玻璃形成及转变

[拼音]:boli xingcheng ji zhuanbian

[英文]:glass formation and transition

由熔体冷却制得的非晶态材料常称为玻璃。玻璃形成问题是熔体在冷却过程中何以不结晶的问题。但这只有相对意义,因为与制品冷却速率、厚薄有很大关系。

一般认为,玻璃形成是因为物质粘度在熔点处大,且随温度下降增加很快,质点来不及重排成为晶体,当冷到玻璃化温度Tg点以下,就固化成为玻璃,保持其高温的无定形结构。

最早对玻璃形成问题进行系统研究的是G.塔曼。他的结论是,玻璃的形成系由于过冷液体晶核形成速率最大时的温度比晶体生长速率最大时的温度为低。在液体冷却过程中,当温度下降到晶体生长速率最大时,由于晶核形成速率低,只有少数晶核生长;而当温度继续下降到晶核形成速率最大时,由于晶体生长速率低,晶核没有长大的可能,因而成为玻璃。

目前关于玻璃形成的理论甚多,主要有动力学理论和结构化学理论二种。

玻璃形成的动力学理论是D.特恩布耳、D.R.乌尔曼等发展起来的,他们应用晶核形成、晶体生长及相变动力学理论研究玻璃形成问题,汇出熔体以多快速率冷却方才可以避免析晶的结论。根据这个结论,只要冷却速率足够快,除纯金属、稀有气体的液体外,所有液体都有可能冷却成为玻璃。关于形成玻璃的有利条件,概括起来有:晶核形成的热力学势垒大,液体没有成核杂质;结晶的动力学势垒大;在粘度、温度关系相似的情况下,熔点(或液相温度)低;结晶要求溶质有较大的重新分配。

玻璃形成的结构化学理论从结构化学,即从物质的键性、键强、分子大小及原子排列方式等方面分析,在什么条件下结晶所需克服的势垒较大。结论是:由离子-共价键所组成的大分子化合物容易形成玻璃;成分相同的共价大分子化合物,键强大者容易形成玻璃,在熔点附近有大分子结构者容易形成玻璃。

这两个理论是互相贯通的。前者适宜于确定物质形成玻璃所需的动力学条件;后者适宜于分析物质形成玻璃的倾向。

熔体从液态转变到玻璃态称为玻璃化转变,有力学和结构两种玻璃化转变。转变是逐渐进行的,转变点随比热容、冷却速率而异。

曾鲸(1568~1650)

[拼音]:Zeng Jing中国明代画家 Read more