玻璃的形成及條件-高職

1、 怎樣的物質(zhì)才能形成玻璃？ 玻璃形成的條件和影響因素是什么？ 熔融法（傳統(tǒng)的熔體冷卻法） 非熔融法 氣相氣相沉積法、真空蒸發(fā)法 液相超急冷卻法、溶膠凝膠法 固相熱分解法、中子照射法 從熱力學(xué)角度，玻璃態(tài)具有較大的內(nèi)能，屬于亞穩(wěn)態(tài)； 然而由于玻璃與晶體的內(nèi)能相差不大，析晶動力較小。而且，析晶需要克服一定的位壘，因此玻璃可長時間保留亞穩(wěn)態(tài)； 同一組成的玻璃與晶體的內(nèi)能相差越大，玻璃越容易析晶；內(nèi)能相差越小，越容易形成玻璃。TSH G = 熱力學(xué)考慮的是反應(yīng)的可能性以及平衡態(tài)的問題，但玻璃的形成實際是非平衡過程。 動力學(xué)因素是玻璃長期保持介穩(wěn)狀態(tài)的主要原因。 從動力學(xué)觀點來看：生成玻璃的關(guān)鍵是熔體的

2、冷卻速度。 晶體線生長速度的倒數(shù)、臨界冷卻速度、3T圖圖建立新界面所需的界面能晶核長大所需的質(zhì)點擴散激活能晶體生長的最大速度晶核生成的最大速度重疊區(qū)越大，越容易析晶塔曼提出熔體冷卻可分為兩個過程：T溫度T時間T轉(zhuǎn)變臨界冷卻速度NNcTdtdT)(NmTTTTNNTg：Tm 2/3Tg：Tm 2時能形成玻璃。 一元系統(tǒng)玻璃 二元系統(tǒng)玻璃 三元系統(tǒng)玻璃相圖 熔體結(jié)構(gòu)熔體結(jié)構(gòu) 鍵性鍵性 鍵強鍵強 不同陽離子之間電場不同陽離子之間電場強度差別的大小強度差別的大小 太接近的，容易按照太接近的，容易按照自身配位要求爭奪氧自身配位要求爭奪氧離子，造成分相，最離子，造成分相，最終導(dǎo)致析晶終導(dǎo)致析晶 玻璃在冷卻

3、過程中或在一定溫度下熱處理時，由于內(nèi)部質(zhì)點遷移，某些組分發(fā)生偏聚偏聚，從而形成化學(xué)組成不同的兩個相，稱為分相。在不穩(wěn)區(qū)存在兩種分相類型： 起始濃度波動程度很小，但空間范圍較大。后期波動程度逐漸增大，最終達(dá)到分相（亞（亞穩(wěn)分解機理）穩(wěn)分解機理）。 開始成核時濃度波動程度大，而成核所牽涉到的空間范圍?。ǔ珊撕途w生長機理）（成核和晶體生長機理）。MgSi在液相線上即分相BaSi，在液相線下才開始分相，亞穩(wěn)分相 從結(jié)晶化學(xué)角度分析：分相起源于不同陽離子對氧離子的爭奪。 因此可以根據(jù)陽離子電勢（Z/r）差判斷玻璃分相的情況分相對具有遷移性的性能如粘度、電導(dǎo)率、化學(xué)穩(wěn)定性等影響較明顯。對于具有加和特性的

4、性能如密度、膨脹系數(shù)、折射率等則影響不大。對于析晶的影響尤其嚴(yán)重對玻璃脫色著色的影響：過渡元素富集于微相 合理設(shè)計玻璃組分合理設(shè)計玻璃組分 嚴(yán)格控制熱處理制度嚴(yán)格控制熱處理制度為成核提供界面分散相具有高的原子遷移率使成核劑組分富集于一相 從熱力學(xué)觀點熔體冷卻必然導(dǎo)致析晶 從動力學(xué)觀點析晶必須克服一定勢壘在液相溫度以上結(jié)晶被熔化常溫時粘度極大103105 Pas 成核過程 晶體生長過程 均勻成核均勻成核又稱本征成核或自發(fā)成核。是在宏觀均勻的玻璃中，在沒有外來物參與，與相界、結(jié)構(gòu)缺陷等無關(guān)的成核過程。 非均勻成核非均勻成核是依靠相界、晶界或基質(zhì)的結(jié)構(gòu)缺陷等不均勻部位而成核的過程，又稱非本征成核。微

5、晶玻璃的成核劑（1）貴金屬鹽類（金屬晶體顆粒誘導(dǎo)）（2）陽離子電荷高、場強大的氧化物（分相誘導(dǎo)）（3）氟化物（強烈的斷網(wǎng)作用） 當(dāng)形成穩(wěn)定的晶核后，在適當(dāng)?shù)倪^冷度和過飽和度條件下，熔體中的原子（或原子團(tuán)）向界面遷向界面遷移移，到達(dá)適當(dāng)?shù)纳L位置，使晶體長大。 界面的性質(zhì)對于結(jié)晶的形態(tài)和速度有著決定性的影響。 溫度 粘度 雜質(zhì) 界面能熔體冷卻過程中：熔體冷卻過程中： 過冷度增大，成核和析過冷度增大，成核和析晶的動力越大。晶的動力越大。 但同時粘度隨之增大，但同時粘度隨之增大，成核和析晶的阻力增大。成核和析晶的阻力增大。 因此，必須在適當(dāng)?shù)臏匾虼?，必須在適當(dāng)?shù)臏囟认卤卮偈钩珊耍欢认卤卮偈钩珊?/p>

6、，然后再升溫促進(jìn)晶核長大后再升溫促進(jìn)晶核長大 作為成核劑誘導(dǎo)析晶作為成核劑誘導(dǎo)析晶 增加界面流動度，促使增加界面流動度，促使晶核長大晶核長大 富集分相，促使析晶富集分相，促使析晶 微晶玻璃含有大量的（9598）、細(xì)小的（1m以下）的晶體和少量的殘余玻璃相。10101011Pas12小時150200高溫必須防止制品變形、高溫必須防止制品變形、不必要的多晶轉(zhuǎn)變、晶核不必要的多晶轉(zhuǎn)變、晶核重新溶解重新溶解 TiO2 ZrO2擴大了擴大了石英固溶體石英固溶體的溫度范圍的溫度范圍提高熱處理的穩(wěn)定性提高熱處理的穩(wěn)定性更容易獲得透明的微更容易獲得透明的微晶玻璃晶玻璃 兩液分相（滴狀分相 4nm ） 晶核形成(TiO2、ZrO2） 晶粒長大影響玻璃析晶缺陷產(chǎn)生的因素玻璃的成分玻璃的結(jié)構(gòu)因素分相的作用工藝因素從相平衡的觀點出發(fā)：系統(tǒng)中成分越簡單，則熔體冷卻至液相線溫度時，化合物各組成部分相互碰撞排列成一定晶格的概率越大相應(yīng)于相圖中一定化合物組成的玻璃也較容易析晶當(dāng)玻璃成分位于相界線上，特別是低共熔點處時，因系統(tǒng)要同時析出兩種以上的晶體，在初期形