《无机材料科学基础》第3章 熔体与玻璃体ppt课件.ppt

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1、第三章熔体与玻璃体本章要点硅酸盐熔体的形成原因及过程影响熔体黏度的因素玻璃的通性玻璃形成的动力学、结晶化学条件玻璃结构的晶子假说和无规则网络假说第一节熔体的结构一、对熔体的一般认识二、硅酸盐熔体的形成一、对熔体结构的一般认识1．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)。2．晶体的熔解热不大，比液体的气化热小得多。Na晶体Zn晶体冰熔融热(kJ/mol)2.516.706.

2、03而水的气化热为40.46kJ／mol。这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。表3－1几种金属固、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。4.X射线衍射图相似。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。液体衍射图中的衍射峰都很宽阔，这是和液体质点的有规则排列区域的高度分散有关。由此可以认为，在高于熔点不太多的温度下，液体内部

3、质点的排列并不是象气体那样杂乱无章的，相反，却是具有某种程度的规律性。这体现了液体结构中的近程有序和远程无序的特征。图3－1不同聚集状态物质的X射线衍射强度随入射角度变化的分布曲线气体熔体晶体玻璃强度Isinθλ综上所述:液体是固体和气体的中间相，液体结构在气化点和凝固点之间变化很大，在高温（接近气化点）时与气体接近，在稍高于熔点时与晶体接近。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。二、硅酸盐熔体的形成1.硅酸盐熔体的基本组成Si4+O2-R+R2+2.硅

4、酸盐熔体的形成原因Si4+电荷高、半径小，有很强的夺取RO的氧形成硅氧四面体的能力。3、袈状石英的分化过程石英颗粒分化阶段：形成复杂的阴离子混合物缩聚并伴随变形：低聚物聚合成高聚物，同时释放出部分碱性氧化物一定时间和温度下，聚合解聚达平衡第二节熔体的性质一、粘度粘度的含义、粘度与温度的关系、粘度与组成的关系二、表面张力表面张力的含义、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（3－1）式中F―两层液体间的内摩擦力；S―两层液体

5、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。因此，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）。1Pa·s＝1N·s/m2＝10dyne·s／cm2＝10P（泊）或1dPa·s（分帕·秒）＝1P（泊）。粘度的倒数称液体流动度ф，即ф=1/η。3.2.1熔体粘度理论1绝对速度理论由于熔体质点都处于相邻质点的键力作用之下，即每个质点均落在一定大小的位垒⊿Ε之间，要使质点移动，就必须使质点具有克服此位垒的足够能量活化质

6、点数:N∝exp(-⊿Ε/kT)流动度：Φ=Ф0exp(⊿Ε/kT)∵Φ=1/η∴η=η0exp(⊿Ε/KT)⊿Ε：质点移动的活化能k：波尔兹曼常数η0：与熔体组成有关的常数对3—1式取对数㏒η=A+B/T适用：在高、低温区与实际相符。0.40.61.00.81.21296301600200010001200800600Logη1/T10-3(K-1)(180)(300)(550)kJ/mol2自由体积理论液体要能够流动必须打开蕴藏在液体内部的空隙以允许液体分子的运动自由体积V:温度为T时液体的体积V0：

7、温度为T0时液体分子的硬核体积Vf=V－V0=α(T－T0)带入η=Bexp[KV0/α(T－T0)]=Aexp[B/(T－T0)]评价：玻璃转变温度Τɡ以上与实际相符3.过剩熵理论液体有许多结构单元（离子、原子、或质点基团）构成，液体的流动是这些结构单元的再排列过程。结构单元由于能量起伏而获得具有足够克服势垒的活化能时就可以再排列。η=CexpD/TS0C:常数D:与分子重排的势垒成比例，接近常数S0:（由结构的位形熵有关）=Cexp⊿Cp(T－T0)/Tη=Cexp[D/⊿Cp(T－T0)]=Cexp

8、[B/(T－T0)]3.2.2粘度的测定：硅酸盐熔体的粘度相差很大，从10－2～1015Pa·s，因此不同范围的粘度用不同方法测定．107～1015Pa·s：拉丝法。根据玻璃丝受力作用的伸长速度来确定。10～107Pa·s：转筒法。利用细铂丝悬挂的转筒浸在熔体内转动，悬丝受熔体粘度的阻力作用扭成一定角度，根据扭转角的大小确定粘度。100.5～1.3×105Pa·s：落球法。根据斯托克斯沉降原理，测定铂球在熔体中下落速度求出。小