第4章高聚物及非晶态-2汇编.ppt

材料科学基础 材料科学基础 强调了玻璃的均匀性、无序性、连续性、统计性，可解释玻璃四大通性及玻璃性质的变化 材料科学基础 形成玻璃必须满足： a) 每个氧离子最多和两个正离子连接 b) 氧多面体中正离子配位数不大于4（3或4） c) 氧多面体相互共角连接而不共棱或共面连接 材料科学基础 d) 氧多面体至少有3个顶角和相邻氧多面体共有（形成连续空间网络结构） e) 玻璃态与晶态相比内能相差不能太大。 材料科学基础 Warren等人通过X射线衍射等一系列研究，使Zachariasen的理论获得有力的实验证明。 材料科学基础 （2）晶子学说 材料科学基础 试验依据： 硅酸盐玻璃在一定温度范围内折射率突变，（相当于?-石英 ? ?-石英转变温度573?C）。 硅酸盐玻璃进行退火或淬火后于520 ~ 595?C 折射率有突变，热膨胀系数?在520 ~ 595?C 也有突变。 材料科学基础 玻璃是一种不连续的原子集合体 ?? “晶子”高度分散在无定形介质中的固体；或玻璃是由无定形物质连接无数“晶子”所组成，“晶子”不同于一般微晶，它是带有晶格畸变的有序排列区域。晶子与无定形介质之间无明显界线。 材料科学基础 揭开了玻璃结构特征： 微不均匀性 近程有序性。 材料科学基础 两种学说存在一定的分歧或者对立，随着研究的日趋深入，两种学说都力图吸取对方合理部分，克服自身的局限性，彼此都有进展。二者比较统一的看法是：玻璃是具有近程有序、远程无序结构特点的无定形物质。 材料科学基础 4.3.7 玻璃结构参数 —— 为了表示硅酸盐玻璃结构特征 —— 便于比较玻璃的物理性质 材料科学基础 X ? 每个多面体中非桥氧数的平均数Onb Y ? 每个多面体中桥氧数的平均数Ob Z ? 每个多面体中形成剂离子的配位数，硅酸盐玻璃 Z = 4，硼酸盐玻璃 Z = 3 R ? 玻璃中全部氧离子与全部网络形成剂离子之比，O总/形成剂离子总数，亦即O/Si。R 根据玻璃组成来计算。 材料科学基础 材料科学基础 Y 值大，网络结构紧密，强度大，膨胀系数小，电导率小，粘度大； Y 值小，网络结构疏松，强度小，膨胀系数大，电导率大，粘度小 材料科学基础 表4-3 玻璃性质对比 玻璃 Y TM ( ?C ) ? ( ?107 / ?C) Na2O?2SiO2 3 1250 146 P2O5 3 1300 140 Na2O?2SiO2 2 1050 220 Na2O?P2O5 2 1100 220 材料科学基础 结构参数计算举例 石英玻璃：Z = 4，R = 2，所以 X = 0，Y = 4 Na2O?SiO2： R = 3/1 = 3，所以 材料科学基础 14mol% Na2O?8mol%CaO?78mol%SiO2玻璃： Z = 4 材料科学基础 当玻璃中含有Al3+、Pb2+等网络中间离子时，就很难准确计算R值。 材料科学基础 在含R2O、RO的硅酸盐玻璃中， 当Al2O3/(R2O+RO)1时，认为Al3+进入网络四面体中，形成[AlO4]，即认为Al2O3起“补网作用”，Al3+计入网络形成离子 当Al2O3/(R2O+RO)1时，则简单地把全部Al3+作为网络中间离子计算 材料科学基础 有可能部分Al3+能起到“补网作用”，但定量处理比较困难，如此简化处理后计算出来的Y值比真正的Y值要小。 材料科学基础 当玻璃组成按 wt % 表示时，要将其换算为 mol % 。 当计算出X、Y值后，可再计算玻璃中桥氧百分数和非桥氧百分数 材料科学基础 材料科学基础 4.3.8 硼酸盐玻璃及硼反常现象 材料科学基础 [BO3] 基本结构单元 [BO3] 顶点连接 B和O交替排列成平面六角环 六角环通过B-O-B链连成网络 材料科学基础 纯B2O3玻璃使用价值小，只有与R2O、RO等氧化物组合后才能制成稳定的有实用价值的硼酸盐玻璃。 材料科学基础 当加入数量不多的R2O、RO，各种性能的 变化规律与硅酸盐玻璃相比，出现了反常的情况，因而称为 硼反常现象 材料科学基础 机理： 加入R2O、RO，[BO3] ? [BO4]- ，网络结构加强，玻璃各种性能变好 超过一定量后，[BO4]-静电斥力增大，结构发生逆转变化，性能也随之发生逆转变化 反映在性质变化曲线上是随着R2O、RO加入量而出现极值 材料科学基础 4.4 非晶态合金材料 材料科学基础 4.4.1 非晶态的形成 抑制熔体中的形核和长大，保持液态结构 使非晶态亚稳结构在一定温度范围内保持稳定，不向晶态转化 在