FH8-4.5節(jié) 凝固與結(jié)晶-無機與高分子材料的凝固

*材料科學(xué)基礎(chǔ)無機非金屬材料的液-固相變8.4無機非金屬材料的液-固相變8.4.1硅酸鹽熔體的結(jié)構(gòu)特點8.4.2硅酸鹽熔體的性質(zhì)8.4.3硅酸鹽熔體的凝固1硅酸鹽的玻璃化2硅酸鹽的結(jié)晶8.5高分子材料的凝固8.5.1聚合物熔體的結(jié)構(gòu)與特性8.5.2聚合物的結(jié)晶8.4無機非金屬材料的液-固相變陶瓷的凝固過程：熔體凝固基本規(guī)律形核和長大熱力學(xué)與動力學(xué)條件不同特點熔體結(jié)構(gòu)物理特性粘度表面張力凝固結(jié)晶玻璃態(tài)以硅酸鹽為例SiO2

Al2O3

8.4.1硅酸鹽熔體的結(jié)構(gòu)特點金屬熔體簡單的原子、離子和分子硅酸鹽熔體陽離子、絡(luò)合陰離子團（x(O)/x(Si)離子鍵、共價鍵：Si-O,Al-O離子不均勻分布熔體的微觀不均勻性高粘度熔體流動阻力大表面張力大非均勻形核的潤濕性（θ）8.4.2硅酸鹽熔體的性質(zhì)8.4.3硅酸鹽熔體的凝固粘度大冷速快玻璃態(tài)結(jié)晶過冷液體慢冷熱力學(xué)：非晶玻璃：亞穩(wěn)態(tài)，內(nèi)能高→轉(zhuǎn)化為結(jié)晶態(tài)。玻璃體的晶化：微晶玻璃（1-2μm）：高的機械強度、耐磨、耐蝕，膨脹系數(shù)為0。動力學(xué)：玻璃熔體冷卻，粘度急劇增加，抑制晶核的形成和晶體長大晶化——形成一個新的平衡。玻璃相與結(jié)晶相玻璃體的晶化：1.玻璃的晶化處理2.玻璃粉燒結(jié)形核劑，催化劑：Au,Ag,Cu,CeO,TiO2,ZrO2+TiO2單一晶核劑TiO2+ZrO2復(fù)合晶核劑Li2O-Al2O3-SiO2(LAS)系微晶玻璃機械強度高，絕緣性能優(yōu)良，介電損耗少，介電常數(shù)穩(wěn)定，熱膨脹系數(shù)可在很大范圍調(diào)節(jié)，耐化學(xué)腐蝕，耐磨，熱穩(wěn)定性好，使用溫度高建筑幕墻,室內(nèi)高檔裝飾，機械上的結(jié)構(gòu)材料，電子、電工上的絕緣材料，大規(guī)模集成電路的底板材料、微波爐耐熱器皿.化工與防腐材料礦山耐磨材料等。主要由大分子鏈結(jié)構(gòu)決定。8.5高分子材料的凝固8.5.1聚合物熔體的結(jié)構(gòu)及特征鏈節(jié)的運動高彈性的必要條件：分子鏈柔順性。運動方式鏈段的運動整鏈的運動粘流態(tài)黏性流動結(jié)晶液態(tài)快冷慢冷C橡膠態(tài)D玻璃態(tài)E：過冷液體+晶核F：玻璃態(tài)+微晶8.5.2聚合物的凝固過程聚合物特有的狀態(tài)結(jié)晶度：晶態(tài)聚合物的比例結(jié)晶度越高→→分子間作用力越強→→強度/熔點↑，耐熱性↑，化學(xué)穩(wěn)定性↑

；彈性/伸長率/沖擊韌性↓。聚合物狀態(tài)與分子量的關(guān)系1.聚合物非晶態(tài)結(jié)構(gòu)近程有序，遠程無序1.無規(guī)線團2.鏈束模型3.兩相球粒模型鏈節(jié)運動鏈段運動整鏈運動形態(tài)：折疊鏈、伸展鏈球晶樹枝晶、串晶2.聚合物晶態(tài)結(jié)構(gòu)形狀不規(guī)則尺寸小缺陷多晶區(qū)與非晶區(qū)界線不明顯只有結(jié)構(gòu)規(guī)則的小分子才能形成晶體伸展鏈纖維狀球晶球晶聚乙烯--樹枝晶聚乙烯--串晶聚乙烯單晶

20,000×聚合物的結(jié)晶過程形核長大均勻形核晶核形成與長大速率隨溫度降低而增大，在某一溫度出現(xiàn)最大值。非均勻形核大分子鏈段經(jīng)熱運動而形成有序排列的鏈束

△T=100℃外來雜質(zhì)、容器壁等吸附液體中大分子鏈段作有序排列而形成晶核。

△T=10-20℃鏈的結(jié)構(gòu)愈簡單，對稱性愈高，取代基的空間位阻愈小，鏈的立構(gòu)規(guī)整性愈好，則結(jié)晶速度愈大。聚乙烯鏈簡單又規(guī)整，結(jié)晶速度↑，在液氮中淬火，也得不到完全非晶態(tài)的樣品。聚四氟乙烯的結(jié)晶速度↑。脂肪族聚酯和聚酰胺主鏈上引入的酯基和酰胺基，結(jié)晶速度↓。分子鏈帶有側(cè)基時，有規(guī)立構(gòu)的分子鏈才能結(jié)晶。聚合物結(jié)晶必要條件