• / 85
  • 下载费用:25 金币  

玻璃体_1课件

关 键 词:
玻璃体_1课件 课件ppt课件ppt
资源描述:
This year, my town construction work in the city, municipal government, municipal construction Bureau of the direct leadership and support, the Town party committee 上节课主要内容 一、熔体的特点 ① 熔体和玻璃的结构相似; ② 结构中存在着近程有序区。 This year, my town construction work in the city, municipal government, municipal construction Bureau of the direct leadership and support, the Town party committee 二、聚合物的形成 初期:石英颗粒的分化; 中期:缩聚反应并伴随聚合物的变形; 后期:在一定温度(高温)和一定时间 (足够长) 下达到聚合 解聚平衡。 This year, my town construction work in the city, municipal government, municipal construction Bureau of the direct leadership and support, the Town party committee 三、熔体的粘度与温度的关系 This year, my town construction work in the city, municipal government, municipal construction Bureau of the direct leadership and support, the Town party committee 四、影响熔体粘度的因素 1、温度 2、组成 This year, my town construction work in the city, municipal government, municipal construction Bureau of the direct leadership and support, the Town party committee §3.3 玻璃的通性 • 各向同性; • 介稳性(亚稳性); • 熔体向玻璃体转化的渐变性和可逆性; • 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和渐变性。 • 玻璃性能的可设计性。 一、各向同性 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统计 均质 结构的外在表现。(远程无序、近程有序) 二、 介稳性 热力学—高能状态,有析晶的趋势; 动力学—高粘度,析晶不可能,长期保持介稳态。 This year, my town construction work in the city, municipal government, municipal construction Bureau of the direct leadership and support, the Town party committee B A C D E G F K V, U TgTgTm This year, my town construction work in the city, municipal government, municipal construction Bureau of the direct leadership and support, the Town party committee 三、熔体向玻璃体转化的渐变性和可逆性 • 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。 This year, my town construction work in the city, municipal government, municipal construction Bureau of the direct leadership and support, the Town party committee B A C D E G F K V, U TgTgTm 冷却速率会影响Tg大小,快冷时Tg较慢冷时高, K点在F点前。Fulda测出Na-Ca-Si玻璃: (a) 加热速度(℃/min) 0.5 1 5 9 Tg(℃) 468 479 493 499 (b) 加热时与冷却时测定的Tg温度应一致(不 考虑滞后)。 