非晶态与玻璃结构.ppt

1、第三章非晶和玻璃结构第3章形态和玻璃纹理，3.1非晶，1，晶体和非晶的非晶长程无序，短程有序。2、具有各向异性的方向性测定；非晶质具有各向同性。各向异性是晶体区别于非晶固体的非常重要的特征。性能，3，均匀晶体的均匀性来自晶体中原子排列的周期性规则，由于周期小，宏观观测中无法区分微观不连续性。非晶均匀性是原子无序分布的统计规律4，固定熔点晶体是否有固定熔点，非晶质没有固定熔点。5、磁标准晶体材料在适当的外部条件下可以自发生长成晶体表面、晶体棱镜等几何元素凸多面体形状，晶体的特性是晶体的磁性标准。在理想环境中，晶体是凸面多面体、凸面多面体的晶面数(F)、晶面数(E)和顶点数(V)之间的关系是F V

2、=E 2非晶质不自发形成多面体形状，非晶质冷却时温度降低时粘度增大，3.2玻璃，无机非晶物质，玻璃和其他非晶物质1、玻璃定义、玻璃转换温度、2、玻璃通性、各向同性非固定熔点物理化学性质的梯度、1、各向同性、玻璃状态的质点阵列总是不规则的，并且统计均匀分布，因此物理化学性质在任何方向都相同。 统一玻璃所有方向的特性都相同，折射率、经度、杨氏模量、热膨胀系数、热导率等(非统一玻璃中的应力除外)。如果玻璃中存在应力或非均匀玻璃，则可以显示各向异性。2，中间稳定性，热力学高能状态，结晶的趋势动力学高粘度，结晶是不可能的，长期保持稳定状态。中间稳定性：是指系统远离平衡状态，但通过与外界的物质和能量交换，

3、保持相对稳定的系统。在系统科学中具有耗散结构的系统称为。牙齿系统可以通过自组织作用稳定下来，但其稳定性很容易被外部的小扰动破坏。结晶：是物体处于不平衡状态时，析出其他相，以晶体的形式析出。这种现象在自然界中广泛存在。例如饱和溶液析出的溶质晶体，一些掺杂金属热处理中析出的小颗粒。结晶过程一般有两个茄子过程：结晶核的形成和晶体的生长。3，没有固定熔点，将熔体状态转换为玻璃状态是在梯度、可逆、恒定温度范围内进行的，没有固定熔点。Tg玻璃转换温度Tg，熔体只有熔体的玻璃体可反转转换温度范围，冷却速度为Tg大小，快速冷却时Tg速度慢且冷时高。Fulda必须符合Na-Ca-Si玻璃测量：(a)加热速度(/

4、min) 0.5 1 5 9 Tg() 468 479 493 499 (b)加热时冷却时测量的Tg温度。实际测量表明，玻璃转移不是固定的Tg点，而是存在转移温度范围。结论：玻璃没有固定熔点牙齿，玻璃加热牙齿熔化的过程也是梯度的。玻璃转换温度Tg是区分玻璃和其他非晶固体的重要特征。，4，物理化学特性的渐变，第一个特性：玻璃电导、成本量、粘度等第二个特性：玻璃热容量、膨胀系数、密度、折射率等第三个特性：玻璃热导率和杨氏模量等；Tg:玻璃形成温度，脆性温度也称为脆性温度。玻璃脆性最高温度，也称为退火温度上限，因为在牙齿温度下，玻璃产品可以消除不均匀冷却引起的内部应力。Tf:使温度变柔和。那是玻璃液

5、体状态典型性质开始出现的温度。粘度相当于109PaS，是玻璃拉丝的最低温度。软化后，吹、拉型玻璃产品，玻璃热力学不稳定状态，满足必要的力学条件，必须结晶；结晶是放热反应；结晶温度Tx不固定，随加热速度变化，但可用于估算玻璃稳定性，(Tx-Tg)越大，稳定性越稳定。玻璃结晶往往成为老师准稳态，形成稳定相，再形成稳定相。3，玻璃结晶，单组分玻璃结晶：结晶核粒子以无序到有序的转换过程为中心，质点的运动路径一般比较短，结晶产物是其构成的产物。多元玻璃结晶始于玻璃分相，玻璃分相可以形成有利于形核的界面和有利于结晶的微区成分。(注：分相是均匀的玻璃相，表示在一定的温度范围内徐璐不溶解或部分溶解的两个玻璃上

