02玻璃的形成解析ppt课件

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)cTN/tN式中：TN=Tm-TNTm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,TN1560tN2.5106Tm=1710TN150(dT/dt)c=150/(2.5106)=0.00006(/S),玻璃生成的动力学指标,1.在熔点Tm附近熔体的粘度粘度大，容易生成玻璃2.Tg/Tm比值Tg/Tm比值大，容易生成玻璃3.临界冷却速度临界冷却速度越小，越容易生成玻璃,“三分之二”规则,能生成玻璃的化合物和单质，其Tg/Tm比值2/3。这就是通常所说的“三分之二”规则。,表2-1,结晶化学条件,1.网络大小及原子排列方式2.键性3.键强,网络大小及原子排列方式,熔体中阴离子集团的聚合程度高，容易生成玻璃。聚合程度低的小阴离子集团容易移动、转动，容易调整成为晶体。聚合程度高的阴离子集团，如架状、层状、链状结构的大阴离子集团，因转动、移动、重排困难，难以调整成为晶体，故容易生成玻璃。,键性,金属键化合物最难生成玻璃。离子键化合物不容易生成玻璃。纯共价键化合物也不容易生成玻璃。只有当离子键和金属键向共价键过渡时，生成离子-共价、金属-共价混合键，形成大阴离子时，才容易生成玻璃。,键强,化学键强度大，容易生成玻璃。因为化学键强度大，熔体中的大分子结构难以破坏，不容易调整成为晶体，故容易生成玻璃。可以用单键强度来衡量不同氧化物生成玻璃的能力。,各种氧化物的单键强度,按单键强度划分的三类氧化物,玻璃生成氧化物（网络生成体）键强80千卡，如SiO2,B2O3,P2O5,GeO2它们本身能生成玻璃玻璃调整氧化物（网络外体）键强50千卡，如Na2O,K2O,CaO一般条件下不能生成玻璃，但能改变玻璃的性能中间体氧化物键强在50-80千卡之间。如Al2O3,BeO,ZnO,TiO2其生成玻璃的能力介于玻璃生成化合物和玻璃调整氧化物之间，本身一般不能单独生成玻璃。,玻璃生成区玻璃成分设计的依据之一,用常规方法生产玻璃时，能生成玻璃的组成范围称为玻璃生成区。二元系统的玻璃生成区用其中的一种组成氧化物的含量百分数就能表示。P47三元系统的玻璃生成区一般用三角图来表示。,Na2O-CaO-SiO2系统的玻璃生成区,Na2O-PbO-SiO2系统的玻璃生成区,BiO-PbO-SiO2系统的玻璃生成区,CaO-Al2O3-SiO2系统的玻璃生成区,Li2O-Na2O-SiO2系统的玻璃生成区,ZnO-PbO-SiO2系统的玻璃生成区,Na2O-Al2O3-SiO2系统的玻璃生成区,CaO-SrO-B2O3系统的玻璃生成区,BaO-PbO-B2O3系统的玻璃生成区,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