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第三章熔体与玻璃体课件
§3.1 熔体的结构 §3.2 熔体的性质 §3.3 玻璃的通性 §3.4 玻璃的形成 §3.5 玻璃的结构 §3.6 常见玻璃类型 前言:对熔体结构的一般认识 1.晶体与液体的体积密度相近。 当晶体熔化为液体时体积变化较小,一般不超过10%(相当于质点间平均距离增加3%左右);而当液体气化时,体积要增大数百倍至数千倍(例如水增大1240倍)。 3.固液态热容量相近 表明质点在液体中的热运动性质(状态)和在固体中差别不大,基本上仍是在平衡位置附近作简谐振动。 综上所述: 液体是固体和气体的中间相,在高温时与气体接近,在熔点时与晶体接近。 由于通常接触的熔体多是离熔点温度不太远的液体,故把熔体的结构看作与晶体接近更有实际意义。 粘度的测定: 107~1015 Pa·s:拉丝法。根据玻璃丝受力作用的伸长速度来确定。 10~107 Pa·s:转筒法。利用细铂丝悬挂的转筒浸在熔体内转动,悬丝受熔体粘度的阻力作用扭成一定角度,根据扭转角的大小确定粘度。 100.5~1.3×105 Pa·s:落球法。根据斯托克斯沉降原理,测定铂球在熔体中下落速度求出。 小于10-2 Pa·s:振荡阻滞法。利用铂摆在熔体中振荡时,振幅受阻滞逐渐衰减的原理测定。 Na2O-Si2O系统中Na2O含量对粘滞活化能△u的影响 简单碱金属硅酸盐系统(R2O-SiO2)中碱金属离子R+对粘度的影响 2)当熔体中R2O含量较高时,熔体中硅氧负离子团接近最简单的[SiO4]形式,同时熔体中有大量O2-存在,[SiO4]四面体之间主要依靠R-O键力连接,这时作用力矩最大的Li+就具有较大的粘度。在这种情况下,R2O对粘度影响的次序是Li+Na+K+ 。 二价阳离子对硅酸盐熔体粘度的影响 4)高价金属氧化物 一般说来,在熔体中引入SiO2、Al2O3、ZrO2、ThO2等氧化物时,因这些阳离子电荷多,离子半径又小,作用力大,总是倾向于形成更为复杂巨大的复合阴离子团,使粘滞活化能变大,从而导致熔体粘度增高。 二价阳离子对硅酸盐熔体粘度的影响 6)混合碱效应 熔体中同时引入一种以上的R2O或 RO时,粘度比等量的一种R2O或RO高,称为“混合碱效应”,这可能和离子的半径、配位等结晶化学条件不同而相互制约有关。 熔体的表面张力σ(×10-3 N/m) 钾铅硅酸盐玻璃的表面张力与温度的关系 1)O/Si比 一般地,O/Si愈小,熔体中复合阴离子团愈大,e/r值变小(e是复合阴离子团所带的电荷,r是复合阴离子团的半径),相互间作用力愈小,因此这些复合阴离子团就部分地被排挤到熔体表面层,使表面张力降低。 一、各向同性 二、介稳性 三、熔融态向玻璃态转化的过程是可逆与渐变的 四、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 对Tg的讨论 两个特征温度: 由熔融法形成玻璃的物质 几种硅酸盐晶体与玻璃体的生成热 二者都与过冷度 △T有关 一些氧化物的单键强度 33.3Na2O-66.7SiO2玻璃的红外反射光谱 石英晶体与石英玻璃结构 石英等物X-ray衍射图谱 1)瓦伦对比石英玻璃、 方石英和硅胶的x-射 线衍射图发现,玻璃 与方石英的特征谱线 重合。 石英玻璃的径向分布函数 三、两大学说的比较与发展 1、微晶学说 2、网络学说 对玻璃分相和不均匀等现象无法给出合理解释。 例如:在硼硅酸盐玻璃中发现分相与不均匀现象。用 电子显微镜观察玻璃时发现在肉眼看来似乎是 均匀一致的玻璃,实际上都是由许多从0.01~ 0.1μm的各不相同的微观区域构成的。 氧化物玻璃:通过桥氧形成网络结构的玻璃。 为了表示硅酸盐玻璃的网络结构特征,引入四个基本参数: 各参数间存在如下关系: 举 例 (1) 石英玻璃(SiO2) Z=4 R=2 X=2×2-4=0 Y=2(4-2)=4 (2) Na2O-2SiO2 (3) Na2O-SiO2 (4) 2Na2O-SiO2 (5)10%molNa2O,8%molCaO,82%molSiO2 (6) 10%molNa2O,8%molAl2O3,82%molSiO2 结 论 门捷列夫:玻璃是一个无定形物质,没有固定化学组成,与合金类似。 Sockman:玻璃的结构单元是具有一定的化学组成的分子聚合体。
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