熔体与玻璃体精品文稿.ppt

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1、熔体与玻璃体第1页，本讲稿共23页二、熔体组成与结构二、熔体组成与结构1.熔体化学键分析 最基本的离子是Si,O和碱或碱土金属离子。Si SiO O键具有高键能、方向性和低配位等特点。键具有高键能、方向性和低配位等特点。熔体中熔体中R RO O键的键性以键的键性以离子键离子键为主。为主。当当R R2 2O O、RORO引入硅酸盐熔体中时，引入硅酸盐熔体中时，SiSi4+4+能把能把R RO O上上的氧离子吸引到自己周围，使的氧离子吸引到自己周围，使SiSiO O键的键强、键长、键的键强、键长、键角发生改变，最终键角发生改变，最终使桥氧断裂使桥氧断裂。第2页，本讲稿共23页2.2.Na2OSiO

2、2熔体聚合物的形成过程熔体聚合物的形成过程(1)(1)石英的分化石英的分化 石英颗粒表面有石英颗粒表面有断键断键，并与空气中水汽作用生成并与空气中水汽作用生成SiSiOHOH键，键，与与NaNa2 2O O相遇时发生离子交换：相遇时发生离子交换：SiONaOO122第3页，本讲稿共23页分化过程示意图三维晶格碎片三维晶格碎片各种低聚物各种低聚物 取决于温度、组成、时间取决于温度、组成、时间各种高聚物各种高聚物第4页，本讲稿共23页2.2.Na2OSiO2熔体聚合物的形成过程熔体聚合物的形成过程(2)升温和无序化：以SiO2结构作为三维聚合物、二维聚合物及线性聚合物。在熔融过程中随时间延长，温度

3、上升，熔体结构更加无序化。第5页，本讲稿共23页2.2.Na2OSiO2熔体聚合物的形成过程熔体聚合物的形成过程(3)缩聚反应缩聚反应各种低聚物相互作用形成高聚物各种低聚物相互作用形成高聚物-nSiO4Na4+SiO4Na4Si2O7Na6+Na2OnSiO4Na4+Si2O7Na6 Si3O10Na8+Na2On2Si3O10Na8 SiO36Na12+2 Na2O 第6页，本讲稿共23页三、熔体温度与结构三、熔体温度与结构(1)(1)当熔体当熔体组成不变组成不变时，随温度升高，低聚时，随温度升高，低聚物数量增加；否则反之。物数量增加；否则反之。(2)(2)当温度不变时当温度不变时，熔体组成

4、的熔体组成的O/SiO/Si比比(R)(R)高，则表示碱性氧化物含量较高，分化高，则表示碱性氧化物含量较高，分化作用增强，低聚物也增多。作用增强，低聚物也增多。第7页，本讲稿共23页聚合物形成的三个阶段：聚合物形成的三个阶段：n初期初期：主要是石英颗粒的分化；：主要是石英颗粒的分化；n中期：中期：缩聚反应并伴随聚合物的变形；缩聚反应并伴随聚合物的变形；n后期后期：在一定温度：在一定温度(高温高温)和一定时间和一定时间(足足够长够长)下达到聚合下达到聚合 解聚平衡。解聚平衡。第8页，本讲稿共23页最终熔体组成是：不同聚合程度的各种聚合体的混合物。即低聚物、高聚物、三维碎片、游离碱、吸附物。聚合体

5、的种类、大小和数量随熔体组成和温度而变化。第9页，本讲稿共23页四、聚合物理论要点四、聚合物理论要点（1）硅酸盐熔体是由不同级次、不同大小、不同数量的聚合物组成的混合物。所谓的聚合物是指由SiO4连接起来的硅酸盐聚离子。（2）聚合物的种类、大小、分布决定熔体结构，各种聚合物处于不断的物理运动和化学运动中，并在一定条件下达到平衡。第10页，本讲稿共23页（3）聚合物的分布决定熔体结构，分布一定，结构一定。（4）熔体中聚合物被R，R2结合起来，结合力决定熔体性质。（5）聚合物的种类、大小、数量随温度和组成而发生变化。第11页，本讲稿共23页第三节第三节 玻璃的通性玻璃的通性一、各一、各 向向 同同

6、 性性二、二、介介稳性性三、三、凝固的凝固的渐变性和可逆性性和可逆性四、四、由熔融由熔融态向玻璃向玻璃态转化化时，物理、，物理、化学性化学性质随温度随温度变化的化的连续性性第12页，本讲稿共23页一、各向同性一、各向同性均质玻璃其各方向的性质如折射率、硬度、弹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）。均质玻璃中存在应力除外）。玻璃的各向同性是其内部质点无序排列而呈现玻璃的各向同性是其内部质点无序排列而呈现统计均质统计均质 结构的外在表现。结构的外在表现。二、二、介稳性介稳性热力学热力学高能状

