玻璃工艺学第三章精选PPT.ppt

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1、玻璃工艺学第三章第1页，此课件共35页哦主要内容主要内容l3.1 玻璃的分相玻璃的分相l3.2 玻璃的析晶玻璃的析晶l3.3 微晶玻璃的核化和晶化微晶玻璃的核化和晶化l3.4 玻璃的析晶缺陷玻璃的析晶缺陷第2页，此课件共35页哦3.1 玻璃的分相玻璃的分相l分相：玻璃在高温下为均匀熔体，在冷却过程中或在一定的分相：玻璃在高温下为均匀熔体，在冷却过程中或在一定的热处理时，由于内部质点迁移，某些组分发生偏聚，从而形热处理时，由于内部质点迁移，某些组分发生偏聚，从而形成化学组成不同的两个相。成化学组成不同的两个相。l分相区一般可从几纳米到几十纳米，属于亚微结构不均匀性，分相区一般可从几纳米到几十纳米

2、，属于亚微结构不均匀性，在高倍电子显微镜下才能观察到。在高倍电子显微镜下才能观察到。第3页，此课件共35页哦l两种不同类型的分相：两种不同类型的分相：u稳定分相稳定分相（稳定不混溶性）：液相线以上出现相分离现象。碱（稳定不混溶性）：液相线以上出现相分离现象。碱土金属和一些二价金属氧化物与二氧化硅的二元系统。土金属和一些二价金属氧化物与二氧化硅的二元系统。u亚稳分相亚稳分相（亚稳不混溶性）：液相线以下出现的分相。碱金属（亚稳不混溶性）：液相线以下出现的分相。碱金属氧化物与二氧化硅的二元系统。氧化物与二氧化硅的二元系统。第4页，此课件共35页哦第5页，此课件共35页哦混合自由焓混合自由焓-组成曲线

3、组成曲线第6页，此课件共35页哦第7页，此课件共35页哦第8页，此课件共35页哦l亚稳分解区亚稳分解区S区（不稳区）和不混溶区区（不稳区）和不混溶区N区（亚稳区）区（亚稳区）第9页，此课件共35页哦3.1.1 两种不同分相的特点、结构及机理两种不同分相的特点、结构及机理l两种不同分相的特点两种不同分相的特点u旋节分解分相（旋节分解分相（S区）区）0，成分无限小的起伏，导致自由焓减小，单，成分无限小的起伏，导致自由焓减小，单相是不稳定的，分相是瞬时的，自发的。相是不稳定的，分相是瞬时的，自发的。基本上不需要克服任何位垒。基本上不需要克服任何位垒。第10页，此课件共35页哦u成核分相（成核分相（N

4、区）区）0，成分无限小的起伏，导致自由焓增大，单相对成分，成分无限小的起伏，导致自由焓增大，单相对成分无限小的起伏是稳定的或亚稳的。无限小的起伏是稳定的或亚稳的。新相的形成不是自发的，需要做功。新相的形成不是自发的，需要做功。新相通过成核新相通过成核-生长从母液中析出。生长从母液中析出。第11页，此课件共35页哦l两种不同分相机理两种不同分相机理u旋节分解分相旋节分解分相相变开始时浓度变化程度很小，但空间范围很大。相变开始时浓度变化程度很小，但空间范围很大。是发生在平均浓度是发生在平均浓度C0的母相中瞬间的浓度波形起伏，的母相中瞬间的浓度波形起伏，出现浓度低处出现浓度低处C0向浓度高处向浓度高

5、处Ca的负扩散（爬坡扩散）。的负扩散（爬坡扩散）。第二相相界面开始是弥散的，逐渐出现明显的界面，第二相相界面开始是弥散的，逐渐出现明显的界面，浓度随时间持续变化直至达到平衡成分。浓度随时间持续变化直至达到平衡成分。第12页，此课件共35页哦u成核分相：成核分相：由于核的形成局部地区由平均浓度由于核的形成局部地区由平均浓度C0降至降至Ca，同时出，同时出现一个浓度为现一个浓度为Ca的的“核胚核胚”。是一种由高是一种由高浓度度C0向低浓度向低浓度Ca的正扩散。的正扩散。起始浓度变化程度大，而涉及的空间范围小。起始浓度变化程度大，而涉及的空间范围小。第二相成分不随时间而变化，分相析出的第二相始终第二

