第三章_熔体与玻璃体_1课件.ppt

* * 一、? 玻璃的通性 1．各向同性 2．介稳性 3．由熔融态向玻璃态转化的过程是可逆的与渐变的，在一定的温度范围内完成，无固定熔点. 4．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 1.各向同性 均质玻璃其各方向的性质如折射率、硬度、弹性模量、热膨胀系数、导热系数等都相同（非均质玻璃中存在应力除外）。 玻璃的各向同性是其内部质点无序排列而呈现统计均质 结构的外在表现。 热力学——高能状态，有析晶的趋势 动力学——高粘度，析晶不可能，长期保持介稳态 2. 介稳性 晶体形成 T Tm Tg 晶体 玻璃 稳定液体 玻璃转变区 介稳 过冷液体 快冷 慢冷 玻璃转变温度 熔点（凝固温度） A B’ B D’ D E V C T↓→V↓； 慢冷：A → B’ → Tm： 熔体→晶体：内能↓，体积异常收缩B’ → B 熔体耗尽，晶体B → C 熔体析晶：V-T曲线不连续变化 T＜Tm：晶体热力学稳定 3. 凝固的渐变性和可逆性 玻璃形成 T Tm Tg 晶体 玻璃 稳定液体 玻璃转变区 介稳 过冷液体 快冷 慢冷 玻璃转变温度 熔点（凝固温度） A B’ B D E V C T↓→V↓；快冷↑→过冷 熔体黏度大↑→过冷↑ Tm：冷却速度快，液体质点来不及规则排列（晶化）→过冷液体B’ → D：Tg－玻璃转变温度 →玻璃态（继续冷却）→E：玻璃 由熔融态向玻璃态转变的过程是可逆的与渐变的，这与熔体的 结晶过程有明显区别。 玻璃转变过程和结晶过程的区别 熔体 晶体 有固定熔点 物化性质发生不连续变化 热效应大 形成新相 熔体 玻璃体 在一定温度范围内完成 物化性质发生连续变化 热效应小 不形成新相 Tg－玻璃的重要参数 T＞Tm：熔体； T＜Tg：固体-原子排列不随T变化，保持玻璃形态，热力学未达能量最低、但动力学稳定（黏度高，自发向晶态转变速率极小） Tg－Tm：过冷液体（介稳），热力学不稳定，原子移动在晶化温度Tc发生晶化（Tc＞Tg） Tc、Tg与成分、热历史有关（加热、冷却速率） * 不同物质的熔点Tm和玻璃转变温度Tg(液态一一玻璃态的温度）之间呈简单线性关系。即： Tg/Tm≈2/3＝0.667  Tg和Tm的关系 一些化合物的熔点(Tm)和转变温度(Tg)的关系 冷却速率会影响Tg大小，快冷时Tg较慢冷时高，K点在F点前。Fulda测出Na－Ca－Si玻璃： (a) 加热速度(℃/min) 0.5 1 5 9 Tg(℃) 468 479 493 499 (b) 加热时与冷却时测定的Tg温度应一致（不考虑滞后）。 实际测定表明玻璃化转变并不是在一个确定的Tg点上，而 是有一个转变温度范围。 结论：玻璃没有固定熔点，玻璃加热变为熔体过程也是渐变的。 玻璃性质随温度的变化 a b c d a’ b’ c’ d’ d” c” b” a” Ⅰ Ⅱ Ⅲ Tg Tf 温度 性质 电导、比容、粘度 热容、膨胀系数、密度、折射率 导热系数 机械性质 4、 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 Tg ：玻璃形成温度，又称脆性温度。它是玻璃出现脆性的最高温度，由于在这个温度下可以消除玻璃制品因不均匀冷却而产生的内应力，所以也称退火温度上限。 Tf ：软化温度。它是玻璃开始出现液体状态典型性质的温度。相当于粘度109dPa·S，也是玻璃可拉成丝的最低温度。 第四节 玻璃的形成 形成玻璃的物质及方法 玻璃形成的热力学条件 玻璃形成的动力学条件 玻璃形成的结晶化学条件 （1）复合阴离子团大小与排列方式 （2）键强 （3）键型 1．形成玻璃的物质及方法 传统玻璃生产方法： 缺点：冷却速度较慢，一般40～60 ℃ /h。 近代有各种超速冷却 法，冷却速度达106～108 ℃/s (实验室急冷达1～10 ℃ /s),用以制造Pb－Si , Au－Si－Ge金属玻璃，V2O5 ，WO3玻璃(一般均为薄膜)。 由熔融法形成玻璃的物质 2. 非熔融法 例： 化学气相沉积“ CVD”制取各种薄膜和涂层； 用高速中子或α粒子轰击晶体材料使之无定形化的“ 辐照法”； 用“ 凝胶”法，由水解和缩聚过程可以