《玻璃与熔体》PPT课件

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1、熔体和玻璃体第五章熔体的性质与组成结构直接影响了液-固相变的动力学转变过程！主要内容：熔体的结构——聚合物理论1熔体的性质2玻璃的形成3玻璃的通性4硅酸盐玻璃5认识熔体——高温液体熔体的性质更接近气体还是固体？ΔGaΔGv熔体晶体能量从热力学和动力学角度分析熔体与晶体说明：晶体和液体内能差别不大，质点在固体和液体中的相互作用力是接近的。1．晶体的熔解热不大，比液体的气化热小得多。2．晶体与液体的体积密度相近。当晶体熔化为液体时体积变化较小，一般不超过10％(相当于质点间平均距离增加3％左右)；而当液体气化时，体积要增大数百倍至数千倍(例如水增大1240倍)。表3－1几种金

2、属固、液态时的热容值3．固液态热容量相近表明质点在液体中的热运动性质（状态）和在固体中差别不大，基本上仍是在平衡位置附近作简谐振动。气体熔体晶体玻璃强度Isinθ/λ1）晶体：整体有序2）熔体和玻璃体的结构相似近程有序-远程无序4.固液态X射线衍射图相似SiO2液体衍射峰最高点的位置与晶体相近，表明了液体中某一质点最邻近的几个质点的排列形式与间距和晶体中的相似综上所述:液体是固体和气体的中间相，在高温时与气体接近，在熔点时与晶体接近。由于通常接触的熔体多是离熔点温度不太远的液体，故把熔体的结构看作与晶体接近更有实际意义。硅酸盐熔体的特点：（1）组成复杂（2）结构复杂（3）

3、黏度大（4）表面张力大第一节熔体的结构第二节熔体的性质硅酸盐熔体与一般常态下的液体不同1.基本结构单元－[SiO4]四面体硅酸盐熔体中，最基本的离子是硅、氧和碱金属或碱土金属离子。（1）Si—O键：离子键与共价键性(约52％)混合。Si-O键具有高键能、方向性和低配位等特点（2）R—O键第一节熔体的结构——聚合物理论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（或络阴离子团）在这些离子团间存在着聚合－解聚的平衡。聚合物理论熔体中R-O键的键性以离子键为主，当R2O、RO引入硅酸盐熔体中时，Si4+能把R-O键上的氧离子吸

4、引到自己周围，使Si-O键的键强、键长、键角发生改变，最终使桥氧断裂。R—O键对熔体结构的影响非桥氧(Onb)桥氧(Ob)石英颗粒表面有断键，并与空气中水汽作用生成Si－O－H键，与Na2O相遇时发生离子交换：Si－O－HSi－O－Na（1）熔体分化过程以Na2O—SiO2熔体为例聚合物理论+2Na2O(2)(1)(a)(b)(c)(d)(1)(2)在熔融过程中随时间延长，温度上升，熔体结构更加无序化：线性链：围绕Si－O轴发生转动、弯曲；层状聚合物：发生褶皱、翘曲；三维聚合物(残余石英碎片)：热缺陷数增多，同时Si－O－Si键角发生变化。（2）缩聚反应各种低聚物相互作用

5、形成级次较高的聚合物，同时释放出碱金属或碱土金属氧化物。[SiO4]Na4+[SinO3n+1]Na（2n+2）[Sin+1O3n+4]Na（2n+4）+Na2O[SiO4]Na4+[SiO4]Na4[Si2O7]Na6+Na2O[SiO4]Na4+[Si2O7]Na6[Si3O10]Na8+Na2O游离碱（3）聚合－解聚平衡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。初期：主要是石英颗粒的分化；中期：缩聚反应并伴随聚合物的变形；后期：在一定温度(高温)和一定时间(足够长)下达到聚合解聚平衡。1）聚合物的

6、形成过程：聚合物理论总结2）最终熔体组成：聚合程度不同的各种聚合体的混合物，包括低聚物、高聚物、三维碎片、游离碱、吸附物。硅酸盐聚合结构3）聚合物的结构（1）聚合物分布与温度的关系温度↑,低聚物浓度↑1100120013001400(℃)聚合物浓度%Si3O10Si2O7(SiO2)nSiO46050403020100(SiO3)43.影响聚合物聚合程度的因素（2）[SiO4]四面体在各种聚合物中的分布与R的关系87654321负离子含[SiO4]数R=2.3R=2.5R=2.7R=3各级聚合物的[SiO4]量(%)121086420R↑,Onb↑，低聚物浓度↑粘度表面张

7、力熔体性质粘度的含义、理论解释粘度与温度的关系粘度与组成的关系表面张力的含义表面张力与温度的关系表面张力与组成的关系第二节熔体的性质一、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式中F―两层液体间的内摩擦力；S―两层液体间的接触面积；dv/dx―垂直流动方向的速度梯度；η―比例系数，称为粘滞系数，简称粘度。粘度物理意义是指单位接触面积、单位速度梯度下两层液体间的内摩擦力。粘度单位是Pa·s（帕·秒）。粘度的倒数称液体流动度ф，即ф=1/η。绝对速度理论表3－3几种熔体的粘度熔体温度（℃）粘度（