6、，徐璐共存的现象。)，结晶作用，结晶控制：制备强化玻璃磷化玻璃高温结构陶瓷。结晶是玻璃过程中常见的缺陷，会加剧玻璃性能(例如透射率和光学均匀性、机械强度等)。因此，尽量避免在一般玻璃产品中结晶。但是利用玻璃结晶，结晶陶瓷釉、微晶玻璃、感光玻璃、光颜色玻璃等性能卓越的新玻璃。4，玻璃形成，玻璃物质形成玻璃形成方法玻璃条件形成，1，玻璃物质形成，液体或气体的无序状态在环境温度下保存。破坏晶体的有序结构使它成为非结晶。表3-1用熔融法形成玻璃物质，表3-2用低成本熔融法形成玻璃物质，表2用玻璃法，熔融冷却法气相制冷技术固体方法溶胶凝胶法阳极氧化和热分解，(1)熔融冷却法，常规熔融冷却极其突然，常规熔

7、融冷却，配方材料熔融玻璃液净化玻璃溶液均质熔体的无序状态必须通过快速冷却继承。近代有各种超速冷却方法，冷却速度达106108K/s(实验室淬火最高110K/s)，制造Pb-Si、Au-Si-Ge金属玻璃、V2O5、WO3玻璃(通常都是薄膜)。玻璃形成的原理是，只要冷却速度冷却熔体时能继承无序状态，就能获得玻璃状态物质。因此，只要熔体条件和冷却速度满足要求，几乎所有物质都可以通过极端的玻璃方法形成能量。当前和未来的问题是如何通过传统的熔体冷却获得难以获得的固体玻璃材料。熔制系统如何准备玻璃产品，浮法(板块玻璃等)压制法(水杯、烟囱等)轧制法(压花玻璃等)铸造法(光学玻璃、铸造耐火材料、锡等)吹制

8、法(瓶口等空心球)拉牙齿法，熔化的玻璃液体在熔炼炉中(大卫亚设，美国电视电视剧)，玻璃主要整形特性，a，粘度：利用玻璃粘度随温度的可逆性在整形过程中多次施加玻璃热量，以反复达到所需的整形粘度，局部反复加工以制造复杂的产品。b，将表面张力玻璃溶液的表面张力自由玻璃液滴做成球形。无需吹模型就可以得到自然圆。表面张力在爆炸和烘焙时使边变圆。c，弹性在成型的低温阶段，弹性的作用更加明显。弹性大的玻璃(即小应力大的变形)可以抵抗大的温差，减少缺陷的发生。爆炸工艺生产过程中产品分解的一部分。由于切开时伴随着玻璃爆裂的声音，牙齿工艺在普通玻璃产品工厂里叫爆炸。玻璃产品的烘焙过程是因为玻璃产品被切割后切割的部

9、分由于应力的不均匀性，在一定程度上出现了不平衡和边缘爆裂。烘焙通信端口是发生在玻璃牙齿熔化状态的表面张力，其作用下切割处的末端状态平滑牙齿。(2)气象制冷技术，定义：将一个或多个组从气象沉积到气体中，以获得非晶固体的方法。非反应沉积：化学反应介入反应沉降：化学反应介入，利用气象冷却技术准备玻璃的方法，蒸发冷却物质在真空中汽化后凝结并堆积在气体中的方法。加热方法有电阻加热、电子束加热和高频加热。溅射涂层底座和固体溅射源在低压气氛(通常使用氩气)的密封溅射室内，以数千伏的直流高压引起辉光放电，以基底为阳极。反应沉积提供了充分的激活，可以引起气象化学反应(可在热能或射频辉光中放电的电)。(3)通过固

