Temel Cam Bilgisi

Camın yapısı

Camın fizikokimyasal özellikleri yalnızca kimyasal bileşimiyle belirlenmez, aynı zamanda yapısıyla da yakından ilişkilidir. Ancak camın yapısı, bileşimi, yapısı ve performansı arasındaki iç ilişkinin anlaşılmasıyla, kimyasal bileşimi, termal geçmişi değiştirilerek veya bazı fiziksel ve kimyasal arıtma yöntemleri kullanılarak önceden belirlenmiş fizikokimyasal özelliklere sahip cam malzeme veya ürünler yapmak mümkün olabilir.

Camın özellikleri

Cam, katı mekanik özelliklere sahip amorf bir malzeme olan amorf katının bir dalıdır. Genellikle “aşırı soğutulmuş sıvı” olarak adlandırılır. Doğada katı maddenin iki durumu vardır: iyi durum ve iyi olmayan durum. Verimsiz durum olarak adlandırılan durum, katı maddenin farklı yöntemlerle elde edilen ve yapısal bozuklukla karakterize edilen durumudur. Camsı durum bir tür standart dışı katıdır. Camdaki atomlar, kristal gibi uzayda uzun menzilli düzenli dizilişe sahip değildir ancak sıvıya benzer ve kısa mesafeli düzenli dizilişe sahiptirler. Cam, katı bir madde gibi belirli bir şekli koruyabilir ancak kendi ağırlığı altında akan bir sıvı gibi olamaz. Camsı maddeler aşağıdaki ana özelliklere sahiptir.

(1) İzotropik camsı malzeme parçacıklarının düzeni düzensizdir ve istatistiksel olarak aynıdır. Dolayısıyla camda herhangi bir iç gerilim olmadığında fiziksel ve kimyasal özellikleri (sertlik, elastik modül, ısıl genleşme katsayısı, ısıl iletkenlik, kırılma indisi, iletkenlik vb. gibi) her yönde aynıdır. Bununla birlikte, camda stres olduğunda yapısal tekdüzelik bozulacak ve cam, bariz optik yol farkı gibi anizotropi gösterecektir.

(2) Metastabilite

Camın yarı kararlı durumda olmasının nedeni camın eriyiğin hızla soğutulmasıyla elde edilmesidir. Soğutma işlemi sırasında viskozitenin keskin bir şekilde artması nedeniyle, parçacıkların düzenli kristal düzeni oluşturacak zamanı yoktur ve sistemin iç enerjisi en düşük değerde değil, yarı kararlı durumdadır; Ancak cam daha yüksek enerji durumunda olmasına rağmen oda sıcaklığında yüksek viskozitesi nedeniyle kendiliğinden ürüne dönüşemez; Yalnızca belirli dış koşullar altında, yani malzemenin camsı durumdan kristalin duruma geçiş potansiyel engelini aşmamız gerekir, cam ayrılabilir. Bu nedenle termodinamik açıdan cam durumu kararsızdır, ancak kinetik açıdan kararlıdır. Her ne kadar düşük iç enerjili kristale dönüşen ısıyı kendiliğinden salma eğiliminde olsa da, oda sıcaklığında kristal durumuna dönüşme olasılığı çok küçüktür, dolayısıyla cam yarı kararlı durumdadır.

(3) Sabit bir erime noktası yok

Camsı maddenin katıdan sıvıya dönüşümü, kristal maddeden farklı olan ve sabit bir erime noktası olmayan belirli bir sıcaklık aralığında (dönüşüm sıcaklığı aralığı) gerçekleştirilir. Bir madde eriyikten katıya dönüştüğünde eğer bu bir kristalleşme süreci ise sistemde yeni fazlar oluşacak ve kristalleşme sıcaklığı, özellikleri ve daha birçok husus aniden değişecektir.

