固体化学第二章玻璃与粉末多晶

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1、第二章玻璃与粉末多晶第一节前言从结构上可把固体物质分作三大类１、晶体２、非晶体３、准晶体。1晶体的微观结构高度有序，即组成晶体的原子、分子或离子在空间规律性地呈现三维周期性的长程有序排列，形成周期结构----点阵结构。因此可以用晶体中的基本结构单元----晶胞来描述晶体的微观对称性。2晶体格子构造的特点是具有周期性、长程有序性以及平移对称性等。晶体平移对称性可用14种布拉格格子来描述。受此限制，晶体中只能存在1、2、3、4和6次旋转对称轴，5次或6次以上旋转对称轴将破坏晶体构造的平移对称性。3198

2、4年在Al-Mn合金的研究中，电子衍射实验和理论计算都证明了5次衍射图的存在。这种具有5次对称轴，并且取向有序而平移无序的物质被称作准晶体。4Al----Mn合金正二十面体结构示意图Mn原子位于二十面体中心，Al原子占据其周围12个顶点形成20个正三角形构成的二十面体。5正是由于这个共同的Al原子，使晶粒中所有的二十面体取向有序，但长程平移无序，出现所谓的准周期性。由于合金中Mn与Al的原子比为1:6(1/5*3*20=12)，故Al原子为两个相邻的二十面体所共有。6理论和实验都表明，二十面体原子簇

3、从堆积密度、对称性和能量上看，都是一种稳定的原子组合。准晶体就是由这样一类结构单元非周期性连接而成的。7除了5次对称轴的准晶体外，还相继发现了8次、10次和12次旋转对称的准晶体。这些准晶体都属于二维准晶，即在主轴方向呈现出周期性的平移对称，而在与主轴垂直的二维平面上呈现准周期性特征。8非晶体与晶体的基本区别：1、晶体中的原子排列呈现长程有序，而非晶体只在很小的范围内表现出短程有序，从而表现出与液体相似的性质。因此，非晶态固体又称作凝固的液体。92、晶体是热力学上的稳定相，而非晶体则属于热力学上的亚

4、稳相。即从热力学角度，非晶体具有转变为晶体的倾向。其中，非晶体包括玻璃和高分子聚合物（如橡胶、塑料等。10第二节玻璃玻璃是由无机物熔体冷却而获得的非晶态固体，即玻璃是介于结晶态和无定型态之间的一种物质状态，故称之为玻璃态物质。广义上的玻璃可定义为：表现出玻璃转变现象（Tg）的非晶态固体。11玻璃转变现象是指加热玻璃时，在以绝对温标表示的熔点2/3~1/2的温度附近，热膨胀系数和比热发生突变的现象。热膨胀系数Tg转变点；Tf软化点12玻璃的结构特点如下：长程无序、短程有序；宏观上：连续、均匀、无序；微

5、观上：不连续、不均匀。13几种玻璃的特性和用途种类特性用途普通玻璃再高温下易软化窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯等石英玻璃膨胀系数小，耐酸碱，强度大，滤光化学仪器，高压水银灯，紫外灯，光导纤维，压电晶体等光学玻璃透光性能好，有折光和色散性眼镜片，照相机，显微镜，望远镜用凸凹透镜等光学仪器玻璃纤维耐腐蚀，不怕烧，不导电，不吸水，隔热，吸声，防蛀虫太空飞行员的衣服，玻璃钢等钢化玻璃耐高温，耐腐蚀，强度大，质轻，抗震裂运动器材，微波通讯器材，汽车，火车窗玻璃等1415石英玻璃16光学玻璃17玻璃纤维18有关玻璃方面

6、的参考期刊如下：玻璃、玻璃与搪瓷、硅酸盐学报、硅酸盐通报PhysicsandChemistryofGlassesJournalofNon-crystallinesolidsJournalofAmericanCeramicSocietyJournalofMaterialsScience19一、玻璃的共性1、没有固定的熔点；　2、各向同性；3、内能高；　　　　　4、没有晶界；5、无固定形态；　　　6、性能可设计性；7、可逆性；　　　　　8、连续性。201、没有固定的熔点（non-fixedmelting

7、point）当加热玻璃时，只有一个从玻璃态转变温度（Tg）到软化温度连续变化的温度范围。即熔融态与玻璃态之间的转变是在一定温度范围内完成的。21冷却速率会影响Tg大小，快冷时Tg较慢冷时高，g点在e点前。aTgTmdCbegfh快冷摩尔体积Vm温度T慢冷玻璃态过冷液体液体晶态22Fulda测出Na－Ca－Si玻璃：(a)加热速度(℃/min)0.5159Tg(℃)468479493499(b)加热时与冷却时测定的Tg温度应一致。实际测定表明玻璃化转变并没有一个确定的Tg点，而是有一个转变温度范围。结

8、论：玻璃没有固定熔点，玻璃加热变为熔体过程也是渐变的。232、各向同性从各个方向测量材料的性质，若所得数据相同，则称该材料具有各向同性。24玻璃具有各向同性，即其各个方向的力学、光学、热学等性能都相同（如折射率、硬度、弹性模量、热膨胀系数、导热系数等）。玻璃的各向同性从其结构的特点来看，是其内部质点无序排列而呈现的统计均质结构的外在表现。253、内能高与晶体相比，玻璃处于高能状态，在一定条件下有自动析晶的趋势。玻璃晶态264、没有晶界与陶瓷等多晶材料或孪晶等晶体不同，