Pengetahuan Asas Kaca

Struktur kaca

Sifat fizikokimia kaca bukan sahaja ditentukan oleh komposisi kimianya, tetapi juga berkait rapat dengan strukturnya. Hanya dengan memahami hubungan dalaman antara struktur, komposisi, struktur dan prestasi kaca, bolehlah membuat bahan atau produk kaca dengan sifat fizikokimia yang telah ditetapkan dengan menukar komposisi kimia, sejarah haba atau menggunakan beberapa kaedah rawatan fizikal dan kimia.

Ciri-ciri kaca

Kaca ialah cabang pepejal amorf, iaitu bahan amorf dengan sifat mekanikal pepejal. Ia sering dipanggil "cecair supercooled". Secara semula jadi, terdapat dua keadaan jirim pepejal: keadaan baik dan keadaan tidak baik. Keadaan yang dipanggil tidak produktif ialah keadaan bahan pepejal yang diperolehi dengan kaedah yang berbeza dan dicirikan oleh gangguan struktur. Keadaan berkaca ialah sejenis pepejal bukan piawai. Atom-atom dalam kaca tidak mempunyai susunan tertib jarak jauh di angkasa seperti kristal, tetapi ia serupa dengan cecair dan mempunyai susunan tertib jarak dekat. Kaca boleh mengekalkan bentuk tertentu seperti pepejal, tetapi tidak seperti cecair yang mengalir di bawah beratnya sendiri. Bahan berkaca mempunyai ciri utama berikut.

(1) Susunan zarah bahan kaca isotropik adalah tidak teratur dan seragam dari segi statistik. Oleh itu, apabila tiada tegasan dalaman dalam kaca, sifat fizikal dan kimianya (seperti kekerasan, modulus elastik, pekali pengembangan haba, kekonduksian terma, indeks biasan, kekonduksian, dll.) adalah sama dalam semua arah. Walau bagaimanapun, apabila terdapat tekanan dalam kaca, keseragaman struktur akan dimusnahkan, dan kaca akan menunjukkan anisotropi, seperti perbezaan laluan optik yang jelas.

(2) Kestabilan metastatik

Sebab mengapa kaca berada dalam keadaan metastabil ialah kaca itu diperolehi dengan penyejukan cepat leburan. Disebabkan oleh peningkatan mendadak kelikatan semasa proses penyejukan, zarah tidak mempunyai masa untuk membentuk susunan kristal yang tetap, dan tenaga dalaman sistem tidak berada pada nilai terendah, tetapi dalam keadaan metastabil; Walau bagaimanapun, walaupun kaca berada dalam keadaan tenaga yang lebih tinggi, ia tidak boleh secara spontan berubah menjadi produk kerana kelikatannya yang tinggi pada suhu bilik; Hanya dalam keadaan luaran tertentu, iaitu, kita mesti mengatasi halangan potensi bahan dari keadaan berkaca kepada keadaan kristal, bolehkah kaca itu dipisahkan. Oleh itu, dari sudut pandangan termodinamik, keadaan kaca adalah tidak stabil, tetapi dari sudut pandangan kinetik, ia adalah stabil. Walaupun ia mempunyai kecenderungan melepaskan haba sendiri yang berubah menjadi kristal dengan tenaga dalaman yang rendah, kebarangkalian untuk berubah menjadi keadaan kristal adalah sangat kecil pada suhu bilik, jadi kaca berada dalam keadaan metastabil.

