第一章_熔体与玻璃体课件.ppt

硅酸盐物理化学 刘 新 2009-3-2 第一章 熔体和玻璃体 §1-1 熔体的结构—聚合物理论 一、硅酸盐熔体的结构 1、晶体、熔体、玻璃体与气体比较 第一章 熔体和玻璃体 2、硅酸盐熔体结构： 第一章 熔体和玻璃体 第一章 熔体和玻璃体 第一章 熔体和玻璃体 （3）熔体形成过程：以Na2O—SiO2熔体为例 第一章 熔体和玻璃体 由分化过程产生的低聚合物不是一成不变的，它可以相互发生作用，形成级次较高的聚合物，同时释放部分Na2O，这个过程称为缩聚。 第一章 熔体和玻璃体 3、各离子在熔体中作用 第一章 熔体和玻璃体 （3）网络中间体:还有一种离子如Al3+,其不能单独形成网络，但能置换Si4+（有Na+、K+存在下），置换后的熔体与纯SiO2熔体相比，Al3+并不明显改变熔体结构。 第一章 熔体和玻璃体 4、聚合物的种类、数量和温度的关系 第一章 熔体和玻璃体 5、聚和物的种类和数量与组成的关系 第一章 熔体和玻璃体 2、影响粘度因素：温度、化学组成。(1)粘度—温度关系 第一章 熔体和玻璃体 (2)粘度与组成的关系 第一章 熔体和玻璃体 第一章 熔体和玻璃体 第一章 熔体和玻璃体 3）二价金属氧化物对粘度影响 第一章 熔体和玻璃体 4)三价金属氧化物对粘度影响 第一章 熔体和玻璃体 第一章 熔体和玻璃体 当数量不多的碱金属氧化物同B2O3一起熔融时，如在硅酸盐Na2O－SiO2系统中： 1）当B2O3含量较少时，Na2O/ B2O31，结构中”游离”氧充足，B3＋以[BO4]四面体状态加入到[SiO4]四面体网络，将断开的网络重新连接起来，结构趋于紧密，粘度随含量升高而增加；2）当Na2O/ B2O3 约为1时(B2O3含量约为15％)，B3＋形成[BO4]四面体最多，粘度达到最高点；3）B2O3含量继续增加，较多量的B2O3引入使Na2O/ B2O31，“游离”氧不足，B3＋开始处于层状[BO3]三角体中，使结构趋于疏松，粘度又逐步下降。 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。 二、表面张力—表面能 表面能－增加一个单位新表面所需要做的功 J/m2　　 表面张力－增大一个单位新表面所需的力　 N/m 液体的表面能和表面张力的数值是相等的 熔体内原子的化学键型对表面张力的影响： 金属键的熔体表面张力＞共价键＞离子键＞分子键 §1－3 玻璃的通性 一、玻璃的通性 1、各向同性 2、介稳性 当熔体冷却成玻璃体时，这种状态并不是能量最低状态，它能较长时间在低温下保留高温时的结构而不变化，所以称为介稳状态。 第一章 熔体和玻璃体 3、由熔融态转变为玻璃态是渐变的和可逆的 第一章 熔体和玻璃体 第一章 熔体和玻璃体 4.由熔融态转变为玻璃态或加热相反转变过程,其物理化学性质连续变化。 第一章 熔体和玻璃体 第一章 熔体和玻璃体 二、形成玻璃的条件 1、热力学条件 熔体是物质在熔融温度以上存在的一种高能量状态。随着温度降低，熔体释放能量大小不同，可以有三种途径冷却： ①结晶化：即有序度不断增加，直到释放全部多余能量而使整个熔体晶化为止。 ②玻璃化：即过冷熔体在转变温度Tg硬化为固态玻璃的过程。 ③分相：即质点迁移使熔体内某些组成偏聚，从而形成互不混溶而组成不同的两个玻璃相。 第一章 熔体和玻璃体 从热力学观点分析，玻璃态物质总有降低内能向晶态转变的趋势,在一定条件下通过析晶或分相放出能量使其处于低能量稳定状态。然而由于玻璃与晶体的内能差值不大，故析晶动力较小，因此玻璃这种能量的亚稳态在实际上能够长时间稳定存在。 第一章 熔体和玻璃体 第一章 熔体和玻璃体 第一章 熔体和玻璃体 3、结晶化学条件 第一章 熔体和玻璃体 第一章 熔体和玻璃体 ③金属键：金属键无方向性和饱和性并在金属晶格内出现晶体最高配位数，原子相遇组成晶格的概率最大，很难生成玻璃。 总结：极性共价键和半金属共价键的离子才能生成玻璃。 共价部分能促进生成具有固定结构的配位多面体，构成近程有序性。 离子键部分能促进配位多面体不按一定方向连接的不对称性，构成远程无序的网络结构。 第一章 熔体和玻璃体 §1-5 玻璃的结构 一、无规则网络学说 1、要点 :①玻璃的结构与相应晶体结构一样是由一个三度空间网络构成。 ②但其周期规律性比晶体结构差得多. 2、按扎哈里阿森推想，组成为AmON的氧化物形成玻璃时需满足以下条件： ①每个O离子最多与两个网络形成离子相连接。 ②A离子的配位数不应大于4。 ③氧多面体之间相互连接形成三度空间网络：只能共用角顶，