7、态，有析晶的趋势高能状态，有析晶的趋势动力学动力学高粘度，析晶不可能，长期保高粘度，析晶不可能，长期保 持介稳态。持介稳态。第13页，本讲稿共23页TgTM DCBAKFMEVQ 液体 过冷液体晶体玻璃态物质内能与体积随温度的变化关系第14页，本讲稿共23页三、三、凝固的渐变性和可逆性凝固的渐变性和可逆性n 由熔融态向玻璃态转变的过程是可逆的与渐变的，由熔融态向玻璃态转变的过程是可逆的与渐变的，这与熔体的结晶过程有明显区别。这与熔体的结晶过程有明显区别。nTgTg：玻璃形成温度（脆性温度）：玻璃形成温度（脆性温度）n冷却速率冷却速率会影响会影响TgTg大小，快冷时大小，快冷时TgTg较慢冷时高

8、，较慢冷时高，K K点在点在F F点前。当组成一定时，其形成温度是一个随点前。当组成一定时，其形成温度是一个随冷却速度而变化的温度范围。冷却速度而变化的温度范围。nT TM M：析晶温度：析晶温度第15页，本讲稿共23页FuldaFulda测出测出NaNaCaCaSiSi玻璃：玻璃：(a)(a)加热速度加热速度(/min)0.5 1 5 9(/min)0.5 1 5 9 Tg()468 479 493 499 Tg()468 479 493 499(b)(b)加热时与冷却时测定的加热时与冷却时测定的TgTg温度应一致。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实际测定表明玻璃化转变并

9、不是在一个确定的TgTg点上，而是有一个转变温度范围。点上，而是有一个转变温度范围。结论结论：玻璃没有固定熔点，玻璃加热变为熔体过：玻璃没有固定熔点，玻璃加热变为熔体过程也是渐变的程也是渐变的。第16页，本讲稿共23页玻璃转变温度玻璃转变温度TgTg是区分玻璃与其它非晶态固体是区分玻璃与其它非晶态固体的重要特征。的重要特征。传统玻璃传统玻璃：T TM MTTg g 传统玻璃熔体与玻璃传统玻璃熔体与玻璃体的转变是可逆的，渐变的。体的转变是可逆的，渐变的。非晶态固体非晶态固体：T TM MTTg g 二者的转变不可逆。二者的转变不可逆。第17页，本讲稿共23页四、四、由熔融态向玻璃态转化时，物理、

10、化学由熔融态向玻璃态转化时，物理、化学 性质随温度变化的连续性性质随温度变化的连续性性质温度温度TgTf第一类性质：玻璃的电导、比容、粘度等第一类性质：玻璃的电导、比容、粘度等第二类性质：玻璃的热容、膨胀系数、密度、折射率等第二类性质：玻璃的热容、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第三类性质：玻璃的导热系数和弹性系数等第三类性质：玻璃的导热系数和弹性系数等第三类性质：玻璃的导热系数和弹性系数等第18页，本讲稿共23页Tg Tg：玻璃形成温度玻璃形成温度，又称，又称脆性温度脆性温度。它是玻璃出现脆性。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的最

11、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，所以也称均匀冷却而产生的内应力，所以也称退火温度上限退火温度上限退火温度上限退火温度上限。T Tf f ：软化温度软化温度。它是玻璃开始出现液体状态典型性质。它是玻璃开始出现液体状态典型性质的温度。相当于粘度的温度。相当于粘度10109 9dPadPaS S，也是玻璃可拉成丝的，也是玻璃可拉成丝的最低温度。最低温度。第19页，本讲稿共23页第三节第三节 玻璃的结构玻璃的结构n玻璃的结构玻璃的结构：是指玻璃中质点在空间的：是指玻璃中质点在空间的几何配置、有序程度几何配置、有序程度 以及彼此间的结合以及彼此间的结合状态。状态。n玻

12、璃玻璃结构特点结构特点：近程有序，远程无序。近程有序，远程无序。第20页，本讲稿共23页一、晶子学说一、晶子学说n 玻璃由无数的晶子组成。所谓“晶子”不同于一般微晶，而是带有晶格变形的有序区域，它分散于无定形的介质中，并且“晶子”到介质的过渡是逐渐完成的，两者之间无明显界线。第21页，本讲稿共23页二、无规则网络学说1、形成玻璃的物质与相应的晶体类似，形成相似的三维空间网络。2、这种网络是由离子多面体通过桥氧相连，向三维空间无规律的发展而构筑起来的。3、电荷高的网络形成离子位于多面体中心，半径大的变性离子，在网络空隙中统计分布，对于每一个变价离子则有一定的配位数。4、氧化物要形成玻璃必须具备四个条件：A、每个O最多与两个网络形成离子相连。B、多面体中阳离子的配位数 4。C、多面体共点而不共棱或共面。D、多面体至少有3个角与其它相邻多面体共用。第22页，本讲稿共23页三、晶子学说和网络学说比较相同观点：玻璃是具有近程有序、远程无序结构特点的无定形物质。不同点：晶子假说着重于玻璃结构的微不均匀和有序性。无规则网络学说着重于玻璃结构的无序、连续、均匀和统计性。第23页，本讲稿共23页