实际测定表明玻璃化转变并不是在 一个确定的Tg点上,而 是有一个转变温度范围。 玻璃没有固定熔点,玻璃加热变为 熔体过程也是渐变的。 结 论 This year, my town construction work in the city, municipal government, municipal construction Bureau of the direct leadership and support, the Town party committee ★玻璃转变温度Tg是区分玻璃与其它非晶态 固体的重要特征。 ★传统玻璃:TMTg 传统玻璃熔体与玻璃体 的转变是可逆的, 渐变的。 ★非传统玻璃(无定形物质):TM PbSiO4 Na2SiO3 众多科学家从:d、α、ΔH、 ΔS等热力学数据研究玻璃 形成规律,结果都是失败的!热力学是研究反应、平衡的 好工具,但不能对玻璃形成做出重要贡献! 三、形成玻璃的动力学手段 1、Tamman观点: 影响析晶因素:成核速率Iv和晶体生长速率u --需要适 当的过冷度(△T=Tm-T): 过冷度增大,熔体粘度熔体粘度增加,使质点移动困难, 难于从熔体中扩散到晶核表面,不利于晶核长大; 过冷度增大,熔体质点动能熔体质点动能降低,有利于质点相 互吸引而聚结和吸附在晶核表面,有利于成核。 过冷度与成核速率Iv和晶体生 长速率u必有一个极值。 结论 Iv= P * D 其中:P——临界核坯的生长速率 D——相邻原子的跃迁速率 D P Iv T 速 率 一方面: T 粘度 质 点运动困难,难于扩散到晶核表 面,不利于成核和长大。 另一方面: T 质点动能 质点间引力 容易聚集吸附在晶核表面,对成核有利。 结论 Iv呈极值变化 过冷度△T=Tm-T u=Bexp(-Ga/kT) * [1- Bexp(-Gv/kT)] 其中: ①项——质点长程迁移的影响 ②项——与Gv有关,晶体态和玻璃态两项 自由能差. Gv= H T/Te ①项②项 T u ① ② 结论 u呈极值变化 速 率 IV u IV (B) 析晶区 总析晶速率—— 1、过冷度太小或过大,对成核和生长均不利。只有在 一定过冷度下才能有最大的IV和u 。 (A) u IVu IV IV u IV (B) 析晶区 (A) u IVu IV 2、IV和 u两曲线重叠区,称析晶区,在此区域内,IV和 u 都有一个较大的数值,既有利成核,又有利生长。 This year, my town construction work in the city, municipal government, municipal construction Bureau of the direct leadership and support, the Town party committee IV u IV (B) 析晶区 (A) u IVu IV 3、两侧阴影区为亚稳区。左侧T 太小,不可能自发成 核,右侧 T太大,温度太低,粘度太大,质点难以移动 无法形成晶相。亚稳区为实际不能析晶区。 This year, my town construction work in the city, municipal government, municipal construction Bureau of the direct leadership and support, the Town party committee IV u IV (B) 析晶区 (A) u IVu IV 4、如果 IV和 u的极大值所处的温度范围很靠近,熔体就易析 晶而不易形成玻璃。反之,就不易析晶而易形成玻璃。 Tamman观点的结论: • 1、过冷度太小或过大,对成核和生长均不利。只有在一 定过冷度下才能有最大的IV和u 。 • 2、IV和 u两曲线重叠区,称析晶区,在此区域内,IV和 u 都有一个较大的数值,既有利成核,又有利生长。 • 3、两侧阴影区为亚稳区。左侧T 太小,不可能自发成 核,右侧 T太大,温度太低,粘度太大,质点难以移动 无法形成晶相。亚稳区为实际不能析晶区。 • 4、如果 IV和 u的极大值所处的温度范围很靠近,熔体就 易析晶而不易形成玻璃。反之,就不易析晶而易形成玻 璃。 熔体在Tm温度附近若粘度很大,此时晶核产生与 晶体的生长阻力均很大,因而易形成过冷液体而不 易析晶。 IV和 u两曲线峰值大小及相对位置,都由 系统本性所决定。 近代研究证实,如果冷却速率足够快,则任何 材料都可以形成玻璃。 从动力学角度研究各类不同组成的熔体以多快的 速率冷却才能避免产生可以探测到的晶体而形成玻 璃,这是很有意义的。 