Основно знање о стаклу

Структура стакла

Физичко-хемијска својства стакла нису одређена само његовим хемијским саставом, већ су и уско повезана са његовом структуром. Само разумевањем унутрашњег односа између структуре, састава, структуре и перформанси стакла, могуће је направити стаклене материјале или производе са унапред одређеним физичко-хемијским својствима променом хемијског састава, термичке историје или коришћењем неких физичких и хемијских метода третмана.

Карактеристике стакла

Стакло је грана аморфне чврсте материје, која је аморфни материјал са чврстим механичким својствима. Често се назива "прехлађена течност". У природи постоје два стања чврсте материје: добро стање и лоше стање. Такозвано непродуктивно стање је стање чврсте материје добијене различитим методама и које карактерише структурни поремећај. Стаклено стање је нека врста нестандардне чврсте материје. Атоми у стаклу немају уређени распоред дугог домета у простору као кристал, али су слични течности и имају уређени распоред кратког домета. Стакло може задржати одређени облик као чврста материја, али не као течност која тече под сопственом тежином. Стаклене супстанце имају следеће главне карактеристике.

(1) Распоред честица изотропног стакластог материјала је неправилан и статистички уједначен. Стога, када у стаклу нема унутрашњег напрезања, његова физичка и хемијска својства (као што су тврдоћа, модул еластичности, коефицијент топлотног ширења, топлотна проводљивост, индекс преламања, проводљивост, итд.) су иста у свим правцима. Међутим, када постоји напон у стаклу, структурна униформност ће бити уништена, а стакло ће показати анизотропију, као што је очигледна разлика оптичког пута.

(2) Метастабилност

Разлог зашто је стакло у метастабилном стању је тај што се стакло добија брзим хлађењем растопа. Због наглог повећања вискозитета током процеса хлађења, честице немају времена да формирају правилан распоред кристала, а унутрашња енергија система није на најнижој вредности, већ у метастабилном стању; Међутим, иако је стакло у стању више енергије, оно се не може спонтано трансформисати у производ због високог вискозитета на собној температури; Само под одређеним спољним условима, то јест, морамо превазићи потенцијалну баријеру материјала из стакластог стања у кристално стање, стакло се може одвојити. Дакле, са становишта термодинамике стаклено стање је нестабилно, али са становишта кинетике стабилно. Иако има тенденцију самоотпуштања топлоте која се трансформише у кристал са ниском унутрашњом енергијом, вероватноћа трансформације у кристално стање је веома мала на собној температури, тако да је стакло у метастабилном стању.

(3) Нема фиксне тачке топљења

Трансформација стакласте супстанце из чврсте у течност се врши у одређеном температурном опсегу (опсег температуре трансформације), који се разликује од кристалне супстанце и нема фиксну тачку топљења. Када се супстанца трансформише из растопљене у чврсту, ако је то процес кристализације, у систему ће се формирати нове фазе, а температура кристализације, својства и многи други аспекти ће се нагло променити.

Како се температура смањује, вискозност растопа се повећава и коначно се формира чврсто стакло. Процес очвршћавања се завршава у широком температурном опсегу и не формирају се нови кристали. Температурни опсег преласка из растопљеног у чврсто стакло зависи од хемијског састава стакла, који углавном варира у десетинама до стотинама степени, тако да стакло нема фиксну тачку топљења, већ само температурни опсег омекшавања. У овом опсегу, стакло се постепено трансформише од вископластичног до вискоеластичног. Процес постепеног мењања ове особине је основа стакла са добром прерадљивошћу.

(4) Континуитет и реверзибилност промене имовине

Процес промене својстава стакластог материјала из стања топљења у чврсто стање је континуиран и реверзибилан, у коме постоји део температурног региона који је пластичан, назван „трансформациони” или „абнормални” регион, у коме својства имају посебне промене.

У случају кристализације, својства се мењају као што је приказано на кривој АБЦД, т. То је тачка топљења материјала. Када се стакло формира суперхлађењем, процес се мења као што је приказано на абкфе кривој. Т је температура преласка стакла, т је температура омекшавања стакла. За оксидно стакло, вискозитет који одговара ове две вредности је око 101па · с и 1005п · с.

Теорија структуре разбијеног стакла

„Структура стакла“ се односи на геометријску конфигурацију јона или атома у свемиру и структуре које формирају у стаклу. Истраживање структуре стакла материјализирало је мукотрпне напоре и мудрост многих научника који се баве стаклом. Први покушај да се објасни суштина стакла је г. Таманова хипотеза о суперохлађеној течности, која тврди да је стакло прехлађена течност, Процес очвршћавања стакла из растопљеног у чврсто стање је само физички процес, односно са смањењем температуре молекули стакла се постепено приближавају услед смањења кинетичке енергије. , а сила интеракције се постепено повећава, због чега се степен стакла повећава и коначно формира густу и неправилну чврсту супстанцу. Многи људи су урадили много посла. Најутицајније хипотезе модерне структуре стакла су: теорија производа, теорија случајних мрежа, теорија гела, теорија симетрије пет углова, теорија полимера и тако даље. Међу њима, најбоља интерпретација стакла је теорија производа и случајне мреже.

Теорија кристала

Рандел И је изнео кристалну теорију структуре стакла 1930. године, јер је образац зрачења неких наочара сличан оном код кристала истог састава. Сматрао је да се стакло састоји од микрокристалног и аморфног материјала. Микропроизвод има правилан атомски распоред и очигледну границу са аморфним материјалом. Величина микропроизвода је 1,0 ~ 1,5 нм, а његов садржај чини више од 80%. Оријентација микрокристалних је поремећена. Проучавајући жарење силикатног оптичког стакла, Лебедев је открио да је дошло до нагле промене криве индекса преламања стакла са температуром на 520 ℃. Он је овај феномен објаснио као хомогену промену „микрокристалног“ кварца у стаклу на 520 ℃. Лебедев је веровао да се стакло састоји од бројних „кристала”, који се разликују од микрокристалних. Прелазак из „кристалног” у аморфни регион се завршава корак по корак, и између њих нема очигледне границе.