Strukturen av glas
Glasets fysikalisk-kemiska egenskaper bestäms inte bara av dess kemiska sammansättning, utan också nära relaterade till dess struktur. Endast genom att förstå det interna förhållandet mellan glasets struktur, sammansättning, struktur och prestanda kan det vara möjligt att tillverka glasmaterial eller -produkter med förutbestämda fysikalisk-kemiska egenskaper genom att ändra den kemiska sammansättningen, värmehistoriken eller använda några fysikaliska och kemiska behandlingsmetoder.
Egenskaper hos glas
Glas är en gren av amorft fast material, som är ett amorft material med fasta mekaniska egenskaper. Det kallas ofta "superkyld vätska". I naturen finns det två tillstånd av fast materia: gott tillstånd och icke bra tillstånd. Det så kallade ickeproduktiva tillståndet är tillståndet av fast materia som erhålls med olika metoder och som kännetecknas av strukturell oordning. Glasaktigt tillstånd är ett slags icke-standardiserat fast material. Atomerna i glas har inte långväga ordnade arrangemang i rymden som kristall, men de liknar vätska och har kortdistans ordnade arrangemang. Glas kan bibehålla en viss form som ett fast ämne, men inte som en vätska som flyter under sin egen vikt. Glasartade ämnen har följande huvudegenskaper.
(1) Arrangemanget av partiklar av isotropt glasartat material är oregelbundet och statistiskt enhetligt. Därför, när det inte finns någon inre spänning i glaset, är dess fysikaliska och kemiska egenskaper (såsom hårdhet, elasticitetsmodul, värmeutvidgningskoefficient, värmeledningsförmåga, brytningsindex, konduktivitet, etc.) desamma i alla riktningar. Men när det finns spänningar i glaset kommer den strukturella enhetligheten att förstöras, och glaset kommer att visa anisotropi, såsom uppenbar optisk vägskillnad.
(2) Metastabilitet
Anledningen till att glaset är i metastabilt tillstånd är att glaset erhålls genom snabb kylning av smältan. På grund av den kraftiga ökningen av viskositeten under kylningsprocessen har partiklarna ingen tid att bilda regelbundna arrangemang av kristaller, och systemets inre energi är inte på det lägsta värdet, utan i metastabilt tillstånd; Men även om glaset är i ett högre energitillstånd kan det inte spontant omvandlas till produkten på grund av dess höga viskositet vid rumstemperatur; Endast under vissa yttre förhållanden, det vill säga vi måste övervinna den potentiella barriären av material från glasartat tillstånd till kristallint tillstånd, kan glaset separeras. Därför, ur termodynamikens synvinkel, är glastillståndet instabilt, men ur kinetikens synvinkel är det stabilt. Även om det har en tendens att självavgivande värme omvandlas till kristall med låg intern energi, är sannolikheten att omvandlas till kristalltillstånd mycket liten vid rumstemperatur, så glaset är i metastabilt tillstånd.
(3) Ingen fast smältpunkt
Omvandlingen av glasartad substans från fast till flytande utförs inom ett visst temperaturintervall (transformationstemperaturintervall), som skiljer sig från kristallint ämne och har ingen fast smältpunkt. När ett ämne omvandlas från smälta till fast ämne, om det är en kristallisationsprocess, kommer nya faser att bildas i systemet, och kristallisationstemperaturen, egenskaperna och många andra aspekter kommer att förändras abrupt
När temperaturen sjunker ökar smältans viskositet och slutligen bildas det fasta glaset. Stelningsprocessen slutförs inom ett brett temperaturområde och inga nya kristaller bildas. Temperaturintervallet för övergången från smält till fast glas beror på glasets kemiska sammansättning, som i allmänhet fluktuerar i tiotals till hundratals grader, så glas har ingen fast smältpunkt, utan endast ett mjukningstemperaturområde. I detta intervall förvandlas glas gradvis från viskoplastiskt till viskoelastiskt. Den gradvisa förändringsprocessen av denna egenskap är grunden för glas med god bearbetbarhet.
(4) Kontinuitet och reversibilitet av fastighetsförändringar
Egenskapsförändringsprocessen för glasartat material från smält tillstånd till fast tillstånd är kontinuerlig och reversibel, där det finns en del av temperaturområdet som är plastiskt, kallat "transformation" eller "onormalt" område, där egenskaperna har speciella förändringar.
Vid kristallisation ändras egenskaperna som visas i kurvan ABCD, t. Det är materialets smältpunkt. När glaset bildas genom underkylning ändras processen som visas i abkfe-kurvan. T är glasets övergångstemperatur, t är glasets mjukningstemperatur. För oxidglas är viskositeten motsvarande dessa två värden ca 101pa · s och 1005p · s.
Strukturteori för krossat glas
"Glasstruktur" hänvisar till den geometriska konfigurationen av joner eller atomer i rymden och de strukturbildare de bildar i glas. Forskningen om glasstruktur har materialiserat många glasforskares mödosamma ansträngningar och visdom. Det första försöket att förklara essensen av glas är g. tammans underkyld vätskehypotes, som hävdar att glas är underkylt vätska, Processen att glas stelnar från smälta till fast material är endast en fysisk process, det vill säga med sänkningen av temperaturen närmar sig glasets molekyler gradvis på grund av minskningen av kinetisk energi , och interaktionskraften ökar gradvis, vilket gör att graden av glas ökar och slutligen bildar en tät och oregelbunden fast substans. Många människor har gjort mycket arbete. De mest inflytelserika hypoteserna för modern glasstruktur är: produktteori, slumpmässig nätverksteori, gelteori, femvinkelsymmetriteori, polymerteori och så vidare. Bland dem är den bästa tolkningen av glas teorin om produkt och slumpmässigt nätverk.
Kristallteori
Randell l lade fram kristallteorin om glasstruktur 1930, eftersom strålningsmönstret för vissa glas liknar det för kristallerna av samma sammansättning. Han trodde att glas är sammansatt av mikrokristallint och amorft material. Mikroprodukten har regelbundet atomarrangemang och tydlig gräns mot amorft material. Mikroproduktstorleken är 1,0 ~ 1,5 nm, och dess innehåll står för mer än 80%. Orienteringen av mikrokristallin är störd. När han studerade glödgningen av optiskt silikatglas fann Lebedev att det fanns en plötslig förändring i kurvan för glasets brytningsindex med en temperatur på 520 ℃. Han förklarade detta fenomen som den homogena förändringen av kvarts "mikrokristallin" i glas vid 520 ℃. Lebedev trodde att glas är sammansatt av många "kristaller", som skiljer sig från mikrokristallina. Övergången från "kristall" till amorf region fullbordas steg för steg, och det finns ingen uppenbar gräns mellan dem.
Posttid: 31 maj 2021