非晶态固体.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章,非晶态固体,掌握玻璃体结构的基本理论、,性质及转化时的物理化学条件。,用基本理论分析熔体和玻璃体的,结构与性质。,本章要求,第三章：非晶态固体,问题的引出：,晶体（理想）的特点,晶体（实际）的特点,整体有序,【举例】,熔体与玻璃的特点,？,与晶体有什么不同？,图3,1结晶态、玻璃态与过冷液态之间的关系,当两个面积为,S,，,相隔距离为的平行流体层以一定的速率梯度,dv,dx,发生相对移动时，必然需要有一个力来克服流体的内摩擦。这个内摩擦力的大小为：,f=,S,比例系数,就是粘度,水的粘度为厘泊左右，而蓖麻油的粘度为,1000,厘泊。从液态形成玻璃的过程是粘度增大的过程，固体的粘度在,10,15,泊以上。,即与面积及速率梯度,dv,dx,成正比，比例系数,就是粘度。,粘度的单位,当的单位为厘米,2,，,dv,dx,的单位为秒,-,l,，,的单位为达因时，,的单位为达因秒厘米,-2,，即克厘米,-,l,秒,-1,，,工程上把,1,克厘米,-1,秒,-1,称为,1,泊,。,1,泊,=100,厘泊。,在国际单位制中为牛顿秒米,-2,，,1,牛顿秒米,-2,=1,Pa,s=10,泊,。,工作点,=10,4,泊，是,玻璃进行成型加 工的温度范围。,软化点,=10,8,泊。,玻璃的自重就可以产生明显的流变。,T,f,玻璃拉丝温度,退火点,=10,13,泊。,在该温度以上，玻璃中内应力可以消除。,T,g,玻璃化转变温度,=,T,13,原 因,熔体是玻璃制造的中间产物,瓷釉在高温状态下是熔体状态,耐火材料的耐火度与熔体含量有直接关系,瓷胎中40%60%是玻璃状态（高温下是熔融液态）,复合材料增强玻璃纤维,3、,为什么要研究玻璃？（结构和性能）,3-2 玻璃的结构,（一）,XRAD,结果,（二）结构描述,（三）玻璃结构参数,（四）玻璃的性质,基本内容,气体、熔体、玻璃体和方石英的,XRD,图,（一）,XRD,分析:,图38方石英与石英玻璃的,X,衍射图线,（一）,XRD,结果:,结 论,熔体和玻璃的结构相似,结构中存在着近程有序区,晶体中原子排列的图象可由,X,射线、电子、中子衍射分析来获得，这些实验方法都是基于晶体结构的周期性。,在玻璃中原子排列没有这种有规则的周期性，因而通常的结构分析方法也就不易确定其原子排列的具体图象。,因为衍射分析所提供的只是原子的平均环境的知识，也就是说不同原子构型的非晶态可能获得同样的衍射分析结果，这当然是不够理想的。,目前可以利用,X,射线衍射等方法来研究玻璃的结构，但它们主要提供的是关于原子及离子的近程有序结构的信息，如配位数、平均位置的对称性、键特征等等。,射线衍射分析所提供的信息，可以用径向分布函数来描述。,玻璃和液体的近程有序可以从径向分布函数的特征来证实。,径向分布函数,原子的径向分布函数的定义是这样的：取固体中任意一个原子中心作原点，计算在离开这个原点附距离为到,r+,dr,的球壳内原子的数目，如为,c,1,。,把固体中每个原子作为原点，都可以得到这样一个,c,i,值。对试样中所有原子取平均值即得到 。定义 为距离等于,r,的球壳上原子的平均密度。,则,径向分布函数可以描述固体中原子排列的有序程度。,图,3,5,径向分布函数示意图,（,a,）,周期为,a,的二维正方排列；（,b,）,径向分布函数图,对于完全无序分布的气态原子来说，应该是常量，因此径向分布函数应该是一条无起伏的二次曲线。,图36 非晶态硒的径向分布函数,图37 非晶态,Si,O,2,的径向分布函数,图,3,9,（,a,）,方石英（,SiO,2,）,晶体结构；（,b,）,石英玻璃（,SiO,2,）,无规则网络结构,（图中只画出四面体中的三个氧离子）,Si,O,Si,+Na,O,Na,Si,O O,Si,Na Na,(1),O/,Si,的影响：,分 子 式,O/,Si,SiO,4,连接程度 粘度(,dpa,.s),SiO,2,2/1,骨架 10,10,Na,2,O.2SiO,2,5/2,层状 280,Na,2,O.SiO,2,3/1,链状 1.6,2,Na,2,O.SiO,2,4/1,岛状 1,在1400时钠硅系统玻璃粘度表,(2),R,+,对,硅酸盐熔体（,SiO,2,）,粘度的影响：随加入量增加而显著下降。,(3),Al,2,O,3,补网作用,R,+,对,R,2,OSiO,2,熔体黏度的影响,R,2,O,含量25,mol%,O/,Si,比高时，此时,SiO,4,之间连接已接近岛状，孤立,SiO,4,很大程度上依靠,碱金属离子,相连。再引入,R,2,O，Li,+,键力大使熔体粘度升高，所以,Li,2,O,升高粘度较,Na,2,O、K,2,O,显著，此时相应的熔体粘度,(5),R,2,对粘度作用：,R,2,对,O/,Si,影响与,R,相同，同时应考虑,离子极化,对粘度的影响。,100,80,60,40,20,0 0.50 1.00 1.50 2.00,离子半径,(,P),Si,Mg,Zn,Ni,Ca,Sr,Ba,Pb,Ca,Cu,Mn,Cd,2价离子对74,SiO,2,-10CaO-16Na,2,O,熔体粘度的影响,第三章完,