შუშის საბაზისო ცოდნა

შუშის სტრუქტურა

შუშის ფიზიკურ-ქიმიური თვისებები განისაზღვრება არა მხოლოდ მისი ქიმიური შემადგენლობით, არამედ მჭიდრო კავშირშია მის სტრუქტურასთან. მხოლოდ შუშის სტრუქტურის, შემადგენლობის, სტრუქტურისა და ფუნქციონირების შინაგანი ურთიერთობის გააზრებით, შესაძლებელია მინის მასალების ან პროდუქტების დამზადება წინასწარ განსაზღვრული ფიზიკურ-ქიმიური თვისებებით, ქიმიური შემადგენლობის, თერმული ისტორიის შეცვლით ან ფიზიკური და ქიმიური დამუშავების მეთოდების გამოყენებით.

შუშის მახასიათებლები

მინა არის ამორფული მყარი ტოტი, რომელიც არის ამორფული მასალა მყარი მექანიკური თვისებებით. მას ხშირად უწოდებენ "ზედმეტად გაცივებულ სითხეს". ბუნებაში არსებობს მყარი მატერიის ორი მდგომარეობა: კარგი მდგომარეობა და არა კარგი მდგომარეობა. ეგრეთ წოდებული არაპროდუქტიული მდგომარეობა არის მყარი ნივთიერების მდგომარეობა, რომელიც მიღებულია სხვადასხვა მეთოდით და ხასიათდება სტრუქტურული აშლილობით. შუშის მდგომარეობა ერთგვარი არასტანდარტული მყარია. მინის ატომებს არ აქვთ შორ მანძილზე მოწესრიგებული განლაგება სივრცეში, როგორც ბროლი, მაგრამ ისინი მსგავსია თხევადი და აქვთ მოკლე დიაპაზონის მოწესრიგებული განლაგება. შუშას შეუძლია შეინარჩუნოს გარკვეული ფორმა, როგორც მყარი, მაგრამ არა როგორც სითხე, რომელიც მიედინება საკუთარი წონის ქვეშ. შუშის ნივთიერებებს აქვთ შემდეგი ძირითადი მახასიათებლები.

(1) იზოტროპული მინის მასალის ნაწილაკების განლაგება არარეგულარული და სტატისტიკურად ერთგვაროვანია. ამიტომ, როდესაც მინაში არ არის შიდა სტრესი, მისი ფიზიკური და ქიმიური თვისებები (როგორიცაა სიმტკიცე, დრეკადობის მოდული, თერმული გაფართოების კოეფიციენტი, თბოგამტარობა, გარდატეხის ინდექსი, გამტარობა და ა.შ.) ყველა მიმართულებით ერთნაირია. თუმცა, როდესაც მინაში არის სტრესი, სტრუქტურული ერთგვაროვნება განადგურდება და მინა აჩვენებს ანიზოტროპიას, როგორიცაა აშკარა ოპტიკური ბილიკის განსხვავება.

(2) მეტასტაბილურობა

მინა მეტასტაბილურ მდგომარეობაში არის ის, რომ მინა მიიღება დნობის სწრაფი გაგრილებით. გაციების პროცესში სიბლანტის მკვეთრი ზრდის გამო, ნაწილაკებს არ აქვთ დრო, რომ ჩამოაყალიბონ კრისტალების რეგულარული მოწყობა, ხოლო სისტემის შიდა ენერგია არის არა ყველაზე დაბალ მნიშვნელობაზე, არამედ მეტასტაბილურ მდგომარეობაში; თუმცა, მიუხედავად იმისა, რომ მინა უფრო ენერგეტიკულ მდგომარეობაშია, მას არ შეუძლია სპონტანურად გარდაიქმნას პროდუქტად, ოთახის ტემპერატურაზე მაღალი სიბლანტის გამო; მხოლოდ გარკვეულ გარე პირობებში, ანუ ჩვენ უნდა გადავლახოთ მასალის პოტენციური ბარიერი მინის მდგომარეობიდან კრისტალურ მდგომარეობაში, შეიძლება შუშის გამოყოფა. მაშასადამე, თერმოდინამიკის თვალსაზრისით, შუშის მდგომარეობა არასტაბილურია, მაგრამ კინეტიკური თვალსაზრისით სტაბილურია. მიუხედავად იმისა, რომ მას აქვს ტენდენცია თვითგანთავისუფლების სითბოს გარდაქმნას კრისტალად დაბალი შიდა ენერგიით, კრისტალურ მდგომარეობაში გადაქცევის ალბათობა ძალიან მცირეა ოთახის ტემპერატურაზე, ამიტომ მინა მეტასტაბილურ მდგომარეობაშია.

(3) არ არის ფიქსირებული დნობის წერტილი

შუშის ნივთიერების გადაქცევა მყარიდან თხევადში ხდება გარკვეული ტემპერატურის დიაპაზონში (ტრანსფორმაციის ტემპერატურის დიაპაზონი), რომელიც განსხვავდება კრისტალური ნივთიერებისგან და არ გააჩნია ფიქსირებული დნობის წერტილი. როდესაც ნივთიერება გარდაიქმნება დნობიდან მყარად, თუ ეს არის კრისტალიზაციის პროცესი, სისტემაში წარმოიქმნება ახალი ფაზები და მკვეთრად შეიცვლება კრისტალიზაციის ტემპერატურა, თვისებები და მრავალი სხვა ასპექტი.

