02玻璃的形成全解.ppt

BiO-PbO-B2O3系统的玻璃生成区 CaO-Al2O3-B2O3系统的玻璃生成区 BaO-B2O3-SiO2系统的玻璃生成区 玻璃的生成方法 熔体冷却法 溶胶-凝胶法 气相沉积法 能量泵入法 熔体冷却法 通过将熔体冷却的方法制造玻璃。 根据冷却速度可以将熔体冷却法分为： a. 传统冷却法 冷却速度较慢（102-105K/S）。无法使金属及其合金或某些离子键化合物形成玻璃。 b. 超急冷法 冷却速度很快（106-108K/S）。能使传统方法无法生成玻璃的物质（如氟化物、某些硫系化合物）形成玻璃，能用于制备非晶态合金。 溶胶-凝胶法 通常以金属醇盐或有机盐、无机盐为原料，配成溶液，经水解生成溶胶，再缩聚成湿凝胶，通过适当方法干燥、焙烧制成玻璃。 溶胶-凝胶法不仅可以制备块状玻璃，而且可以制备超薄玻璃、功能薄膜等材料。 气相沉积法 化学气相沉积（CVD）法 将化学原料用可燃性气体（载气）导入高温区，经分解或氧化等化学反应，沉积生成非晶态的块体或薄膜。 物理气相沉积（PVD）法 采用真空蒸发、阴极溅射、辉光放电等激发-沉积技术，制备玻璃或非晶态材料。 能量泵入法 向晶态固体物质泵入能量，使之转变成为非晶态材料。根据泵入能量的方式不同，又可分为： 高能射线辐射法——用高速中子束或α粒子束轰击。 冲击波法——用冲击波冲击。 离子注入法——用高能离子束轰击。 思考题 生成玻璃需要满足哪些条件？ 何谓临界冷却速度？何谓结晶容积分率？玻璃中能测出的最小结晶容积分率是多少？如何根据三T图计算临界冷却速度？ 判断玻璃生成能力的三个动力学指标是什么？ 何谓三分之二规则？ 网络大小、键性、键强对玻璃的生成有何影响？ 将氧化物划分为玻璃生成体、网络外体和中间体化合物的依据是什么？ 何谓玻璃生成区？设计玻璃成分时应该如何利用玻璃生成区？ 玻璃的生成方法有哪些？ * 离子键没有方向性和饱和性，原子的相对位置容易改变，生成晶体的几率较大。共价键有方向性和饱和性，但单纯共价键化合物大多以分子形式存在，分子之间的力为范德华引力，由于范德华引力没有方向性，生成晶体的几率较大，所以纯共价键化合物也不容易生成玻璃。金属键无方向性和饱和性，生成晶体的几率最大，最难生成玻璃。 * 具有足够能量的带电粒子或中性粒子碰撞物体表面时，可把能量传递给表面的原子。只要表面原子获得的能量大于本身的电离能，就能摆脱周围原子的束缚而离开物体表面，这种现象称为溅射。 第二章玻璃的生成条件与方法 本章主要内容 一. 玻璃的生成条件 二. 玻璃的生成区 三. 玻璃的生成方法 玻璃的生成条件 热力学条件 动力学条件 结晶化学条件 生成玻璃的热力学条件 生成玻璃的热力学条件是： 与同成分的晶体相比，内能差别较小。 玻璃的内能比同成分的晶体大。它具有降低内能转变为晶体的趋势。二者的内能差别越大，玻璃降低内能的趋势越大。因此玻璃与同成分的晶体的内能差别越大，越容易结晶，越难生成玻璃。 生成玻璃的动力学条件 生成玻璃的动力学条件是： 足够快的冷却速度。 玻璃的析晶过程包括成核和晶体生长。成核建立界面需要界面能；晶体生长，必须有质点扩散。如果熔体冷却速度快，粘度增长速度快，质点扩散困难，即使有晶核存在也难以长大。故冷却速度快有利于生成玻璃。 临界冷却速度 临界冷却速度是指能生成玻璃的最小冷却速度。 不同成分的玻璃有不同的临界冷却速度。 结晶容积分率——判断玻璃是否析晶的依据 结晶容积分率——晶体体积与熔体体积之比（Vc/V）。 玻璃中能测出的最小结晶容积分率为10-6。 玻璃或熔体中的结晶容积分率大于10-6，就认为玻璃发生了析晶。 概念： 三T图就是玻璃转变(Transformation)的温度(Temperature)-时间(Time)-曲线图。它反映了玻璃生成能力的大小。 三 T 图 三 T 图 用途：利用三T图，可以求得生成玻璃的临界冷却速度(dT/dt)c (dT/dt)c ≈ ΔTN / tN 式中：ΔTN =Tm- TN Tm为熔点（同样组成的晶体的熔点）。 TN是三T图上最靠近纵轴那一点的温度。 tN是三T图上最靠近纵轴那一点的时间。 石英的T-T-T曲线 TN≈ 1560℃ tN≈2.5×106 Tm=1710 ℃ ΔTN≈ 150 (dT/dt)c=150/(2.5×106)