Шилний талаархи үндсэн мэдлэг

Шилний бүтэц

Шилний физик-химийн шинж чанар нь түүний химийн найрлагаар тодорхойлогдохоос гадна бүтэцтэй нь нягт холбоотой байдаг. Шилний бүтэц, найрлага, бүтэц, гүйцэтгэлийн дотоод хамаарлыг ойлгосноор химийн найрлага, дулааны түүхийг өөрчлөх эсвэл физик, химийн боловсруулалтын зарим аргыг ашиглан урьдчилан тодорхойлсон физик-химийн шинж чанар бүхий шилэн материал эсвэл бүтээгдэхүүн хийх боломжтой болно.

Шилний шинж чанар

Шил нь аморф хатуу биетийн салбар бөгөөд хатуу механик шинж чанартай аморф материал юм. Үүнийг ихэвчлэн "хэт хөргөсөн шингэн" гэж нэрлэдэг. Байгальд хатуу материйн хоёр төлөв байдаг: сайн төлөв ба сайн биш төлөв. Бүтээмжгүй төлөв гэж нэрлэгддэг байдал нь янз бүрийн аргаар олж авсан хатуу бодисын төлөв байдал бөгөөд бүтцийн эмгэгээр тодорхойлогддог. Шилэн төлөв нь нэг төрлийн стандарт бус хатуу юм. Шилэн дэх атомууд нь болор шиг сансар огторгуйд урт хугацааны дараалсан байрлалтай байдаггүй, гэхдээ тэдгээр нь шингэнтэй төстэй бөгөөд ойрын зайн дараалсан байрлалтай байдаг. Шил нь хатуу биет шиг тодорхой хэлбэрийг хадгалж чаддаг боловч өөрийн жин дор урсдаг шингэн шиг биш юм. Шилэн бодис нь дараах үндсэн шинж чанартай байдаг.

(1) Изотроп шилэн материалын хэсгүүдийн зохион байгуулалт жигд бус, статистикийн хувьд жигд байна. Иймээс шилэн доторх дотоод ачаалал байхгүй үед түүний физик, химийн шинж чанар (хатуулаг, уян хатан модуль, дулааны тэлэлтийн коэффициент, дулаан дамжилтын илтгэлцүүр, хугарлын илтгэгч, дамжуулалт гэх мэт) бүх чиглэлд ижил байна. Гэсэн хэдий ч шилэнд стресс үүсэх үед бүтцийн жигд байдал эвдэрч, шил нь илэрхий оптик замын ялгаа гэх мэт анизотропийг харуулах болно.

(2) Метаат чадвар

Шил яагаад хувирамтгай байдалд байгаагийн шалтгаан нь хайлмалыг хурдан хөргөх замаар шилийг гаргаж авдаг. Хөргөх явцад зуурамтгай чанар огцом нэмэгддэг тул тоосонцор нь талстуудын тогтмол зохион байгуулалтыг бий болгох цаг хугацаа байхгүй бөгөөд системийн дотоод энерги нь хамгийн бага утгатай биш, харин метастабил төлөвт байдаг; Гэсэн хэдий ч шил нь илүү эрчим хүчний төлөвт байгаа хэдий ч өрөөний температурт өндөр зуурамтгай чанараас болж аяндаа бүтээгдэхүүн болж хувирч чадахгүй; Зөвхөн тодорхой гадаад нөхцөлд, өөрөөр хэлбэл бид материалын шиллэг төлөвөөс талст төлөвт хүрэх боломжит саадыг даван туулах ёстой тул шилийг салгаж болно. Тиймээс термодинамикийн үүднээс шилний төлөв тогтворгүй, харин кинетикийн үүднээс авч үзвэл тогтвортой байна. Энэ нь дулааныг өөрөө ялгаруулж, дотоод энерги багатай болор болж хувирах хандлагатай боловч өрөөний температурт болор төлөвт шилжих магадлал маш бага тул шил нь метастабил төлөвт байдаг.

(3) Тогтмол хайлах цэг байхгүй

Шилэн бодисыг хатуу бодисоос шингэн болгон хувиргах нь тодорхой температурын мужид (хувиргах температурын муж) явагддаг бөгөөд энэ нь талст бодисоос ялгаатай бөгөөд тогтсон хайлах цэггүй байдаг. Бодис хайлмалаас хатуу болж хувирах үед хэрэв энэ нь талстжих процесс бол системд шинэ фазууд үүсч, талсжих температур, шинж чанар болон бусад олон талууд огцом өөрчлөгдөнө.