ტემპერატურის კლებასთან ერთად იზრდება დნობის სიბლანტე და საბოლოოდ წარმოიქმნება მყარი მინა. გამაგრების პროცესი სრულდება ფართო ტემპერატურის დიაპაზონში და ახალი კრისტალები არ წარმოიქმნება. დნობიდან მყარ მინაზე გადასვლის ტემპერატურული დიაპაზონი დამოკიდებულია შუშის ქიმიურ შემადგენლობაზე, რომელიც ჩვეულებრივ მერყეობს ათეულიდან ასეულ გრადუსამდე, ამიტომ მინას არ აქვს დნობის წერტილი, მაგრამ მხოლოდ დარბილების ტემპერატურის დიაპაზონი. ამ დიაპაზონში, მინა თანდათანობით გარდაიქმნება ვისკოპლასტიკურიდან ვისკოელასტიკურად. ამ თვისების თანდათანობითი ცვლილების პროცესი არის კარგი დამუშავების მქონე მინის საფუძველი.

(4) ქონების ცვლილების უწყვეტობა და შექცევადობა

შუშის მასალის თვისების შეცვლის პროცესი დნობის მდგომარეობიდან მყარ მდგომარეობაში არის უწყვეტი და შექცევადი, რომელშიც არის პლასტიკური ტემპერატურული ზონის მონაკვეთი, რომელსაც ეწოდება "ტრანსფორმაცია" ან "არანორმალური" რეგიონი, რომელშიც თვისებები განსაკუთრებული ცვლილებებია.

კრისტალიზაციის შემთხვევაში, თვისებები იცვლება, როგორც ნაჩვენებია მრუდი ABCD, t. ეს არის მასალის დნობის წერტილი. როდესაც მინა წარმოიქმნება სუპერ გაგრილებით, პროცესი იცვლება, როგორც ნაჩვენებია abkfe მრუდი. T არის მინის გადასვლის ტემპერატურა, t არის მინის დარბილების ტემპერატურა. ოქსიდის მინისთვის, ამ ორი მნიშვნელობის შესაბამისი სიბლანტე არის დაახლოებით 101pa · s და 1005p · s.

გატეხილი მინის სტრუქტურის თეორია

"შუშის სტრუქტურა" ეხება იონების ან ატომების გეომეტრიულ კონფიგურაციას სივრცეში და სტრუქტურის ფორმირებებს, რომლებიც მათ ქმნიან მინაში. მინის სტრუქტურის კვლევამ მოახდინა მინის მრავალი მეცნიერის მტკივნეული ძალისხმევა და სიბრძნე. მინის არსის ახსნის პირველი მცდელობა არის გ. ტამანის სუპერგაციებული სითხის ჰიპოთეზა, რომელიც ამტკიცებს, რომ მინა არის სუპერგაციებული სითხე, შუშის გამაგრების პროცესი დნობიდან მყარად არის მხოლოდ ფიზიკური პროცესი, ანუ ტემპერატურის კლებასთან ერთად მინის მოლეკულები თანდათან უახლოვდება კინეტიკური ენერგიის შემცირების გამო. , და ურთიერთქმედების ძალა თანდათან იზრდება, რაც შუშის ხარისხს მატებს და ბოლოს მკვრივ და არარეგულარულ მყარ ნივთიერებას ქმნის. ბევრმა ადამიანმა ბევრი სამუშაო გააკეთა. თანამედროვე მინის სტრუქტურის ყველაზე გავლენიანი ჰიპოთეზებია: პროდუქტის თეორია, შემთხვევითი ქსელის თეორია, გელის თეორია, ხუთი კუთხის სიმეტრიის თეორია, პოლიმერის თეორია და ა.შ. მათ შორის, მინის საუკეთესო ინტერპრეტაცია არის პროდუქტის თეორია და შემთხვევითი ქსელი.

კრისტალური თეორია

რანდელმა წამოაყენა მინის სტრუქტურის კრისტალური თეორია 1930 წელს, რადგან ზოგიერთი შუშის რადიაციული ნიმუში მსგავსია იმავე შემადგენლობის კრისტალების. ის ფიქრობდა, რომ მინა შედგება მიკროკრისტალური და ამორფული მასალისგან. მიკროპროდუქტს აქვს რეგულარული ატომური განლაგება და აშკარა საზღვარი ამორფულ მასალასთან. მიკროპროდუქტის ზომაა 1.0 ~ 1.5 ნმ და მისი შინაარსი შეადგენს 80%-ზე მეტს. მიკროკრისტალური ორიენტაცია დარღვეულია. სილიკატური ოპტიკური შუშის დადუღების შესწავლისას ლებედევმა აღმოაჩინა, რომ იყო უეცარი ცვლილება მინის გარდატეხის ინდექსის მრუდის ტემპერატურით 520 ℃. მან ეს ფენომენი ახსნა, როგორც კვარცის "მიკროკრისტალური" ერთგვაროვანი ცვლილება მინაში 520 ℃. ლებედევი თვლიდა, რომ მინა შედგება მრავალი "კრისტალებისგან", რომლებიც განსხვავდება მიკროკრისტალურისგან, "კრისტალიდან" ამორფულ რეგიონში გადასვლა ეტაპობრივად სრულდება და მათ შორის აშკარა საზღვარი არ არსებობს.