第五章 非晶体结构.ppt

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1、第五章非晶体结构n熔体的结构n熔体的性质n玻璃的通性和玻璃的转变n玻璃的形成n玻璃结构理论n玻璃体：大多数为金属或非金属物质，经高温熔融后快速冷却，使质点排列无序而得到的。n聚合物：分子链很长，在液体中无法经过链段扩散过程形成规律排列的晶体结构，而保持无规线团或缠绕状的非晶体结构，但在分子内部的部分线段上又呈规律排列。n凝胶体：胶体中分散粒子较多，当脱水凝聚后，粒子已经不能进行布朗自由运动而互相搭接形成空间网状结构。n气相沉积的非晶态薄膜：某物质经过气相反应沉积在另一材料表面形成的薄沉积层。§5.1熔体的结构n一、对熔体

2、的一般认识n一般熔体结构简单，冷却易析晶。二、硅酸盐熔体结构1.基本结构单元－[SiO]四面体42.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（或络阴离子团）在这些离子团间存在着聚合－解聚的平衡。n聚合物理论n石英玻璃中：1.石英结构特点结构中硅氧键是强结合键，结合能力强，硅氧比为1/2。那么石英加碱会有哪些变化？n2.石英的分化硅氧键强，会夺取Na2O等碱性氧化物中的氧，形成非桥氧，造成石英的分化。n在石英熔体中，部分颗粒表面有断键，这些断键与空气中的水汽作用，生成Si

3、-OH键，若加入Na2O，断键处发生离子交换。n这样，四面体网络被碱分化后，形成大小不等的聚合物，此时Si4+/O2-＝1/2－1/3－1/4。n3.缩聚n分化过程产生的低聚物相互作用，形成级次较高的聚合物，释放出部分Na2O4.平衡此时，系统呈现的状态，“近程有序远程无序”。三、影响低聚物浓度的因素n1.温度n温度升高，断键数目增加，低聚物浓度增大。n2.组成4+2-nSi/O＝1/2－1/3－1/4，低聚物浓度增大；2-nNa2O含量增加，O形成非桥氧，聚合物分化，低聚物浓度增大；n碱金属氧化物增加，低聚物浓度增大。

4、§5.2熔体的性质一、粘度粘度是流体（液体或气体）抵抗流动的量度。当液体流动时：F＝ηSdv/dx（3－1）因此，粘度物理意义是指单位接触面积、单位速度梯式中F―两层液体间的内摩擦力；度下两层液体间的内摩擦力。粘度单位是Pa·s（帕·秒）。S―两层液体间的接触面积；1Pa·s＝1N·s/m2＝10dyne·s／cm2＝10P（泊）或dv/dx―垂直流动方向的速度梯度；1dPa·s（分帕·秒）＝1P（泊）。粘度的倒数称液体流动η―比例系数，称为粘滞系数，简称粘度。度ф，即ф=1/η。二、影响熔体粘度的主要因素1.温度硅酸盐

5、熔体在不同温度下的粘度相差很大，可以从10－2变化至1015Pa·s；组成不同的熔体在同一温度下的粘度也有很大差别。在硅酸盐熔体结构中，有聚合程度不同的多种聚合物交织而成的网络，使得质点之间的移动很困难，因此硅酸盐熔体的粘度比一般液体高得多。n硅酸盐熔体粘度随温度连续变化，随着温度的升高，熔体粘度降低。n金属盐熔体有一个熔点Te，当温度达到Te时，由晶体变为熔体。几种熔体的粘度粘度的测定：硅酸盐熔体的粘度相差很大，从10-2～1015Pa·s，因此不同范围的粘度用不同方法测定．715n10～10Pa·s：拉丝法。根据玻璃

6、丝受力作用的伸长速度来确定。7n10～10Pa·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。0.55n10～1.3×10Pa·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。－2n小于10Pa·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。⑴粘度一温度关系a.玻耳兹曼能量分布定律（绝对速度理论）ф＝φ0ｅ－△E/kTη＝1/ф＝η0ｅ△E/kTlgη＝A＋B/T式中△E―质点粘滞活化能；k―波尔兹曼常数；T―绝对温

7、度；η0－与熔体组成有关的常数。20001600120010008060但这个公式假定粘1200滞活化能是和温度无关(95的常数，所以只能应用50)k于简单的不缔合的液体J(/3m0o60l)或在一定温度范围内缔Log合度不变的液体。对于η(1380)硅酸盐熔体在较大温度0范围时，斜率会发生变0.40.60.81.01.21/T10-3(K-1)化，因而在较大温度范钠钙硅酸盐玻璃熔体粘度与围内以上公式不适用。温度的关系b.VFT公式（Vogel－Fulcher－Tammann公式）（自由体积理论）BlgATT0式

8、中A、B、T――均是与熔体组成有关的常数。0c.特征温度（过剩熵理论）c.变形点:粘度相当于1010～ea..操应作变点点::粘粘度度相相当当于于10４4Pa·s1010.5Pa·s的温度，是指变形时×的10温13P度a·，s的是温玻度璃，成在形该的温温度度，。开始温度，对应于热膨胀曲f粘线.成性上形流最温动高度事点