《非晶态与玻璃结构》PPT课件

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1、第3章非晶态与玻璃结构Chapter3AmorphousandGlassyTexture§3.1非晶态一、晶体与非晶体质点在三维空间排列没有规律性，即远程无序，不排除局部区域可能存在规则排列，即近程有序质点在三维空间作有规则的排列，即远程有序石英等物X射线衍射图00.040.080.120.160.200.24sinθλ00.040.080.120.160.200.24sinθλ00.040.080.120.160.200.24sinθλ石英玻璃方石英石英凝胶I二、非晶态材料性能1、周期性晶体长程有序；非晶体长程无序，短程有序

2、。2、方向性晶体具有各向异性；非晶体具有各向同性。各向异性是晶体区别于非晶态固体的非常重要的一个特征。性能3、均匀性晶体的均匀性来源于晶体中原子排布的周期性规则，而由于周期很小，宏观观察中分辨不出微观的不连续性。非晶体均匀性来源于原子无序分布的统计性规律4、有无固定熔点晶体具有固定熔点；非晶体没有固定熔点。5、自范性晶体物质在适宜的外界条件下能自发的生长出由晶面，晶棱等几何元素所围成的凸多面体外形来，晶体的这一性质即为晶体的自范性。在理想的环境中，晶体可以生长成凸多面体，凸多面体的晶面数(F)，晶棱数(E)和顶点数(V)之间的

3、关系符合下面公式：F+V=E+2非晶体不会自发的形成多面体外形，非晶体冷却时，随着温度降低，粘度变大，流动性变小，固化成表面圆滑的无定形体，与晶体的有棱、有顶角、有平面的性质完全不同。§3.2玻璃无机非晶态物质玻璃其它非晶态物质凝胶非金态合金非晶态半导体无定形碳……玻璃：具有玻璃转变点(玻璃化温度，glasstransitiontemperature)的非晶态固体。伴随着结晶与玻璃化的体积变化体积温度玻璃晶体液态过冷熔体TgTm低温高温ABCDEFΔVTg=(1/2~2/3)TmTg附近过冷液体的黏度1012~1013Pa·s

4、玻璃化(vitrification)：从液体直接形成玻璃的现象一、玻璃的定义玻璃转化温度：液体在温度下降时被固化而不发生结晶时的温度。二、玻璃的通性各向同性介稳性无固定熔点物理化学性质的渐变性1、各向同性玻璃态物质的质点排列总是无规则的，是统计均匀分布的，因此它的物理化学性质在任何方向都是相同的。均质玻璃其各方向的性质如折射率、硬度、弹性模量、热膨胀系数、导热系数等都相同（非均质玻璃中存在应力除外）。如果玻璃中存在应力或者非均质玻璃，则可显示出各向异性。2、介稳性热力学——高能状态，有析晶的趋势动力学——高粘度，析晶不可能，长

5、期保持介稳态。介稳性：指的是系统远离平衡状态,但却能通过与外界进行物质和能量的交换而维持相对稳定的系统,在系统科学中称之为具有耗散结构的系统。这种系统虽能通过自组织作用而达到稳定,但其稳定性很容易被外界的微小扰动所破坏。析晶:是当物体在处于非平衡态时，会析出另外的相，该相以晶体的形式被析出。这种现象广泛存在于自然界中。比如说过饱和溶液析出的溶质晶体，某些掺杂金属热处理中析出的小颗粒。析晶过程一般有两个过程：晶核的形成与晶体的生长。3、无固定熔点熔融态转变为玻璃态是渐变的、可逆的，在一定温度范围内完成，无固定熔点。Tg—玻璃转变

6、温度Tg，熔体只有熔体玻璃体可逆的转变温度范围冷却速率会影响Tg大小，快冷时Tg较慢冷时高。Fulda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不是在一个确定的Tg点上，而是有一个转变温度范围。结论：玻璃没有固定熔点，玻璃加热变为熔体过程也是渐变的。玻璃转变温度Tg是区分玻璃与其它非晶态固体的重要特征。4、物理化学性质的渐变性第一类性质：玻璃的电导、比容、粘度等第二类性质：玻璃的热

7、容、膨胀系数、密度、折射率等第三类性质：玻璃的导热系数和弹性系数等性质温度TgTfTg：玻璃形成温度，又称脆性温度。它是玻璃出现脆性的最高温度，由于在这个温度下可以消除玻璃制品因不均匀冷却而产生的内应力，所以也称退火温度上限。Tf：软化温度。它是玻璃开始出现液体状态典型性质的温度。相当于粘度109Pa·S，也是玻璃可拉成丝的最低温度。软化后，可以进行吹制、拉制成型玻璃制品玻璃处于热力学不稳定状态，满足必要的动力学条件，必然发生晶化；结晶是放热反应；晶化温度Tx不恒定，随升温速度变化，但可用来估计玻璃稳定性，(Tx-Tg)越大越

8、稳定；玻璃晶化往往先生成亚稳相，再生成稳定相。三、玻璃的晶化单组分玻璃晶化：围绕晶核质点从无序到有序的转化过程，质点的迁移路径通常较短，晶体产物为该组成对应的产物。多元玻璃的析晶始于玻璃的分相，玻璃的分相能形成有利于形核的界面和利于析晶的微区成分。(注：分相是指一个均匀的玻璃