(3) Tiada takat lebur tetap

Transformasi bahan berkaca daripada pepejal kepada cecair dilakukan dalam julat suhu tertentu (julat suhu perubahan), yang berbeza daripada bahan kristal dan tidak mempunyai takat lebur tetap. Apabila bahan berubah daripada cair kepada pepejal, jika ia adalah proses penghabluran, fasa baru akan terbentuk dalam sistem, dan suhu penghabluran, sifat dan banyak aspek lain akan berubah secara mendadak

Apabila suhu menurun, kelikatan leburan meningkat, dan akhirnya kaca pepejal terbentuk. Proses pemejalan selesai dalam julat suhu yang luas, dan tiada kristal baru terbentuk. Julat suhu peralihan daripada kaca cair kepada pepejal bergantung pada komposisi kimia kaca, yang secara amnya turun naik dalam puluhan hingga ratusan darjah, jadi kaca tidak mempunyai takat lebur tetap, tetapi hanya julat suhu yang melembutkan. Dalam julat ini, kaca secara beransur-ansur berubah daripada viscoplastic kepada viscoelastic. Proses perubahan beransur-ansur harta ini adalah asas kaca dengan kebolehprosesan yang baik.

(4) Kesinambungan dan kebolehbalikan perubahan harta

Proses perubahan sifat bahan berkaca daripada keadaan lebur kepada keadaan pepejal adalah berterusan dan boleh diterbalikkan, di mana terdapat bahagian kawasan suhu yang merupakan plastik, dipanggil rantau "transformasi" atau "tidak normal", di mana sifat mempunyai perubahan khas.

Dalam kes penghabluran, sifat berubah seperti yang ditunjukkan dalam lengkung ABCD, t. Ia adalah takat lebur bahan. Apabila kaca dibentuk dengan penyejukan super, proses berubah seperti yang ditunjukkan dalam lengkung abkfe. T ialah suhu peralihan kaca, t ialah suhu pelembutan kaca. Untuk kaca oksida, kelikatan yang sepadan dengan kedua-dua nilai ini ialah kira-kira 101pa · s dan 1005p · s.

Teori struktur kaca pecah

"Struktur kaca" merujuk kepada konfigurasi geometri ion atau atom dalam ruang dan pembentuk struktur yang terbentuk dalam kaca. Penyelidikan mengenai struktur kaca telah mewujudkan usaha yang teliti dan kebijaksanaan ramai saintis kaca. Percubaan pertama untuk menerangkan intipati kaca ialah g. hipotesis cecair supercooled tamman, yang berpendapat bahawa kaca adalah cecair supercooled, Proses pemejalan kaca daripada cair kepada pepejal hanyalah proses fizikal, iaitu, dengan penurunan suhu, molekul kaca secara beransur-ansur menghampiri kerana penurunan tenaga kinetik. , dan daya interaksi secara beransur-ansur meningkat, yang menjadikan tahap kaca meningkat, dan akhirnya membentuk bahan pepejal yang padat dan tidak teratur. Ramai orang telah melakukan banyak kerja. Hipotesis yang paling berpengaruh bagi struktur kaca moden ialah: teori produk, teori rangkaian rawak, teori gel, teori simetri lima sudut, teori polimer dan sebagainya. Antaranya, tafsiran kaca yang terbaik ialah teori produk dan rangkaian rawak.

Teori kristal

Randell l mengemukakan teori kristal struktur kaca pada tahun 1930, kerana corak sinaran beberapa gelas adalah serupa dengan kristal komposisi yang sama. Dia berpendapat bahawa kaca terdiri daripada bahan mikrohablur dan amorfus. Produk mikro mempunyai susunan atom tetap dan sempadan yang jelas dengan bahan amorf. Saiz produk mikro ialah 1.0 ~ 1.5nm, dan kandungannya menyumbang lebih daripada 80%. Orientasi mikrokristalin tidak teratur. Dalam mengkaji penyepuhlindapan kaca optik silikat, Lebedev mendapati bahawa terdapat perubahan mendadak dalam lengkung indeks biasan kaca dengan suhu pada 520 ℃. Beliau menjelaskan fenomena ini sebagai perubahan homogen kuarza "mikrohabluran" dalam kaca pada 520 ℃. Lebedev percaya bahawa kaca terdiri daripada banyak "kristal", yang berbeza daripada mikrokristalin, Peralihan dari "kristal" ke rantau amorf selesai langkah demi langkah, dan tidak ada sempadan yang jelas di antara mereka.