10、体方法、固体方法，从晶体中获得辐射、冲击波、机械和扩散等非晶固体；(4)由于溶胶-凝胶法、液体原料的混合反应，使凝胶转变为凝胶，除去凝胶中的水分和有机物等液体，用烧结去除固相残留物，从而玻璃。优点：分子水平混合，获得均匀的材料化学成分；低温下形成网络结构，烧结温度相对较低。可以获得形状复杂的材质。3，玻璃形成条件，热力学条件动力学条件结晶化学条件，(1)热力学条件，熔体是存在液态温度以上物质的高能状态。随着温度的降低，熔体释放能量存在大小差异，有三种茄子冷却路径：结晶。也就是说，秩序继续增加，直到所有多余的能量被释放，整个熔体结晶。玻璃化：即过热的熔体将温度Tg硬化转变为固体玻璃状态的过程。分

11、相：也就是说，通过质点移动，熔化的体内的某些成分发生偏转，形成了不徐璐搅拌的徐璐其他两个玻璃相。注：玻璃化和分相后，玻璃和晶体的内部能量差异不大，因此结晶动力小，实际上可以维持很长时间的稳定。Gv越大，晶体动力越大，形成玻璃就越不容易。Gv越小，结晶力越小，形成玻璃越容易。SiO2 Gv=2.5PbSiO4 Gv=3.7 Na2SiO3 Gv=3.7玻璃化能力：SiO2 PbSiO4 Na2SiO3，多个硅酸盐晶体和玻璃体生成热，许多科学家在H、S等热力学数据研究中形成了玻璃模式，结果都失败了！热力学是研究反应和平衡的好工具，但不能对玻璃的形成做出重要贡献！(2)动力学条件，结晶分为结晶核生成

12、和晶体生长两个茄子过程。均匀化：熔体内部的自发成核。不均匀的核化：由表面、介面效应、杂质或结晶导入等多种因素支配的核形成过程。结晶核生成速度Iv:单位时间单位体积熔体生成的结晶核数(个/CM3S)；晶体增长率U:单位时间内晶体的线增长率(cm/s)。Iv和u都与过冷(T=Tm-T)相关(Tm为熔点)。，玻璃形成动力学手段Tamman观点：影响结晶的因素：成核速度Iv和晶体生长率U-需要适当的过冷度，过冷度增加，熔体粘度增加，粒子移动困难，难以从熔体扩散到结晶核表面，不利于结晶核增长。过冷度和核速度Iv和晶体生长率U必须具有极值。Iv=PD中：P临界核工件的增长率D相邻原子的转移率，一方面，T粘

13、度质点运动困难，难以扩散到晶核表面，不利于原子核和增长。、结论、Iv、B、IV、U两条曲线重叠的区域称为结晶区域。在牙齿领域，IV和U都有很大的数值，有利于核，有利于增长。、IV、U、IV、(B)、U准稳定区实际上是无法确定的区域。D、IV和U的最大温度范围非常接近时，熔体容易结晶，玻璃不易形成。相反，结晶不容易，容易形成玻璃。熔体在TM温度附近粘度高时，结晶核生成和晶体的生长阻力都很大，因此过冷液体容易形成，结晶也不好。IV和U两条曲线的最高大小和相对位置都是由系统性质决定的。近代研究表明，冷却速度足够快，任何材料都可以形成玻璃。从力学角度研究多种配置的熔体冷却得多快，以避免形成玻璃，而不产

14、生可感知的晶体，这是有意义的。Uhlmann观点：玻璃(V /V106)可检测到的晶体最小体积(V /V106)考虑熔体应冷却多快以防止牙齿结晶量，通过测试的玻璃，根据相变动力学理论，可使用统一核，时间T内单位体积的V/V，Johnson，3 T:绘制时间-模板-转换3 T曲线：选择特定决定分数106；在一系列温度下，以核速度IV、生长速率U计算。计算结果将IV，U赋给相面表达式，求出相应的时间T。=以M-T为纵坐标，以冷却时间T为横坐标，创建3T图。3T曲线的前端，即鼻尖对应于析出10-6体积分数的晶体的时间最短。释放10-6分的晶体所需的临界冷却速度可以通过向下式的近似来求得，(dT/dt)c大会形成玻璃困难，反之则容易。分析：谁更容易决定，谁更容易形成玻璃？决定玻璃能力大小形成的其他物质。玻璃形成的临界冷却速度取决于熔体的组成。熔点时粘度高，玻璃形成容易，结晶度电阻大，TM时粘度是玻璃形成的主要标志。DT/dt越小，玻璃形成越容易。接近Tg/TM牙齿“2/3