6、相成分不随时间而变化，分相析出的第二相始终有显著的界面。有显著的界面。第13页，此课件共35页哦第14页，此课件共35页哦l两种不同分相结构两种不同分相结构u旋节分解分相旋节分解分相 连通结构连通结构u成核分相成核分相 孤立滴状结构孤立滴状结构第15页，此课件共35页哦第16页，此课件共35页哦3.1.4 玻璃分相的原因玻璃分相的原因l氧化物熔体的液相分离是由于阳离子对氧离子的争夺所氧化物熔体的液相分离是由于阳离子对氧离子的争夺所引起的。引起的。l阳离子势的大小，对氧化物玻璃的分相有决定性的作用。阳离子势的大小，对氧化物玻璃的分相有决定性的作用。uZ/r 1.4，液相线以上发生分相。，液相线以

7、上发生分相。uZ/r介于介于1.01.4之间，液相线程之间，液相线程S形，液相线以下发生分相。形，液相线以下发生分相。uZ/r1.0，熔体不发生分相。，熔体不发生分相。第17页，此课件共35页哦3.1.5 分相对玻璃性能的影响分相对玻璃性能的影响v分相对具有迁移性能（如黏度、电导、化学稳定性等）分相对具有迁移性能（如黏度、电导、化学稳定性等）的影响较为敏感。的影响较为敏感。v分相对具有加和特性的另一类性质（如折射率、密度热分相对具有加和特性的另一类性质（如折射率、密度热膨胀系数、弹性模量等）的影响不那么敏感。膨胀系数、弹性模量等）的影响不那么敏感。第18页，此课件共35页哦3.1.5.1对具有

8、迁移性能的影响对具有迁移性能的影响u分相对具有迁移性能的影响决定于分相的形态。分相对具有迁移性能的影响决定于分相的形态。u分相的形态与玻璃成分以及热处理的温度和时间分相的形态与玻璃成分以及热处理的温度和时间有关。有关。第19页，此课件共35页哦3.1.5.2对玻璃析晶的影响对玻璃析晶的影响u为成核提供界面为成核提供界面 分相增加了相之间的界面，成核总是优先产生于分相增加了相之间的界面，成核总是优先产生于相的界面上。相的界面上。u分散相具有高的原子迁移率分散相具有高的原子迁移率 分相导致两液相之一具有较母相明显大的原子迁分相导致两液相之一具有较母相明显大的原子迁移率，高的迁移率能够促进成核。移率

9、，高的迁移率能够促进成核。u使成核剂组分富集于一相使成核剂组分富集于一相第20页，此课件共35页哦3.1.5.3对玻璃着色的影响对玻璃着色的影响u含有过渡元素（如含有过渡元素（如Fe、Co、Ni、Cu）的玻璃，）的玻璃，在分相过程中，过渡元素几乎全部富集在微相在分相过程中，过渡元素几乎全部富集在微相（高碱相或碱硼相）液滴中，而不是在基体玻璃（高碱相或碱硼相）液滴中，而不是在基体玻璃中。中。第21页，此课件共35页哦3.2 玻璃的析晶玻璃的析晶l熔体或玻璃体中析出晶体，一般要经过两个步骤：熔体或玻璃体中析出晶体，一般要经过两个步骤：晶核晶核形成、晶体长大形成、晶体长大。l成核过程可分为：均匀成核

10、、非均匀成核成核过程可分为：均匀成核、非均匀成核u均匀成核：均匀成核：指在宏观均匀的玻璃中，在没有外来物参与下，与相界、指在宏观均匀的玻璃中，在没有外来物参与下，与相界、结构缺陷等无关的成核过程。结构缺陷等无关的成核过程。u非均匀成核：非均匀成核：依靠相界、晶界或基质的结构缺陷等不均匀部位而依靠相界、晶界或基质的结构缺陷等不均匀部位而成核的过程。成核的过程。第22页，此课件共35页哦3.2.1.1 均匀成核均匀成核l新相形成过程中，同时存在两种相反的能量变化：新相形成过程中，同时存在两种相反的能量变化：u体积自由能的减小；体积自由能的减小；u界面自由能的增加。界面自由能的增加。第23页，此课件

11、共35页哦lGG与与r r的关系的关系第24页，此课件共35页哦3.2.12 非均匀成核非均匀成核v非均匀成核理论是在非均匀成核理论是在微晶玻璃微晶玻璃的研制过程中发展和充实起的研制过程中发展和充实起来的，又反过来指导微晶玻璃的发展。来的，又反过来指导微晶玻璃的发展。v有控制的析晶或诱导析晶是制造微晶玻璃的基础。有控制的析晶或诱导析晶是制造微晶玻璃的基础。v适当选择玻璃成分、成核剂、热处理制度，就可能有意识地适当选择玻璃成分、成核剂、热处理制度，就可能有意识地控制玻璃成核和晶体长大，获得一系列性能优异的微晶玻璃。控制玻璃成核和晶体长大，获得一系列性能优异的微晶玻璃。第25页，此课件共35页哦l

