第3章_ 熔体和玻璃体整理版课件.ppt

第3章 熔体和玻璃体 3.1 概述 3.2 熔体的结构 3.3 熔体的性质 3.4 玻璃（体）的通性 3.5 玻璃（体）的形成 3.6 玻璃（体）的结构 学习目的: 1. 了解硅酸盐熔体的结构和特性。 2. 基本掌握硅酸盐性质的影响因素。 3. 掌握晶核形成条件，了解晶核形成过程动力学和晶体长大过程动力学。 4. 了解玻璃体的结构。 5. 掌握玻璃体的通性。 6. 基本掌握玻璃的形成规律。 3.1 概述 熔体和玻璃体是物质的另外两种聚集状态。 熔体特指加热到较高温度才能液化的物质的液体，即熔点较高物质的液体。 熔体快速冷却则变成玻璃体。 Example 学习和研究熔体和玻璃体的结构和性能，掌握相关的基本知识，对于开发新材料，控制材料的制造过程和改善材料的性能都是很重要的。 3.2 熔体的结构 硅酸盐熔体的结构：熔体的聚合物理论 什么是聚合物？ [SiO4]4-（单体） [Si2O7] 6 -（二聚体） [Si3O10] 8 -（三聚体） 硅酸盐熔体中化学键的特点 2. 熔融石英的分化过程 氧硅比对硅酸盐熔体阴离子团结构形式的影响 在熔融SiO2中，O/Si比为2：1，[SiO4]连接成架状，若在熔融SiO2中加入Na2O，则使O/Si比例升高，随着加入量的增加，O/Si比逐步升高至4：1，此时[SiO4]连接方式可以从架状、层状、链状、环状直到桥氧全部断裂而形成[SiO4]岛状。这种架状[SiO4]断裂称为熔融石英的分化过程。 3. 缩聚和变形 4. 分化与缩聚的平衡 3.3 熔体的性质 3.3.1 粘度 (viscosity) 3.3.2 表面张力 (surface tension) 3.3.1 粘度 (viscosity) 3.3.1.1 粘度在材料生产工艺中的应用 Example 3.3.1.2 概念 粘度是硅酸盐熔体物理化学性质的最大特征， 表征流体的内摩擦力，是由流体的结构本质所决定的。 3.3.1.3 粘度与温度的关系 Example硅酸盐玻璃生产的各个阶段，从熔制、澄清、均化、成型、加工直到退火的每一个工序都与粘度密切相关。 由于温度对玻璃熔体的粘度影响很大，在玻璃成形退火工艺中，温度稍有变动就造成粘度较大的变化，导致控制上的困难。 为此提出了特定粘度的温度来反应不同玻璃熔体的性质差异。 玻璃几个特征温度如下： ① 应变点 粘度相当于4×103Pa·s的温度。 在该温度，粘性流动事实上不复存在，是消除玻璃中应力的下限温度，玻璃在该温度以下退火时不能除去其应力。 ③ 变形点 粘度相当于1010—1010.5Pa·s的温度。 是变形开始温度； 对应于热膨胀曲线上最高点温度，又称为膨胀软化点。 ⑥ 成形温度范围 3.3.1.4 粘度与组成的关系 1. 一价碱金属氧化物 2. 各种二价阳离子 3. B2O3的含量 4. Al2O3的加入 5. CaF2的加入 1. 一价碱金属氧化物 2. 各种二价阳离子 3. B2O3的含量 4. Al2O3的加入 Al3+的配位数可能是4或6。 一般在碱金属离子存在下，Al2O3可以[AlO4]配位与[SiO4]联成较复杂的铝硅氧负离子团而使粘度增加。 5. CaF2的加入 加入CaF2能使熔体粘度急剧下降。 原因可能是：F-的离子半径（1.25 ）与O2-（1.32 ）的相近，性质相似，因此，较容易发生取代。 氟离子取代氧离子的位置，使硅氧键断裂，F-只有一价，将原来网络破坏后难以形成新网络，所以粘度大大下降。 由以上讨论可知: 加入某一种氧化物（或同时加入其它化合物）所引起粘度的改变，不仅取决于加入的氧化物的本性，而且还取决于原来基础玻璃熔体的组成。 3.3.2 表面张力 (surface tension) 3.3.2.1　表面张力在材料制备过程中的作用 Example 玻璃制备过程中 ?在玻璃熔制过程中，表面张力在一定程度上决定了玻璃液中气泡的长大和排除； ?在玻璃成型中，人工挑料或吹小泡及滴料供料都要借助于表面张力，使之达到一定形状。 ?拉制玻璃管、玻璃棒、玻璃丝时，由于表面张力的作用才能获得正确的圆形。 ?玻璃制品的烘口、火抛光也需借助于表面张力作用。 ?近代浮法平板玻璃生产时基于表面张力而获得可与磨光玻璃表面质量相比美的优质玻璃。 3.3.2.2 概念 3.3.2.3 影响表面张力的因素 1. 温度 2. 化学键类型 3. 化学组成 1. 温度 大多数硅酸盐熔体的表面张力随温度增加而降低； 一般规律是温度升高100℃ ，表面张力减小1%，近乎成直线关系。 这是因为：温度升高，质点热运动加剧，化学键松弛，使内部质点能量与表面质点能量差别