Шыны туралы негізгі білім

Шыны құрылымы

Шынының физика-химиялық қасиеттері оның химиялық құрамымен ғана анықталмайды, сонымен қатар оның құрылымымен де тығыз байланысты. Шынының құрылымы, құрамы, құрылымы мен өнімділігі арасындағы ішкі байланысты түсіну арқылы ғана химиялық құрамын, термиялық тарихын өзгерту немесе кейбір физикалық және химиялық өңдеу әдістерін қолдану арқылы алдын ала анықталған физикалық-химиялық қасиеттері бар шыны материалдарын немесе бұйымдарын жасауға болады.

Шыныға тән қасиеттер

Шыны - қатты механикалық қасиеттері бар аморфты материал болып табылатын аморфты қатты заттардың тармағы. Оны жиі «өте салқындатылған сұйықтық» деп атайды. Табиғатта қатты заттың екі күйі бар: жақсы күй және жақсы емес күй. Өндіріссіз күй деп аталатын күй - әртүрлі әдістермен алынған және құрылымдық бұзылулармен сипатталатын қатты заттардың күйі. Шыны күйі стандартты емес қатты заттың бір түрі. Шыныдағы атомдар кристал сияқты кеңістікте ұзақ мерзімді реттелген орналасуға ие емес, бірақ олар сұйықтыққа ұқсас және қысқа қашықтықта реттелген орналасуы бар. Шыны қатты дене сияқты белгілі бір пішінді сақтай алады, бірақ өз салмағымен ағып жатқан сұйықтық сияқты емес. Шыны тәрізді заттардың келесі негізгі сипаттамалары бар.

(1) Изотропты шыны тәрізді материал бөлшектерінің орналасуы тұрақты емес және статистикалық түрде біркелкі. Сондықтан шыныда ішкі кернеу болмаған кезде оның физикалық және химиялық қасиеттері (қаттылық, серпімділік модулі, жылу кеңею коэффициенті, жылу өткізгіштік, сыну көрсеткіші, өткізгіштік және т.б.) барлық бағытта бірдей болады. Дегенмен, шыныда кернеу болған кезде, құрылымдық біркелкі бұзылады, ал шыны анизотропияны көрсетеді, мысалы, айқын оптикалық жол айырмашылығы.

(2) Метатұрақтылық

Шыны метастабилді күйде болуының себебі, шыны балқыманы тез суыту арқылы алынады. Салқындату процесі кезінде тұтқырлықтың күрт артуына байланысты бөлшектердің кристалдардың бір қалыпты орналасуын қалыптастыруға уақыты болмайды, ал жүйенің ішкі энергиясы ең төменгі мәнде емес, метатұрақты күйде болады; Дегенмен, шыны жоғары энергетикалық күйде болса да, бөлме температурасында тұтқырлығы жоғары болғандықтан, ол өздігінен өнімге айнала алмайды; Тек белгілі бір сыртқы жағдайларда ғана, яғни шыны күйінен кристалдық күйге дейінгі материалдың потенциалдық кедергісін еңсеру керек, әйнекті бөлуге болады. Сондықтан термодинамика тұрғысынан шыны күйі тұрақсыз, ал кинетика тұрғысынан ол тұрақты. Ішкі энергиясы төмен кристалға айналатын жылуды өздігінен бөліп шығару тенденциясы болғанымен, бөлме температурасында кристалдық күйге айналу ықтималдығы өте аз, сондықтан шыны метатұрақты күйде.

(3) Белгіленген балқу температурасы жоқ

Шыны тәрізді заттың қатты заттан сұйыққа айналуы кристалдық заттан ерекшеленетін және тұрақты балқу температурасы жоқ белгілі бір температура диапазонында (трансформация температурасының диапазонында) жүзеге асырылады. Зат балқымадан қатты күйге ауысқанда, егер ол кристалдану процесі болса, жүйеде жаңа фазалар пайда болады және кристалдану температурасы, қасиеттері және басқа да көптеген аспектілері күрт өзгереді.