12、用于微晶玻璃的成核剂：用于微晶玻璃的成核剂：u贵金属盐类贵金属盐类 Au、Ag、Cu、Pt、Rhu氧化物氧化物 TiO2、P2O5、ZrO2、Cr2O3u氟化物氟化物 氟化钙（氟化钙（CaF2）、冰晶石（）、冰晶石（Na3AlF6）、）、氟硅化钠氟硅化钠（Na2SiF6）、）、氟化镁（氟化镁（MgF2）第26页，此课件共35页哦3.2.2 晶体生长晶体生长v晶体生长速度取决于物质扩散到晶核表面的速度和物质加入晶体生长速度取决于物质扩散到晶核表面的速度和物质加入晶体结构的速度。晶体结构的速度。第27页，此课件共35页哦u当过程离开平衡态很小时，当过程离开平衡态很小时，T接近于接近于Tm，GGKT

13、,上式可近似写成：上式可近似写成：晶体生晶体生长速度与推速度与推动力（力（过冷度冷度T）呈直）呈直线关关系。系。第28页，此课件共35页哦u当当过程离开平衡程离开平衡态很大很大时，TTm，GG KT，上式，上式可近似写成：可近似写成：晶体生晶体生长速度受到原子速度受到原子扩散速度的控制。散速度的控制。第29页，此课件共35页哦3.2.3 影响玻璃析晶的因素影响玻璃析晶的因素l温度温度uT增大，成核和晶体生增大，成核和晶体生长的的驱动力增大；但黏度随之上升，力增大；但黏度随之上升，成核和晶体生成核和晶体生长的阻力增大。的阻力增大。l黏度黏度 u当温度较低时，黏度对质点扩散的阻碍作用限制着结晶速度

14、，当温度较低时，黏度对质点扩散的阻碍作用限制着结晶速度，尤其是晶核长大的速度。尤其是晶核长大的速度。第30页，此课件共35页哦l杂质杂质u加入少量杂质会促进结晶。加入少量杂质会促进结晶。u原因：杂质引起成核作用，还会增加界面处的流动度，使晶原因：杂质引起成核作用，还会增加界面处的流动度，使晶核更快地长大。核更快地长大。l界面能界面能 u固液界面能越小，晶核生长所需能量越低，结晶速度越大。固液界面能越小，晶核生长所需能量越低，结晶速度越大。第31页，此课件共35页哦3.4.1玻璃析晶缺陷产生的原因玻璃析晶缺陷产生的原因3.4 玻璃的析晶缺陷玻璃的析晶缺陷uuTIvIv第32页，此课件共35页哦3

15、.4.2 影响玻璃析晶缺陷产生的因素影响玻璃析晶缺陷产生的因素l玻璃成分玻璃成分u玻璃成分是引起玻璃析晶的内因。成分愈简单，愈容易析晶。玻璃成分是引起玻璃析晶的内因。成分愈简单，愈容易析晶。l玻璃的结构因素玻璃的结构因素u网络的连接程度对玻璃析晶有重要作用。网络连接程度愈大，网络的连接程度对玻璃析晶有重要作用。网络连接程度愈大，愈不易析晶，网络断裂愈多，愈易析晶。愈不易析晶，网络断裂愈多，愈易析晶。第33页，此课件共35页哦l分相的作用分相的作用u分相为均匀液相提供界面，为晶相的成核提供条件，是析晶分相为均匀液相提供界面，为晶相的成核提供条件，是析晶的有利因素。的有利因素。l工艺因素工艺因素u

16、原料成分的变动，配合料称重差错，混合不均匀，碎玻璃成分不原料成分的变动，配合料称重差错，混合不均匀，碎玻璃成分不合适、熔制工艺不适合等，都可能由于引起玻璃成分的波动而发合适、熔制工艺不适合等，都可能由于引起玻璃成分的波动而发生析晶。生析晶。第34页，此课件共35页哦作业作业1、名词解释：、名词解释：相变、分相、旋节分解相变、分相、旋节分解2、玻璃分相的两种不同分相的结构特点及机理如何？、玻璃分相的两种不同分相的结构特点及机理如何？3、玻璃析晶的两个阶段及其相互间的关系如何？、玻璃析晶的两个阶段及其相互间的关系如何？4、影响玻璃析晶的因素有哪些？、影响玻璃析晶的因素有哪些？第35页，此课件共35页哦