《玻璃熔体》PPT课件

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1、熔体与玻璃体固态晶体自然界中物质的聚集状态非晶体液态气态晶体是内部质点在三维空间做周期性重复排列的固体，或具有格子构造的固体。非晶体内部质点排列远程无序，近程有序。常见的非晶体主要有:玻璃、沥青、松香、橡胶等。气相冷凝获得的无定形物质表面内部位能从能量曲线分析熔体和玻璃熔体玻璃真实晶体理想晶体从能量角度看，在固体中：晶体能量最低有缺陷晶体能量稍高玻璃能量最高，且不同方法得到的玻璃能量不同一、熔体的概念熔体又叫熔融态，是一种液体。液体和固体的相似之处：①体积密度相近晶体→熔体，体积变化一般不超过10%，质点间距增大3%。熔体→气体，体积增大很多，成百上千倍。§1-1熔体的结构②晶体熔化热小晶

2、体→熔体，需要能量低，说明质点在熔体和固体中引力相近。液体→气体，液态气化热高，需要的能量大。③液体与固体热容相近物质液体克原子热容固体克原子热容Pb6.806.52Cu7.507.43Sb7.157.12Mn11.011.1④结构(XRD图谱)晶体玻璃熔体气体Sin/强度在θ角很小时：气体有很强的散射强度；熔体和玻璃没有显著的散射现象。在θ角大时：气体图谱中无峰值出现，质点排列完全无序；晶体峰很光锐，质点排列有序，结晶程度高。熔体和玻璃体在晶体有明显峰处，都有弥散状峰出现。说明结构中有近程有序区域。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

3、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。二、熔体结构1、近程有序理论2、核前群理论3、聚合物理论1、近程有序理论（1924年Freukel提出）晶态时，晶格中质点的分布按一定规律排列，而这种规律在晶格中任何地方都表现着，称为“远程有序”。熔体时，晶格点阵(crystallattices)被破坏，不再具有“远程有序”的特性，但由于熔化后质点的距离和相互间作用力变化不大，因而在每个质点四周仍然围绕着一定数量的、作类似于晶体中有规则排列的其它质点，和晶体不同的是这个中心质点稍远处（10~20Å）这种规律就逐渐破坏而趋于消失。对于这种小范围内质点的有序排列称之

4、为“近程有序”。2、核前群理论又称“蜂窝理论或流动集团理论”，液体质点有规则的排列并不限于中心质点与周围紧邻的质点之间，而是还有一定程度的延续，从而是组成了核前群。核前群内部的结构和晶体结构相似，而核前群之外，质点排列的规律性较差，甚至是不规则的。所谓的核前群就是液体质点在形成晶核前的质点群或质点集团。3、聚合物理论硅酸盐熔体——Si、O、碱土或碱金属离子硅酸盐熔体中Si-O键Si4+电荷高，半径小，强烈形成硅氧四面体即：Si-O键有高键能，方向性及低配位等特点；既有离子键又有共价键成分（52%为共价键）在熔体中加入R-O（R为碱及碱土金属氧化物）即：R-O为离子键弱于Si-OR—O键熔体

5、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。硅酸盐聚合结构在熔融石英中，若加入Na2O，会使O/Si↑，桥氧↓，非桥氧↑,即桥氧断裂，石英发生分化，分化出单体、二聚体、三聚体……还有未分化的三维晶格碎片。分化成的低聚体又会发生缩聚、变形。熔融石英的分化：NaH+2Na2O2Na2O2Na2O+NaHNaNaNaNaNaH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

6、陷数增多，同时Si－O－Si键角发生变化。缩聚反应:各种低聚物相互作用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+[SiO4]Na4[Si2O7]Na6+Na2O[SiO4]Na4+[Si2O7]Na6[Si3O10]Na8+Na2O[SiO4]Na4+[SinO3n+1]Na（2n+2）[Sin+1O3n+4]Na（2n+4）+Na2O缩聚释放的Na2O又能进一步侵蚀石英骨架而使其分化出低聚物，如此循环，最后体系出现：分化缩聚这样熔体就有各种不同聚合程度的负离子团同时并存多种聚合物同时并存，而不是一种独存，这就是熔体结构远程无序的实质熔体中的可逆平衡:熔体

7、中有多种多样的聚合物，高温时低聚物各自以分立状态存在，温度降低时有一部分附着在三维碎片上，形成“毛刺”结构。聚合物分布与温度的关系聚合物浓度的影响因素（温度和组成）温度↑,低聚物浓度1100120013001400(℃)聚合物浓度%Si3O10Si2O7(SiO2)nSiO46050403020100(SiO3)4↑[SiO4]四面体在各种聚合物中的分布与硅氧比R的关系87654321负离子含[SiO4]数R=2.3R=