玻璃的结构与性质.ppt
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非晶态结构与性质内容提要熔体和玻璃体是物质另外两种聚集状态。
相对于晶体而言,熔体和玻璃体中质点排列具有不规则性,至少在长距离范围结构具有无序性,因此,这类材料属于非晶态材料。
从认识论角度看,本章将从晶体中质点的周期性规则形排列过渡到质点微观排列的非周期性、非规则性来认识非晶态材料的结构和性质。
熔体特指加热到较高温度才能液化的物质的液体,即较高熔点物质的液体。
熔体快速冷却则变成玻璃体。
因此,熔体和玻璃体是相互联系、性质相近的两种聚集状态,这两种聚集状态的研究对理解无机材料的形成和性质有着重要的作用。
传统玻璃的整个生产过程就是熔体和玻璃体的转化过程。
在其他无机材料(如陶瓷、耐火材料、水泥等)的生产过程中一般也都会出现一定数量的高温熔融相,常温下以玻璃相存在于各晶相之间,其含量及性质对这些材料的形成过程及制品性能都有重要影响。
如水泥行业,高温液相的性质(如粘度、表面张力)常常决定水泥烧成的难易程度和质量好坏。
陶瓷和耐火材料行业,它通常是强度和美观的有机结合,有时希望有较多的熔融相,而有时又希望熔融相含量较少,而更重要的是希望能控制熔体的粘度及表面张力等性质。
所有这些愿望,都必须在充分认识熔体结构和性质及其结构与性质之间的关系之后才能实现。
本章主要介绍熔体的结构及性质,玻璃的通性、玻璃的形成、玻璃的结构理论以及典型玻璃类型等内容,这些基本知识对控制无机材料的制造过程和改善无机材料性能具有重要的意义。
4.1 熔体的结构一、对熔体的一般认识自然界中,物质通常以气态、液态和固态三种聚集状态存在。
这些物质状态在空间的有限部分则称为气体、液体和固体。
固体又分为晶体和非晶体两种形式。
晶体的结构特点是质点在三维空间作规则排列,即远程有序;非晶体包括用熔体过冷而得到的传统玻璃和用非熔融法(如气相沉积、真空蒸发和溅射、离子注入等)所获得的新型玻璃,也称无定形体,其结构特点是近程有序,远程无序。
习惯上把高熔点物质的液体称为熔体(指熔点温度以上,具有一定流动性的液体),所以对于硅酸盐来说,它的液体一般称之为熔体。
玻璃结构与通性
1.各向同性
2.介稳性
3.无固定熔点,熔融态到玻璃态转化在转变温度范围区间内(Tg-Tf)进行。
玻璃凝固是在统一粘度下实现的,粘度等于1012.4pa.s,与组成无关,这时玻璃出现脆性的最高温度。
T g玻璃形成温度,又称脆性温度,也称退火温度上限。
T f软化温度,相当于108pa.s
它是玻璃出现液体状态典型性质的温度,也是玻璃可拉成丝的最低温度。
4.物理、化学性质碎成分变化的连续性
5由熔融态向玻璃态转化时物理、化学性质随温度变化的连续性与可逆性
Tg影响因素:
1.玻璃的组成
不同组成玻璃的黏度-温度曲线是不同的,对应同一黏度的转变温度范围不同。
2.冷却速率
冷却速率会影响Tg大小,快冷时Tg较慢冷时高
第二节玻璃的结构学说
近程有序,远程无序
一、晶子学说
玻璃是由无数的晶子组成。
揭示了近程有序结构
二、无规则网络学说
强调了玻璃中多面体相互间排列的连续性、均匀性和无序性方面。
R=o/si,即玻璃中氧离子总数与网络形成离子总数之比。
X=每个多面体非桥氧个数
Y=桥氧数目
Z=每个多面体氧离子平均总数(一般硅酸盐和磷酸盐玻璃中为4,硼酸盐中为3)
X+Y=Z X=2R-Z
逆性玻璃:如果玻璃中同时存在两种以上金属离子,且它的大小和所带电荷也不相同时,及时Y<2也能形成玻璃而且某些性能岁金属离子数的增大而变好,这种玻璃称之为”逆性玻璃”。