है। शीतलन प्रक्रिया के दौरान चिपचिपाहट में तेज वृद्धि के कारण, कणों के पास क्रिस्टल की नियमित व्यवस्था बनाने का समय नहीं होता है, और सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा न्यूनतम मूल्य पर नहीं, बल्कि मेटास्टेबल अवस्था में होती है; हालाँकि, हालाँकि ग्लास उच्च ऊर्जा अवस्था में है, लेकिन कमरे के तापमान पर इसकी उच्च चिपचिपाहट के कारण यह स्वचालित रूप से उत्पाद में परिवर्तित नहीं हो सकता है; केवल कुछ बाहरी परिस्थितियों में, अर्थात्, हमें कांच जैसी अवस्था से क्रिस्टलीय अवस्था तक सामग्री की संभावित बाधा को दूर करना होगा, क्या कांच को अलग किया जा सकता है। इसलिए, ऊष्मागतिकी के दृष्टिकोण से, कांच की अवस्था अस्थिर है, लेकिन गतिकी के दृष्टिकोण से, यह स्थिर है। यद्यपि इसमें कम आंतरिक ऊर्जा के साथ क्रिस्टल में परिवर्तित होने वाली गर्मी को स्वयं जारी करने की प्रवृत्ति होती है, लेकिन कमरे के तापमान पर क्रिस्टल अवस्था में परिवर्तित होने की संभावना बहुत कम होती है, इसलिए ग्लास मेटास्टेबल अवस्था में होता है।

(3) कोई निश्चित गलनांक नहीं

कांच जैसे पदार्थ का ठोस से तरल में परिवर्तन एक निश्चित तापमान सीमा (परिवर्तन तापमान सीमा) में किया जाता है, जो क्रिस्टलीय पदार्थ से भिन्न होता है और इसका कोई निश्चित गलनांक नहीं होता है। जब कोई पदार्थ पिघलकर ठोस में परिवर्तित हो जाता है, यदि यह एक क्रिस्टलीकरण प्रक्रिया है, तो सिस्टम में नए चरण बनेंगे, और क्रिस्टलीकरण तापमान, गुण और कई अन्य पहलू अचानक बदल जाएंगे।

जैसे-जैसे तापमान घटता है, पिघल की चिपचिपाहट बढ़ती है और अंततः ठोस कांच बनता है। जमने की प्रक्रिया एक विस्तृत तापमान सीमा में पूरी होती है, और कोई नया क्रिस्टल नहीं बनता है। पिघले से ठोस कांच में संक्रमण की तापमान सीमा कांच की रासायनिक संरचना पर निर्भर करती है, जो आम तौर पर दसियों से सैकड़ों डिग्री तक उतार-चढ़ाव करती है, इसलिए कांच का कोई निश्चित पिघलने बिंदु नहीं होता है, बल्कि केवल नरम तापमान सीमा होती है। इस श्रेणी में, ग्लास धीरे-धीरे विस्कोप्लास्टिक से विस्कोइलास्टिक में बदल जाता है। इस गुण की क्रमिक परिवर्तन प्रक्रिया अच्छी प्रक्रियाशीलता वाले ग्लास का आधार है।

(4) संपत्ति परिवर्तन की निरंतरता और प्रतिवर्तीता

काँचयुक्त पदार्थ के पिघलने की अवस्था से ठोस अवस्था में आने की गुण परिवर्तन प्रक्रिया सतत एवं प्रतिवर्ती होती है, जिसमें तापमान क्षेत्र का एक भाग प्लास्टिक होता है, जिसे "परिवर्तन" या "असामान्य" क्षेत्र कहा जाता है, जिसमें गुणों में विशेष परिवर्तन होते हैं।

क्रिस्टलीकरण के मामले में, गुण बदल जाते हैं जैसा कि वक्र एबीसीडी, टी में दिखाया गया है। यह पदार्थ का गलनांक है। जब सुपरकूलिंग द्वारा ग्लास बनता है, तो प्रक्रिया बदल जाती है जैसा कि एबीकेएफई वक्र में दिखाया गया है। T कांच का संक्रमण तापमान है, t कांच का नरम होने का तापमान है। ऑक्साइड ग्लास के लिए, इन दो मानों के अनुरूप चिपचिपाहट लगभग 101pa · s और 1005p · s है।

टूटे शीशे की संरचना सिद्धांत

"कांच की संरचना" अंतरिक्ष में आयनों या परमाणुओं के ज्यामितीय विन्यास और उनके द्वारा कांच में बनने वाली संरचना को संदर्भित करती है। कांच की संरचना पर शोध ने कई कांच वैज्ञानिकों के श्रमसाध्य प्रयासों और बुद्धिमत्ता को मूर्त रूप दिया है। कांच के सार को समझाने का पहला प्रयास जी है। तम्मन की अतिशीतित तरल परिकल्पना, जो मानती है कि कांच अतिठंडा तरल है, कांच के पिघलकर ठोस बनने की प्रक्रिया केवल एक भौतिक प्रक्रिया है, अर्थात तापमान में कमी के साथ गतिज ऊर्जा में कमी के कारण कांच के अणु धीरे-धीरे करीब आते हैं। , और अंतःक्रिया बल धीरे-धीरे बढ़ता है, जिससे कांच की डिग्री बढ़ती है, और अंत में एक घने और अनियमित ठोस पदार्थ का निर्माण होता है। बहुत से लोगों ने बहुत काम किया है. आधुनिक कांच संरचना की सबसे प्रभावशाली परिकल्पनाएं हैं: उत्पाद सिद्धांत, यादृच्छिक नेटवर्क सिद्धांत, जेल सिद्धांत, पांच कोण समरूपता सिद्धांत, बहुलक सिद्धांत इत्यादि। उनमें से कांच की सबसे अच्छी व्याख्या उत्पाद और यादृच्छिक नेटवर्क का सिद्धांत है।

क्रिस्टल सिद्धांत

रैंडेल एल ने 1930 में कांच की संरचना के क्रिस्टल सिद्धांत को सामने रखा, क्योंकि कुछ चश्मे का विकिरण पैटर्न समान संरचना के क्रिस्टल के समान होता है। उन्होंने सोचा कि कांच माइक्रोक्रिस्टलाइन और अनाकार सामग्री से बना है। सूक्ष्म उत्पाद में नियमित परमाणु व्यवस्था और अनाकार सामग्री के साथ स्पष्ट सीमा होती है। माइक्रोप्रोडक्ट का आकार 1.0 ~ 1.5nm है, और इसकी सामग्री 80% से अधिक है। माइक्रोक्रिस्टलाइन का अभिविन्यास अव्यवस्थित है। सिलिकेट ऑप्टिकल ग्लास के एनीलिंग का अध्ययन करने में, लेबेडेव ने पाया कि 520 ℃ पर तापमान के साथ ग्लास अपवर्तक सूचकांक के वक्र में अचानक परिवर्तन हुआ था। उन्होंने इस घटना को 520 ℃ पर ग्लास में क्वार्ट्ज "माइक्रोक्रिस्टलाइन" के सजातीय परिवर्तन के रूप में समझाया। लेबेडेव का मानना ​​था कि कांच कई "क्रिस्टल" से बना है, जो माइक्रोक्रिस्टलाइन से भिन्न हैं, "क्रिस्टल" से अनाकार क्षेत्र में संक्रमण चरण दर चरण पूरा होता है, और उनके बीच कोई स्पष्ट सीमा नहीं होती है।