Sıcaklık düştükçe eriyiğin viskozitesi artar ve sonunda katı cam oluşur. Katılaşma süreci geniş bir sıcaklık aralığında tamamlanır ve yeni kristaller oluşmaz. Eriyikten katı cama geçişin sıcaklık aralığı, genellikle onlarca ila yüzlerce derece arasında değişen camın kimyasal bileşimine bağlıdır; dolayısıyla camın sabit bir erime noktası yoktur, yalnızca yumuşama sıcaklığı aralığı vardır. Bu aralıkta cam yavaş yavaş viskoplastikten viskoelastiğe dönüşür. Bu özelliğin kademeli değişim süreci iyi işlenebilirliğe sahip camın temelini oluşturur.

(4) Özellik değişikliğinin sürekliliği ve geri döndürülebilirliği

Camsı malzemenin erime durumundan katı duruma geçiş süreci sürekli ve geri dönüşümlü olup, burada plastik olan ve “transformasyon” veya “anormal” bölge olarak adlandırılan, özelliklerin özel değişiklikler gösterdiği bir sıcaklık bölgesi bölümü bulunmaktadır.

Kristalleşme durumunda özellikler ABCD, t eğrisinde gösterildiği gibi değişir. Malzemenin erime noktasıdır. Cam aşırı soğutma ile oluşturulduğunda süreç abkfe eğrisinde gösterildiği gibi değişir. T cam geçiş sıcaklığı, t camın yumuşama sıcaklığıdır. Oksit cam için bu iki değere karşılık gelen viskozite yaklaşık 101pa · s ve 1005p · s'dir.

Kırık camın yapı teorisi

“Cam yapı”, iyonların veya atomların uzaydaki geometrik konfigürasyonunu ve camda oluşturdukları yapıyı ifade eder. Cam yapısı üzerine yapılan araştırmalar birçok cam bilim insanının özenli çabalarını ve bilgeliğini hayata geçirdi. Camın özünü açıklamaya yönelik ilk girişim g'dir. Camın aşırı soğutulmuş sıvı olduğunu savunan Tamman'ın aşırı soğutulmuş sıvı hipotezi, Camın eriyikten katıya katılaşması süreci yalnızca fiziksel bir süreçtir, yani sıcaklığın azalmasıyla birlikte cam molekülleri kinetik enerjinin azalması nedeniyle yavaş yavaş yaklaşır. ve etkileşim kuvveti giderek artar, bu da camın derecesinin artmasına neden olur ve sonunda yoğun ve düzensiz bir katı madde oluşturur. Birçok insan çok fazla iş yaptı. Modern cam yapısının en etkili hipotezleri şunlardır: ürün teorisi, rastgele ağ teorisi, jel teorisi, beş açılı simetri teorisi, polimer teorisi vb. Bunlar arasında camın en iyi yorumu ürün teorisi ve rastgele ağdır.

Kristal teorisi

Randell 1930'da cam yapısının kristal teorisini ortaya attı çünkü bazı camların radyasyon deseni aynı bileşimdeki kristallerinkine benzer. Camın mikrokristalin ve amorf malzemeden oluştuğunu düşünüyordu. Mikroürün, düzenli atomik düzenlemeye ve amorf malzeme ile belirgin bir sınıra sahiptir. Mikro ürün boyutu 1,0 ~ 1,5 nm'dir ve içeriği %80'den fazlasını oluşturur. Mikrokristalin yönelimi düzensizdir. Silikat optik camın tavlanmasını incelerken Lebedev, 520 ° C sıcaklıkta cam kırılma indeksi eğrisinde ani bir değişiklik olduğunu buldu. Bu fenomeni, camdaki kuvars “mikrokristalin”in 520 ° C'de homojen değişimi olarak açıkladı. Lebedev, camın mikrokristallerden farklı çok sayıda “kristal”den oluştuğuna inanıyordu. “Kristal”den amorf bölgeye geçiş adım adım tamamlanıyor ve aralarında belirgin bir sınır bulunmuyor.