2、Uhlmann观点: •确定玻璃中可以检测到的晶体的最小体积(V /V=10-6 ); •考虑熔体究竟需要多快的冷却速率才能防止此结晶量的 产生,从而获得检测上合格的玻璃。 根据相变动力学理论,对均匀成核,在时间t内单位体积 的V /V ,可用Johnson-Mehl-Avrami式来描述。 借助此式绘制给定体积分数的三T曲线,并可估计 出避免生成10-6分数晶体所必须的冷却速率。 Tg 玻璃相玻璃相 TM 稳定液相 亚稳液相 结晶相结晶相 t This year, my town construction work in the city, municipal government, municipal construction Bureau of the direct leadership and support, the Town party committee 三T即: Time-Temperature-Transformation 三T曲线的绘制: 1、选择一个特定的结晶分数10-6; 2、在一系列温度下计算成核速率IV 、生长速率u ; 3、把计算所得IV 、u代入上式求出对应时间t ; 4、以 ΔΤ=ΤM-T 为纵坐标,冷却时间t为横坐标作 出3T图。 只有三T曲线前端即鼻尖对应析出10-6体积分数的晶 体的时间是最少的。为避免析出10-6分数的晶体所需的 临界冷却速率可由下式近似求出 若(dT/dt)c大,则形成玻璃困难,反之则容易。 Tg 玻璃相玻璃相 TM 亚稳液相 结晶相结晶相 t This year, my town construction work in the city, municipal government, municipal construction Bureau of the direct leadership and support, the Town party committee 系统A、B、C中,系统C达到10-6晶体体积分数所需时 间最长,对应的最大冷却速率最低,因此相对容易形成玻 璃。 时间,t 过冷度 (2) dT/dt越小,容易形成玻璃。 (3) Tg/TM接近“ 2/3”时,易形成玻 璃,即三分之二规则。 (1) 熔点时的粘度高,易形成玻璃, 析晶阻力较大,TM时的粘度是形成玻璃 的主要标志。 结 论 由Tg与Tm作图知,易生成玻璃的组成在直线的上方上方。 此规则反映形成玻璃所需冷却速率大小。 玻璃形成条件:E、 、 、 2/3规则、 (TM) 总结: SiO2 四、玻璃形成的结晶化学条件 1、键强(孙光汉理论) (1)单键强度335kJ/mol(或80kcal/mol)的 氧化物——网络形成体。 (2)单键强度0.05 Kcal/mol 易形成 玻璃; 单键强度/Tm.p 1 , 则有[AlO4] 即为网络形成 离子。 若(R2O+RO)/Al2O3 1 , 则有[AlO6] 即为网络变性 离子。 若(R2O+RO)/Al2O3  1 , 则有[AlO4] 即为网络形成 离子。 312.5P2O5 223Na2O·SiO2 402Na2O ·Al2O3 ·2SiO2 3.50.52.25 Na2O ·1/3Al2O3 ·2SiO2 312.5Na2O·2SiO2 402SiO2 YXR组成 典型玻璃的网络参数X,Y和R值  Y是结构参数。玻璃的很多性质取决于Y值 。Y2 时硅酸盐玻璃就不能构成三维网络。 在形成玻璃范围内: Y增大网络紧密,强度增大,粘度增大,膨 胀系数降低,电导率下降。 Y下降网络结构疏松,网络变性离子的移动 变得容易,粘度下降,膨胀系数增大,电导率 增大。 22013732Na2O·P2O5 22013232Na2O·SiO2 14015733P2O5 14615233Na2O·2SiO2 膨胀系数 ×107 熔融温度 (℃) Y组成 Y对玻璃性质的影响 硅酸盐玻璃与硅酸盐晶体结构上显著的差别: (1) 晶体中Si-O骨架按一定对称性作周期重复排列,是严 格有序的,在玻璃中则是无序排列的。晶体是一种结构贯 穿到底,玻璃在一定组成范围内往往是几种结构的混合。 (2) 晶体中R+或R2+阳离子占据点阵的位置:在玻璃中, 它们统计地分布在空腔内,平衡Onb的负电荷。虽从Na2O- SiO2系统玻璃的径向分布曲线中得出Na+平均被5~7个O 包围,即配位数也是不固定的。 比 较 (3) 晶体中,只有半径相近的阳离子能发生互相置换,玻璃 中,只要遵守静电价规则,不论离子半径如何,网络变性离子 均能互相置换。(因为网络结构容易变形,可以适应不同大小 的离子互换)。在玻璃中析出晶体时也有这样复杂的置换。 (4) 在晶体中一般组成是固定的,并且符合化学计量比例, 在形成玻璃的组成范围内氧化物以非化学计量任意比例混合。 由于玻璃的化学组成、结构比晶体有更大的可 变动性和宽容度,所以玻璃的性能可以作很多 调整,使玻璃品种丰富,有十分广泛的用途。 