熔体与非晶态固体
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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。
第三章熔体与非晶态固体知识点:1.黏度与组成的关系答:组成是通过改变熔体构造而影响黏度的。
①一价金属氧化物碱金属氧化物R2O引入到硅酸盐熔体中,使熔体黏度降低。
在简单碱金属硅酸盐系统〔R2O—SiO2〕中,碱金属离子R+对黏度的影响与其本身的含量有关。
当R2O含量较低时(O/Si比值较低),参加的正离子的半径越小,降低黏度的作用就越大,起次序是:Li+>Na+>K+;当熔体中R2O含量较高(O/Si比值较高)时,R2O对黏度影响的次序是:Li+>Na+>K+。
②二价金属氧化物二价碱土金属氧化物对黏度的影响比拟复杂,综合各种效应,R2+降低黏度的次序是:Pb2+>Ba2+>Sr2+>Cd2+>Ca2+>Zn2+>Mg2+.③高价金属氧化物一般地,在熔体中引入SiO2、Al2O3、B2O3、ZrO2等高价氧化物时,会导致黏度升高。
2.硼反常现象:当数量不多的碱金属氧化物同B2O3一起熔融时,碱金属所提供的氧不像熔融SiO2玻璃中作为非桥氧出现在构造中,而是使硼氧三角体转变为由桥氧组成的硼氧四面体,致使B2O3玻璃从原来两度空间的层状构造局部转变为三度空间的架状构造,从而加强了网络构造,并使玻璃的各种物理性能变好。
这与一样条件下的硅酸盐玻璃相比,其性能随碱金属或碱土金属参加量的变化规律相反,所以称之为硼反常现象。
3.非晶态固体——玻璃的通性①各项同性:无内应力存在的均质玻璃在各个方向的物理性质,如折射率、硬度、导电性、弹性模量、热膨胀系数、导热系数等都是一样的;②热力学介稳性:玻璃具有析晶不稳定性与析晶困难相对稳定性的统一;③熔融态向玻璃态转化的可逆性与渐变性:熔体向玻璃体转化的过程是在较宽的温度范围内完成得,随着温度的下降,熔体的黏度越来越大,且变化是连续的,最后形成固相的玻璃,其间没有新相出现,因此具有渐变性;由玻璃加热变为熔体的过程也是渐变的,因此具有可逆性。
④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⑤物理、化学性质随成分变化的连续性。
第三章熔体与非晶态固体知识点:1.黏度与组成的关系答:组成是通过改变熔体结构而影响黏度的。
①一价金属氧化物碱金属氧化物R2O引入到硅酸盐熔体中,使熔体黏度降低。
在简单碱金属硅酸盐系统(R2O—SiO2)中,碱金属离子R+对黏度的影响与其本身的含量有关。
当R2O含量较低时(O/Si比值较低),加入的正离子的半径越小,降低黏度的作用就越大,起次序是:L i+>Na+>K+;当熔体中R2O含量较高(O/Si比值较高)时,R2O对黏度影响的次序是:L i+>Na+>K+。
②二价金属氧化物二价碱土金属氧化物对黏度的影响比较复杂,综合各种效应,R2+降低黏度的次序是:Pb2+>Ba2+>Sr2+>Cd2+>Ca2+>Zn2+>Mg2+.③高价金属氧化物一般地,在熔体中引入SiO2、Al2O3、B2O3、ZrO2等高价氧化物时,会导致黏度升高。
2.硼反常现象:当数量不多的碱金属氧化物同B2O3一起熔融时,碱金属所提供的氧不像熔融SiO2玻璃中作为非桥氧出现在结构中,而是使硼氧三角体转变为由桥氧组成的硼氧四面体,致使B2O3玻璃从原来两度空间的层状结构部分转变为三度空间的架状结构,从而加强了网络结构,并使玻璃的各种物理性能变好。
这与相同条件下的硅酸盐玻璃相比,其性能随碱金属或碱土金属加入量的变化规律相反,所以称之为硼反常现象。
3.非晶态固体——玻璃的通性①各项同性:无内应力存在的均质玻璃在各个方向的物理性质,如折射率、硬度、导电性、弹性模量、热膨胀系数、导热系数等都是相同的;②热力学介稳性:玻璃具有析晶不稳定性与析晶困难相对稳定性的统一;③熔融态向玻璃态转化的可逆性与渐变性:熔体向玻璃体转化的过程是在较宽的温度范围内完成得,随着温度的下降,熔体的黏度越来越大,且变化是连续的,最后形成固相的玻璃,其间没有新相出现,因此具有渐变性;由玻璃加热变为熔体的过程也是渐变的,因此具有可逆性。
④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⑤物理、化学性质随成分变化的连续性。