熔体与玻璃体-教案内容.doc

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1、熔体与玻璃体(MeltandGlass)1．前言（PREFACE）1.1概念(CONCEPTION)熔体：介于气体和固体（晶体）之间的一种物质状态，它具有流动性和各向同性，和气体相似；但又具有较大的的凝聚力和很小的压缩性，和固体相似。玻璃：由熔体过冷(Supercool)而制得的一种非晶态。1.2晶体和非晶体（CrystalandNoncrystal）结构基础主要讲述的是晶体，其结构特点是质点在三维空间有规则排列，称为远程有序；而现在所讲述非晶态固体(Noncrysralsolid)（玻璃、树脂、橡胶），其结构特点是近程有序，而

2、远程无序。固体能量曲线图（有图说明-教材P77图3-1）可以说明：晶体的位能最低，玻璃体的位能高于晶体，而无定形物质的位能更高。1.3熔体和晶体(MeltandCrystal)A．体积密度相似（晶体→熔体，小于10%体积变化；气化时，增大数百倍至数千倍）B．热容相近（CP）C．X-射线衍射图相似。(图说明教材P78-图3-2)1.4玻璃和熔体(GlassandMelt)玻璃由熔体过冷(Supercool)而制得的非晶态物质，熔体和玻璃体结构很相似，它们的结构中存在着近程有序的区域，例如石英晶体中Si-O键距为1.61A,而石英玻

3、璃中Si-O键距为1.62A，两者极为相似；X-ray衍射结果可以证明。(图说明教材P78-图3-2)1.5硅酸盐熔体的特点（FeatureofSilicateMelt）硅酸盐熔体由于组成复杂，粘度大，结构研究困难。2．熔体的结构理论：(TheoryofStructurefortheMelt)2.1近程有序理论(Orderinshortrange)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(Orderinlongrange)”。熔体时，晶格点阵(crystallattices)被破

4、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（10~20A）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为“近程无序(disorderinshortrange)”。2.2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

5、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2.3聚合物理论(Polymer)2.3.1硅酸盐(Silicate)熔体的基本结构Si4+高电荷，半径小，形成很强的硅氧四面体(Tetrhedral)，其电负性ΔX=1.7，具有52%共价键，和O形成SP3杂化，使Si-O键增强，键距缩短。结论：Si-O键具有高键能，方向性和低配位(Coordination)。键接方式：共顶连接（鲍林规则—Pauling’sRules）(图说明-找晶体结构)2.3.2Na2O加入对硅酸盐熔体结构影响A：桥氧：Ob(一

6、氧共两硅)O-Si-O-Si-O-O为桥氧B：非桥氧：Onb(图说明-教材P78-图3-3)C：由于R-O键比Si-O键弱得多，Si4+能把R-O上的氧离子拉在自己周围，由于R-O加入使桥氧断裂，使Si-O键强、键长、键角都在发生变动。O/Si=2：1~4：1架状—层状--带状—链状—岛状（桥氧全部断裂）（图说明-教材P78图3-4）2.3.3聚合物理论的基本过程（图说明-教材P78图3-4）A.石英的分化部分石英颗粒表面带有断键，这些断键与空气中的水汽作用生成Si-O-H，加入Na2O发生离子交换，则断键发生离子交换，为Si-

7、O-Na，由于Na+能使硅氧四面体中Si-O键强发生变化，在Onb中Si-O键的共价成份减弱，因而Si-Onb-Na使得Si-Onb相对增强，而使相应三个Si-Ob相对削弱，易受碱侵蚀断裂，形成两个四面体组成的二聚体短链。B.缩聚伴随变形在熔融过程中，时间加长，温度升高，不同聚合物发生形变。链状聚合物易发生围绕Si-O轴转动同时弯曲；层状聚合物发生摺皱、翘曲；架状使许多桥氧断裂，同时Si-O-Si键角发生变化。低聚物相互作用，形成级次较高的聚合物，同时释放部分Na2O-缩聚。C聚合=解聚平衡不同聚合程度的负离子团同时并存，单聚体

8、([SiO4]4-)、二聚体([Si2O7]6-)、三聚体([Si3O10]8-)……(SinO3n+1)(2n+2)-，此外还有三维晶格碎片（SiO2）n。多种聚合物同时并存而不是一种独存就是结构远程无序的实质。2.3.4熔体结构与温度、组成关系A．组成不变时