Стеклообразование в системах NaF тАУ MeF2 тАУ CdSO4 (Me тАУ Ca, Ba)
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
?ой структурой стеклообразных веществ, отличающихся от структуры кристаллов;
стекло отличается от кристаллических веществ поведением в процессе перехода из расплавленного в твердое состояние. В отличие от расплавов кристаллических веществ, для которых характерно резкое повышение вязкости при температуре кристаллизации и скачкообразный переход в твердое состояние, расплавы стекол, при понижении температур, делаются все более и более вязкими и, в конце концов, становятся механически твердым телом. Таким образом, процесс перехода из жидкого состояния в твердое стеклообразное совершается в более или менее широком интервале температур. Следует отметить, что переход из жидкого состояния в твердое является обратимым и может быть повторен при соблюдении определенных режимов множество раз;
физико-химические свойства стекол при переходе из расплавленного жидкого состояния в твердое состояние изменяются непрерывно [4, 5, 6].
1.1.2 Условия стеклообразования
Принципиальное отличие при переходе вещества из расплавленного состояния в кристаллическое и стеклообразное заключается в следующем: переход в кристаллическое состояние сопровождается скачкообразным изменением удельного объема, энтальпии, энтропии, вязкости и других свойств. При переходе же из расплавленного состояния в стеклообразное жидкость переохлаждается ниже точки фазового равновесия и ее свойства непрерывным образом изменяются с температурой.
Стеклование является релаксационным процессом, вследствие чего переход в стеклообразное состояние должен зависеть от скорости охлаждения. Имеется достаточно много экспериментальных данных, подтверждающих такую взаимосвязь.
Процесс стеклообразования определяется следующими факторами:
внутренними, зависящими от природы веществ, находящихся в расплавленном состоянии; эти факторы стеклования расплавов связаны со строением атомов, входящих в состав расплава, и характером сил взаимодействия между ними;
внешними, зависящими от условий термообработки.
Наиболее общим условием перехода в стеклообразное состояние является возможность переохлаждения расплава до таких температур, при которых вязкость становится достаточно большой, достигая значений порядка 1013 Пас. Очевидно, что расплав перейдет в стеклообразное состояние, если в процессе охлаждения в нем не возникнет ни одного зародыша кристаллизации, что исключает процесс кристаллизации полностью.
Кристаллизация может быть подавленна полностью путем создания достаточно большой скорости охлаждения в температурном интервале зародышеобразования. Из экспериментальных данных может быть определена минимальная скорость охлаждения, необходимая для подавления кристаллизации.
Все вещества по способности к стеклообразованию можно разделить на четыре большие группы:
) Стеклобразователи, т.е. вещества, которые при охлаждении из расплава образуют стекла. Это такие классические стеклообразователи как SiO2, P2O5.
) Условные стеклообразователи, т.е. вещества, которые сами по себе стекол не образуют, но способны их образовывать в смеси с другими веществами.
Например: Ga2S3, CdSO4 - условные стеклообразователи, сами стекло не образуют.
) Модификаторы - вещества, которые в смеси с условными стеклообразователями способствуют образованию стекла. К ним, например, относятся соединения щелочных и щелочноземельных металлов.
) Вещества, которые не имеют отношения к стеклообразованию. [7].
1.1.3 Свойства стекол
Все типы стекол, независимо от их химического состава и температурной области затвердевания, обладают специфическими свойствами, которые отличают их от кристаллов и жидкостей.
Сопоставление понятий свойство - состав стеклообразных систем показывает, что большинство свойств в первом приближении можно разделить на две группы - простые и сложные. К первой группе относятся свойства, находящиеся в сравнительно несложной зависимости от молярного состава и поэтому поддающиеся количественному расчету, например: молярный объем, показатель преломления, средняя дисперсия, термический коэффициент линейного расширения, диэлектрическая проницаемость, модуль упругости, удельная теплоемкость, коэффициент теплопроводности.
Ко второй группе относятся свойства гораздо более чувствительные к изменению состава. Зависимость их от состава сложна и часто не поддается количественным обобщениям. Это такие свойства как: вязкость, электропроводность, скорость диффузии ионов, диэлектрические потери, химическая стойкость, светопропускание, твердость, поверхностное натяжение, кристаллизационная способность и др. Расчет этих свойств возможен лишь в частных случаях.
На свойства первой группы различные компоненты оказывают соизмеримое воздействие, которое можно выразить теми или иными критериями одного порядка.
Свойства второй группы в решающей мере зависят от концентрации щелочей или от концентрации каких либо других избранных компонентов.
К особой группе свойств следует отнести прочностные характеристики стекол. "ияние состава на прочность стеклянных изделий, исключая стеклянное волокно, обычно трудно выявить, так как более важную роль играют другие факторы, обусловленные внешними воздействиями.
К важнейшим свойствам стекла относят:
. Стекла рентгеноаморфны вследствие неупорядоченного атомного строения. В структуре стекла отсутствует дальний порядок, т. е. систематическая повторяемость элементарных