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第三章非晶态固体;第一节熔体的概念;
;熔体的聚合物理论:
按照聚合物理论,熔体中有多种负离子团同时存在。例如在偏硅酸钠熔体中,有[SiO4]4-、[Si2O7]6-、[Si3O10]8-……等负离子共存,此外还有“三维碎片”,这些硅氧离子团除是单体外,称聚合离子,也就是聚合物。
多种聚合物同时并存,而不是一种独存,这就大大地丰富了远程无序的实质内容,也增加了远程无序的可能性,因为在多种结构单元(聚合物)共存的情况下,远程无序是必然的结果。这也就是硅酸盐熔体易形成玻璃的原因。
另一方面,在熔体中的每一个负离子团必然会与正离子相互作用,从而形成或多或少的有序排列,这使近程有序的概念具体化和多样化。
;硅酸盐熔体的特点:
由于Si4+电荷高半径小,它有很强的形成硅氧四面体的能力。
Si-O间电负性差值为1.7,此时Si-O键约有52%共价键和48%的离子键。
Si-O键的键合方式决定它有以下特点:
高键能:使Si-O键能在熔体中持久存在
方向性:键有明显的取向性,因而可以形成一定的结构
低配位:一个原子所能形成的键的数目较少,所以配位数小
键有韧性:键角可以在一定范围内绕轴转动。
熔体(玻璃)中与二个硅离子相连的氧称为桥氧,
熔体(玻璃)中与一个硅离子相连的氧称为非桥氧。
;硅酸盐熔体聚合物的形成可以分为三个阶段:
1.石英颗粒的分化
架状SiO2受R2O的侵蚀而断裂称为石英颗粒的分化。
各种低聚物生成量由熔体的组成和温度等因素决定。
2.变形和缩聚
在熔融过程中,随时间的延长或者温度的上升,不同聚合程度的聚合物发生变形。由分化过程产生的低聚合物可以相互发生作用,形成级次较高的聚合物,同时释放出部分碱,这个过程成为缩聚。
3.平衡
最后体系出现分化与缩聚平衡。熔体中就有各种不同聚合程度的负离子团同时存在。
;硅酸盐熔体的结构特征:
1.基本结构单元-[SiO4]四面体
2.基本结构单元在熔体中存在状态-聚合体
基本结构单元在熔体中组成形状不规则、大小不同的聚合离子团,在这些离子团间存在着聚合-解聚的平衡。
3.??响聚合物聚合程度的因素
硅酸盐熔体中各种聚合程度的聚合物浓度(数量)受组成和温度两个因素的影响。
熔体定义:熔体是不同聚合程度的各种聚合物的混合物。
聚合物的种类、大小和数量随熔体的组成和温
度而变化。
;三、熔体的性质;(二)、表面张力
表面能即将表面增大一个单位面积所需要作的功。
液体表面能=表面张力。
硅酸盐熔体的表面张力将影响固-液表面的润湿程度和陶瓷材料的坯釉结合。
影响规律:
1.对硅酸盐熔体而言:
提高表面张力的氧化物:Al2O3,CaO,MgO,SiO2。
降低表面张力的氧化物:K2O,PbO,B2O3。
;第二节玻璃的通性;晶体结构特点:
质点在三维空间有规律的排列,即远程有序。
非晶态固体的结构特点:
近程有序,而远程无序。
非晶体固体中的一个大类是玻璃,一般无机玻璃的宏观特性是在常温下能保持一定的外形,有较高的硬度,较大的脆性,对可见光透明。
;物质体积与内能随温度变化示意图;1.各向同性
这与晶体具有各向异性的特征是不同的
玻璃的各向同性是玻璃结构的远程无序性而在宏观上呈现出统计均质的结果
2.介稳性
如果从热力学观点看:由于玻璃态是一种高能量状态,它必然有向低能量状态转化的趋势,也即有析晶的可能。
如果从动力学观点看:由于常温下玻璃粘度很大,由玻璃态转变为晶态的速率是非常小的,这就说明可以长期保持材料的状态,因而玻璃是介稳的。;3.由熔融态向玻璃态转化的过程是可逆的与渐变的
熔体?玻璃体转化时,在Tg点,熔体开始固化
在玻璃组成不变时,Tg应是随冷却速度而变的一个温度范围
玻璃没有固定的熔点,熔体、玻璃体可逆转变的温度是一个范围,所以说由熔融态向玻璃态转变的过程是一个可逆的渐变的过程。
各种玻璃的形成温度Tg还随组成成分而变化:
石英玻璃在1150度左右
钠硅酸盐玻璃在500~550度左右
但不论何种玻璃在Tg温度时对应的粘度均为1012~1013dpa?S.
传统玻璃:TgTM
非传统玻璃:TgTM(非晶态物质);玻璃性质随温度的变化;在玻璃性质随温度变化曲线上特别需要指出
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