Температура төмендеген сайын балқыманың тұтқырлығы артады, ең соңында қатты шыны түзіледі. Қатаю процесі кең температура диапазонында аяқталады және жаңа кристалдар түзілмейді. Балқымадан қатты шыныға өтудің температура диапазоны шынының химиялық құрамына байланысты, ол әдетте ондаған және жүздеген градусқа дейін ауытқиды, сондықтан шынының тұрақты балқу температурасы жоқ, тек жұмсарту температурасының диапазоны болады. Бұл диапазонда шыны бірте-бірте вископластикадан тұтқыр серпімдіге ауысады. Бұл қасиеттің біртіндеп өзгеру процесі жақсы өңдеуге қабілетті шыны негізі болып табылады.

(4) Меншік өзгерісінің үздіксіздігі және қайтымдылығы

Шыны тәрізді материалдың балқу күйінен қатты күйге дейінгі қасиетінің өзгеру процесі үздіксіз және қайтымды болып табылады, бұл жерде температуралық аймақтың пластикалық бөлімі бар, «трансформация» немесе «анормальды» аймақ деп аталады, оның қасиеттері ерекше өзгерістерге ие.

Кристалдану жағдайында қасиеттер ABCD, t қисығында көрсетілгендей өзгереді. Бұл материалдың балқу нүктесі. Шыны қатты салқындату арқылы пайда болған кезде процесс abkfe қисығында көрсетілгендей өзгереді. T - шыныға өту температурасы, t - шыны жұмсарту температурасы. Оксидті шыны үшін осы екі мәнге сәйкес келетін тұтқырлық шамамен 101pa · с және 1005p · с құрайды.

Сынған әйнектің құрылымдық теориясы

«Шыны құрылымы» кеңістіктегі иондардың немесе атомдардың геометриялық конфигурациясын және олар шыныда түзетін құрылымды білдіреді. Шыны құрылымын зерттеу көптеген шыны ғалымдарының қажырлы күш-жігері мен даналығын жүзеге асырды. Шынының мәнін түсіндірудің бірінші әрекеті г. Тамманның өте салқындатылған сұйық гипотезасы, ол шыныны қатты салқындатылған сұйықтық деп есептейді, Шыны балқымадан қатты күйге дейін қату процесі тек физикалық процесс, яғни температураның төмендеуімен кинетикалық энергияның төмендеуіне байланысты шыны молекулалары бірте-бірте жақындайды. , ал өзара әрекеттесу күші бірте-бірте өседі, бұл шыны дәрежесін жоғарылатады, ең соңында тығыз және дұрыс емес қатты зат түзеді. Көптеген адамдар көп жұмыс жасады. Қазіргі заманғы шыны құрылымының ең ықпалды гипотезалары: өнім теориясы, кездейсоқ желі теориясы, гель теориясы, бес бұрыштық симметрия теориясы, полимер теориясы және т.б. Олардың ішінде әйнектің ең жақсы түсіндірмесі - өнім теориясы және кездейсоқ желі.

Кристалл теориясы

Рэнделл 1930 жылы шыны құрылымының кристалдық теориясын алға тартты, себебі кейбір шынылардың сәулелену үлгісі бір құрамдағы кристалдарға ұқсас. Ол шыны микрокристалды және аморфты материалдан тұрады деп ойлады. Микроөнім тұрақты атомдық орналасуға және аморфты материалмен айқын шекараға ие. Микроөнім өлшемі 1,0 ~ 1,5 нм және оның мазмұны 80% -дан астамды құрайды. Микрокристаллдың бағдары бұзылған. Лебедев силикат оптикалық шынының күйдірілуін зерттей отырып, 520 ℃ температурада шынының сыну көрсеткішінің қисық сызығының кенеттен өзгеруін анықтады. Ол бұл құбылысты шыныдағы «микрокристалдық» кварцтың 520 ℃ температурада біртекті өзгеруі деп түсіндірді. Лебедев шыны микрокристалдан ерекшеленетін көптеген «кристалдардан» тұрады деп есептеді, «кристалдан» аморфты аймаққа өту кезең-кезеңімен аяқталады және олардың арасында айқын шекара жоқ.