结论结论 二、硼 酸 盐 玻 璃 B2O3是硼酸盐玻璃中的网络形成体,B2O3也能 单独形成氧化硼玻璃。 B:2s22p1 O:2s22p4 ;B-O之间形成sp2三角形杂化轨道, 还有空轨道,可以形成3个σ键,所以还有p电子,B 除了3个σ键 还有π键成分。 氧化硼玻璃的结构: (1) 从B2O3玻璃的RDF曲线证实,存在以三角体 ([BO3]是非常扁的三角锥体,几乎是三角形)相 互连结的硼氧组基团。 (2) 按无规则网络学说,纯B2O3玻璃的结构可 以看成由[BO3]无序地相连而组成的向两度空间 发展的网络(其中有很多三元环)。 B-O键能498kJ/mol,比Si-O键能444kJ/mol 大,但因为B2O3玻璃的层状或链状结构的特性 ,任何 [BO3]附近空间并不完全被三角体所充 填,而不同于[SiO4]。 B2O3玻璃的层之间是分子力,是一种弱键 ,所以B2O3玻璃软化温度低(450℃),表面张力 小,化学稳定性差(易在空气中潮解),热膨胀 系数高。 一般说纯B2O3玻璃实用价值小。但B2O3 是唯一能用来制造有效吸收慢中子的氧化物 玻璃,而且是其它材料不可取代的。 B2O3与R2O、RO等配合才能制成稳定的 有实用价值的硼酸盐玻璃。当B2O3中加入 R2O、RO时会出现“硼反常”。 瓦伦对Na2O-B2O3玻璃的研 究发现当Na2O由10.3mol%增 至30.8mol%时,B-O间距由 0.137nm增至0.148nm, [BO3][BO4] , 核磁共振和 红外光谱实验也证实如此。 [BO3]变成[BO4],多面体之间的连结点由 3 变4,导致玻璃结构部分转变为三维的架状结 构,从而加强了网络,并使玻璃的各种物理性 质变好,这与相同条件下的硅酸盐玻璃相比, 其性质随R2O或RO加入量的变化规律相反,所以 称为“硼反常”。 下图表示二元钠硼酸盐玻璃中Ob数、热 膨胀系数α 、和Tg温度与Na2O含量mol% 的 变化。 Na2O% α Ob Tg 硼反常使性质——组成变化曲线 上出现极大值或极小值,其实质 是硼氧配位体中四面体与三角体 相对含量变化所产生的,CN=4 的B原子数目不能超过由玻璃组 成所决定的某一限度。 结论 附参考资料: 硼反常是否在R2O中为15mol%附近出现 还有分歧。Bray用核磁共振测定结果R2O在 30~40mol%附近四面体配位数最多,以后 随R2O增加而减少。Belta认为实验数据和 解释方面存在某些差别。部分归因于实验条 件诸如温度、时间、微分相及存留结构中水 对结构变化的影响。 硼硅酸盐玻璃的实际用途—— (1) 在氧化硼玻璃中引入轻元素氧化物(BeO、 Li2O)可使快中子减慢,若引入CdO和其它稀土 元素氧化物能使中子吸收能力剧增。在核工业 中有重要用途。 (2) 硼酐对于碱金属(Na、Cs)蒸汽稳定,所以含 Na和Cs的放电灯外壳用含20~55wt%B2O3的玻 璃制造。放电灯内表面还可覆盖一层含87wt% 的B2O3玻璃。 (3) 特种硼酸盐玻璃的另一特性是x射线透过率高, 以B2O3为基础配方再加轻元素氧化物(BeO、Li2O、 MgO、Al2O3)所制得的玻璃,是制造x射线管小窗的 最适宜材料。 (4) 硼酸盐玻璃电绝缘性能好,而且易熔,常作为 玻璃焊剂或粘结剂。 (5)含硼的稀土金属玻璃在光学方面也有重要应用。 This year, my town construction work in the city, municipal government, municipal construction Bureau of the direct leadership and support, the Town party committee 作业 P77~78:2,5,6,7,8
展开阅读全文
  麦档网所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
0条评论

还可以输入200字符

暂无评论,赶快抢占沙发吧。

关于本文
本文标题:玻璃体_1课件
链接地址:https://www.maidoc.com/p-15671451.html
关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服 - 联系我们

[email protected] 2018-2020 maidoc.com版权所有  文库上传用户QQ群:3303921 

麦档网为“文档C2C模式”,即用户上传的文档所得金币直接给(下载)用户,本站只是中间服务平台,本站所有文档下载所得的金币归上传人(含作者)所有。
备案号:蜀ICP备17040478号-3  
川公网安备:51019002001290号 


收起
展开