第四章-非晶体结构与性质

第4章非晶态构造与性质一、名词解释1．熔体与玻璃体：熔体即具有高熔点的物质的液体。

熔体快速冷却形成玻璃体。

2．聚合与解聚：聚合：各种低聚物相互作用形成高聚物解聚：高聚物分化成各种低聚物3．晶子学说与无规那么网络学说：晶子学说〔有序、对称、具有周期性的网络构造〕：1硅酸盐玻璃中含有无数的晶子2晶子的互相组成取决于玻璃的化学组成3晶子不同于一般微晶，而是带有晶体变形的有序区域，在晶子中心质点排列较有规律，远离中心那么变形程度增大4晶子分散于无定形物质中，两者没有明显界面无规那么网络学说〔无序不对称不具有周期性的网络构造〕1形成玻璃态的物质与晶体构造相类似，形成三维的空间网格构造2这种网络是离子多面体通过氧桥相连进而向三维空间规那么-4．网络形成体与网络变性体：网络形成体：能够单独形成玻璃的氧化物网络变性体：不能单独形成玻璃的氧化物5．桥氧与非桥氧：桥氧：玻璃网络中作为两个成网多面体所共有顶角的氧非桥氧：玻璃网络中只与一个成网多面体相连的氧二、填空与选择1.玻璃的通性为：各向同性、介稳性、由熔融态向玻璃态转化是可逆与渐变的，无固定熔点、由熔融态向玻璃态转化时，物理、化学性质随温度的变化连续性和物理化学性质随成分变化的连续性。

2．氧化物的键强是形成玻璃的重要条件。

根据单键强度的大小可把氧化物中的正离子分为三类：网络形成体、网络中间体和网络改变体；其单键强度数值范围分别为单键强度＞335KJ/mol、单键强度介于250~335KJ/mol 和单键强度＜250~335KJ/mol。

3．聚合物的形成可分为三个阶段，初期：石英颗粒的分化；中期：缩聚与变形；后期：在一定时间内分化与缩聚到达平衡。

4．熔体构造的特点是：近程有序、远程无序。

5．熔体是物质在液相温度以上存在的一种高能量状态，在冷却的过程中可以出现结晶化、玻璃化和分相三种不同的相变过程。

-6．在玻璃性质随温度变化的曲线上有二个特征温度Tg〔脆性温度〕和Tf 〔软化温度〕，与这二个特征温度相对应的粘度分别为1012Pa·s和108Pa·s。

第四章 非晶体结构第一节 非晶体分类一、分类1、玻璃体：金属或非金属氧化物，经高温熔融后，快速冷却所得到的结构。

2、聚合物：这种结构的分子链很长，无法经过扩散过程形成规则排列，而保持其吴规线团状。

3、凝胶体：胶体质点相互连接形成空间网络结构，其质点排列是无序的，质点间是分子间作用力。

4、非晶态薄膜：经气相反映，直接在另一材料表面形成的沉积层。

非晶体结构特点：短程有序 长程无序二、玻璃体的通性1、各向同性2、介稳性3、转变具有逐渐性，可逆性4、物理化学性质随温度连续变化。

第二节 玻璃体的转变一、转变机理玻璃转变过程是两种不同速度相互比较、相互竞争的过程。

结构调整速度：指在冷却过程中，熔体中质点发生调整重新达到新的平衡结构的速度，由物体本性决定。

冷却速度：外部环境所提供的速度。

冷却速度 大于 结构调整速度：所需时间得不到保证，熔体结构来不及调整重排而偏离平衡结构，发生玻璃转变。

冷却速度 小于结构调整速度，保持平衡，发生结晶转变。

二、转变过程当发生转变时，熔体的许多物理性质如比容、热膨胀系数等都变化。

图5-5 液固状态下的V~T关系1、Tg：相应于曲线低温直线部分开始弯曲时的温度，玻璃出现脆性的最高T，相当于粘度为10的12到13次方，称为脆性温度。

脆性温度作用：退火温度上限，可以消除玻璃制品的内应力。

2、Tf：相应于曲线弯曲部分开始转向高温直线部分的温度，是玻璃开始出现液体典型性质的温度，相当于粘度为10的9次方，称为软化温度。

3、Tg —Tf：性质或多或少会发生急剧变化，称为反常间距、玻璃转化温度范围。

T＜Tg固态（性质逐渐变化）T＞Tf熔体（性质逐渐变化）三、转变条件1、热力学条件熔体（高温状态）释放能量两种途径：（1）结晶化：有序度不断增加，直到释放出全部的多余能量。

