A estrutura do vidro
As propriedades físico-químicas do vidro não são determinadas apenas pela sua composição química, mas também estão intimamente relacionadas com a sua estrutura. Somente compreendendo a relação interna entre a estrutura, composição, estrutura e desempenho do vidro, será possível fabricar materiais ou produtos de vidro com propriedades físico-químicas predeterminadas, alterando a composição química, história térmica ou utilizando alguns métodos de tratamento físico e químico.
Características do vidro
O vidro é um ramo do sólido amorfo, que é um material amorfo com propriedades mecânicas sólidas. Muitas vezes é chamado de “líquido super-resfriado”. Na natureza, existem dois estados da matéria sólida: estado bom e estado não bom. O chamado estado improdutivo é o estado da matéria sólida obtido por diferentes métodos e caracterizado por desordem estrutural. O estado vítreo é um tipo de sólido não padronizado. Os átomos do vidro não possuem um arranjo ordenado de longo alcance no espaço como o cristal, mas são semelhantes aos líquidos e possuem um arranjo ordenado de curto alcance. O vidro pode manter uma certa forma como um sólido, mas não como um líquido fluindo sob seu próprio peso. As substâncias vítreas têm as seguintes características principais.
(1) O arranjo das partículas de material vítreo isotrópico é irregular e estatisticamente uniforme. Portanto, quando não há tensão interna no vidro, suas propriedades físicas e químicas (como dureza, módulo de elasticidade, coeficiente de expansão térmica, condutividade térmica, índice de refração, condutividade, etc.) são as mesmas em todas as direções. Porém, quando há tensão no vidro, a uniformidade estrutural será destruída e o vidro apresentará anisotropia, como uma diferença óbvia no caminho óptico.
(2) Metaestabilidade
A razão pela qual o vidro está em estado metaestável é que o vidro é obtido pelo rápido resfriamento do fundido. Devido ao aumento acentuado da viscosidade durante o processo de resfriamento, as partículas não têm tempo para formar um arranjo regular de cristais, e a energia interna do sistema não está no valor mais baixo, mas em estado metaestável; Porém, embora o vidro esteja em um estado de maior energia, ele não pode se transformar espontaneamente no produto devido à sua alta viscosidade à temperatura ambiente; Somente sob certas condições externas, ou seja, devemos superar a barreira potencial do material do estado vítreo ao estado cristalino, o vidro pode ser separado. Portanto, do ponto de vista da termodinâmica, o estado do vidro é instável, mas do ponto de vista da cinética é estável. Embora tenha a tendência de se autoliberar calor transformando-se em cristal com baixa energia interna, a probabilidade de se transformar em estado cristalino é muito pequena à temperatura ambiente, portanto o vidro está em estado metaestável.
(3) Sem ponto de fusão fixo
A transformação da substância vítrea de sólida em líquida é realizada em uma determinada faixa de temperatura (faixa de temperatura de transformação), que é diferente da substância cristalina e não possui ponto de fusão fixo. Quando uma substância é transformada de fundida em sólida, se for um processo de cristalização, novas fases serão formadas no sistema, e a temperatura de cristalização, propriedades e muitos outros aspectos mudarão abruptamente
À medida que a temperatura diminui, a viscosidade do fundido aumenta e, finalmente, o vidro sólido é formado. O processo de solidificação é concluído em uma ampla faixa de temperatura e nenhum novo cristal é formado. A faixa de temperatura de transição do vidro fundido para o vidro sólido depende da composição química do vidro, que geralmente varia de dezenas a centenas de graus, de modo que o vidro não tem ponto de fusão fixo, mas apenas uma faixa de temperatura de amolecimento. Nesta faixa, o vidro transforma-se gradualmente de viscoplástico em viscoelástico. O processo gradual de mudança desta propriedade é a base de um vidro com boa processabilidade.
(4) Continuidade e reversibilidade da mudança de propriedade
O processo de mudança de propriedades do material vítreo do estado fundido para o estado sólido é contínuo e reversível, no qual existe uma seção da região de temperatura que é plástica, denominada região de “transformação” ou “anormal”, na qual as propriedades apresentam alterações especiais.
No caso da cristalização, as propriedades mudam conforme mostrado na curva ABCD, t. É o ponto de fusão do material. Quando o vidro é formado por super-resfriamento, o processo muda conforme mostrado na curva abkfe. T é a temperatura de transição vítrea, t é a temperatura de amolecimento do vidro. Para o vidro óxido, a viscosidade correspondente a esses dois valores é de cerca de 101pa · se 1005p · s.
Teoria da estrutura do vidro quebrado
“Estrutura do vidro” refere-se à configuração geométrica dos íons ou átomos no espaço e aos formadores de estrutura que eles formam no vidro. A pesquisa sobre a estrutura do vidro materializou os esforços meticulosos e a sabedoria de muitos cientistas do vidro. A primeira tentativa de explicar a essência do vidro é g. hipótese do líquido super-resfriado de Tamman, que sustenta que o vidro é um líquido super-resfriado. O processo de solidificação do vidro do fundido ao sólido é apenas um processo físico, ou seja, com a diminuição da temperatura, as moléculas do vidro se aproximam gradativamente devido à diminuição da energia cinética , e a força de interação aumenta gradualmente, o que faz com que o grau de vidro aumente e, finalmente, forme uma substância sólida densa e irregular. Muitas pessoas trabalharam muito. As hipóteses mais influentes da estrutura moderna do vidro são: teoria do produto, teoria das redes aleatórias, teoria do gel, teoria da simetria de cinco ângulos, teoria dos polímeros e assim por diante. Entre eles, a melhor interpretação do vidro é a teoria do produto e da rede aleatória.
Teoria do cristal
Randell apresentou a teoria cristalina da estrutura do vidro em 1930, porque o padrão de radiação de alguns vidros é semelhante ao dos cristais da mesma composição. Ele pensava que o vidro era composto de material microcristalino e amorfo. O microproduto possui arranjo atômico regular e limite óbvio com material amorfo. O tamanho do microproduto é de 1,0 ~ 1,5 nm e seu conteúdo é responsável por mais de 80%. A orientação do microcristalino está desordenada. Ao estudar o recozimento do vidro óptico de silicato, Lebedev descobriu que houve uma mudança repentina na curva do índice de refração do vidro com temperatura de 520 ℃. Ele explicou esse fenômeno como a mudança homogênea do quartzo “microcristalino” no vidro a 520 ℃. Lebedev acreditava que o vidro é composto de numerosos “cristais”, que são diferentes dos microcristalinos. A transição da região “cristal” para a região amorfa é concluída passo a passo, e não há limite óbvio entre eles.
Horário da postagem: 31 de maio de 2021