Температур буурах тусам хайлмалын зуурамтгай чанар нэмэгдэж, эцэст нь хатуу шил үүснэ. Хатуурах процесс нь өргөн температурын мужид дуусч, шинэ талстууд үүсэхгүй. Хайлмалаас хатуу шил рүү шилжих температурын хүрээ нь шилний химийн найрлагаас хамаардаг бөгөөд энэ нь ерөнхийдөө хэдэн арван, хэдэн зуун градусын хооронд хэлбэлздэг тул шил нь хайлах тогтмол цэггүй, зөвхөн зөөлрүүлэх температурын хүрээтэй байдаг. Энэ мужид шил нь аажмаар наалдамхай пластикаас наалдамхай болж хувирдаг. Энэ өмчийг аажмаар өөрчлөх үйл явц нь сайн боловсруулах чадвартай шилний үндэс суурь юм.

(4) Үл хөдлөх хөрөнгийн өөрчлөлтийн тасралтгүй байдал, урвуу байдал

Шилэн материалын хайлах төлөвөөс хатуу төлөвт шилжих үйл явц нь тасралтгүй бөгөөд буцах боломжтой бөгөөд үүнд "хувиргах" эсвэл "хэвийн бус" гэж нэрлэгддэг хуванцар хэсэг байдаг температурын мужид шинж чанар нь онцгой өөрчлөлттэй байдаг.

Талсжилтын хувьд шинж чанар нь ABCD, t муруйн дагуу өөрчлөгдөнө. Энэ нь материалын хайлах цэг юм. Хэт хөргөлтөөр шил үүсэх үед процесс abkfe муруйд үзүүлсэн шиг өөрчлөгддөг. T нь шилний шилжилтийн температур, t нь шилний зөөлрөх температур юм. Исэл шилний хувьд эдгээр хоёр утгатай тохирох зуурамтгай чанар нь ойролцоогоор 101pa · s ба 1005p · с байна.

Хагарсан шилний бүтцийн онол

"Шилэн бүтэц" гэдэг нь орон зай дахь ион эсвэл атомын геометрийн тохиргоо, шилэн доторх бүтцийг бүрдүүлдэг бүтцийг хэлнэ. Шилний бүтцийг судлах нь олон шилэн эрдэмтдийн шаргуу хичээл зүтгэл, мэргэн ухааныг бодитой болгосон. Шилний мөн чанарыг тайлбарлах анхны оролдлого бол g. Тамманы хэт хөргөсөн шингэний таамаглал нь шилийг хэт хөргөсөн шингэн гэж үздэг. Шил хайлмалаас хатуу болж хатуурах процесс нь зөвхөн физик процесс бөгөөд өөрөөр хэлбэл температур буурах тусам кинетик энерги багасч шилний молекулууд аажмаар ойртож байдаг. , ба харилцан үйлчлэлийн хүч аажмаар нэмэгдэж, энэ нь шилний зэрэглэлийг нэмэгдүүлж, эцэст нь нягт, жигд бус хатуу бодис үүсгэдэг. Олон хүмүүс маш их ажил хийсэн. Орчин үеийн шилэн бүтцийн хамгийн нөлөө бүхий таамаглалууд нь: бүтээгдэхүүний онол, санамсаргүй сүлжээний онол, гель онол, таван өнцгийн тэгш хэмийн онол, полимер онол гэх мэт. Тэдгээрийн дотроос шилний хамгийн сайн тайлбар бол бүтээгдэхүүний онол ба санамсаргүй сүлжээ юм.

Кристалын онол

Рэнделл 1930 онд шилний бүтцийн талст онолыг дэвшүүлсэн, учир нь зарим шилний цацрагийн загвар нь ижил найрлагатай талстуудтай төстэй байдаг. Шил нь бичил талст болон аморф материалаас тогтдог гэж тэр бодсон. Бичил бүтээгдэхүүн нь тогтмол атомын зохион байгуулалттай, аморф материалтай тодорхой хил хязгаартай байдаг. Бичил бүтээгдэхүүний хэмжээ 1.0 ~ 1.5 нм бөгөөд түүний агууламж 80 гаруй хувийг эзэлдэг. Микрокристаллуудын чиглэл эмх замбараагүй байна. Лебедев силикат оптик шилийг зөөлрүүлэх үйл явцыг судлахдаа 520 ℃ температуртай шилний хугарлын индексийн муруйн огцом өөрчлөлтийг олж мэдэв. Тэрээр энэ үзэгдлийг 520 ℃ температурт шилэн доторх "микрокристал" кварцын нэгэн төрлийн өөрчлөлт гэж тайлбарлав. Лебедев шил нь бичил талстаас ялгаатай олон тооны "талст" -аас бүрддэг гэж үздэг бөгөөд "болор" -оос аморф муж руу шилжих шилжилт алхам алхмаар явагддаг бөгөөд тэдгээрийн хооронд тодорхой хил хязгаар байдаггүй.