（2）玻璃化：释放出部分能量，保持了高温熔体的部分结构。

提出：对于同一种材料，玻璃态和晶态的内能差别越大，结晶倾向也越大2、动力学条件物质的成核速率和长大速率曲线基本一致：结晶物质的成核速率和长大速率曲线严重分离：玻璃图5-3 易成玻璃的材料结晶动力学曲线3、结晶化学条件（1）单键的强度与玻璃的形成根据单键强度的大小，可将氧化物分成三类：∙单键强度＞335KJ/mol的氧化物可以单独形成玻璃，称网络形成剂。

第四章非晶态结构与性质4-1名词解释熔体与玻璃体分化（解聚）与缩聚网络形成体网络中间体网络改变体桥与非桥氧硼反常现象单键强度晶子学说与无规则网络学说4-2试简述硅酸盐熔体聚合物结构形成的过程和结构特点。

4-3试用实验方法鉴别晶体SiO2、SiO2玻璃、硅胶和SiO2熔体。

它们的结构有什么不同？4-4 试述石英晶体、石英熔体、Na2O·2SiO2熔体结构和性质上的区别。

4-5影响熔体粘度的因素有哪些？试分析一价碱金属氧化物降低硅酸盐熔体粘度的原因。

4-6熔体粘度在727℃时是107Pa·s，在1156℃时是103 Pa·s，在什么温度下它是106 Pa·s？（用lnη＝A＋B/T解之）4-7 SiO2熔体的粘度在1000℃时为1014 Pa·s，在1400℃时为107 Pa·s。

SiO2玻璃粘滞流动的活化能是多少？上述数据为恒压下取得，若在恒容下获得，你认为活化能会改变吗？为什么？4-8一种熔体在1300℃的粘度是310 Pa·s，在800℃是107 Pa·s，在1050℃时其粘度为多少？在此温度下急冷能否形成玻璃？4-9试用logη＝A＋B/（T－T0）方程式，绘出下列两种熔体在1350~500℃间的粘度曲线（logη~1/T）。

两种熔体常数如下：4-10派来克斯（Pyrex）玻璃的粘度在1400℃时是109 Pa·s，在840℃是1013Pa·s。

请回答：（1）粘性流动活化能是多少？（2）为了易于成形，玻璃达到105Pa·s的粘度时约要多高的温度？4-11一种玻璃的工作范围是870℃（η＝106Pa·s）至1300℃（η＝102.5Pa·s），估计它的退火点（η＝1012Pa·s）？4-12一种用于密封照明灯的硼硅酸盐玻璃，它的退火点是544℃，软化点是780℃。

非晶态材料的结构与性质非晶态材料，又称无定形材料或非晶材料。

与晶态材料不同，它们没有经过晶化，也就是说它们的分子没有像晶体一样有序排列。

这些化合物往往是由由金属、半导体或塑料构成的合金或陶瓷，有着非常特殊的性质。

本文将探讨非晶态材料的结构与性质，并探索其在现代工业中的应用。

一、非晶态材料的结构非晶态材料的结构比较难以描述，因为它们不是经过晶体结构有序排列的。

与之对应的，相对应于晶格的是非定向的、无规则的玻璃态；相对于晶体中的原子位置周期性排列，非晶体中的原子位置则是凌乱无序的。

在晶体中，原子的排列是周期性、有序的，而在非晶质中，在几近无序的背景下，原子与原子之间只有短程有序，也就是说，原子之间的距离与平均含量是变化无常且不依赖于空间位置的。

非晶态材料也可以看成是一个微小晶体组成的复合材料，不同晶粒的尺寸从几十Å到几百Å不等，而每个晶粒内的原子则分布得比晶体中原子分布更为凌乱。

二、非晶态材料的性质相比于晶态材料，在非晶态材料中，由于没有晶格，材料的物理性质更加复杂与难以描述。

以下将会介绍几个典型的非晶态材料的性质：1. 坚硬度高：许多非晶态金属材料的硬度都非常高，高达1500-1600HM，相比之下，很多晶体金属材料都只有100-600HM的硬度。

2. 形状记忆效应强：非晶态合金在各种情况下都有优秀的形态回复和形状记忆效应，这让它们在制造高弹性元器件时更加适用。

3. 震动阻尼性能强：非晶态合金的震动阻尼性能非常高，可以有效地抑制振动响应，这对于航空航天等领域有着十分广泛的应用。

4. 导电性能优异：非晶态的金属材料也有一些优秀的导电性能，可以作为微电子元器件的制造材料。

三、非晶态材料的应用除了上述提到的性质外，非晶态材料还具有较好的抗腐蚀性、抗疲劳性能和良好的潜变行为。

因此，非晶态材料在现代工业中的应用越来越广泛。

以下是几种常见的应用：1. 磁存储材料：非晶态磁性材料是计算机、电子元器件及储存介质等高科技产品中必不可少的基础材料。