《熔体与非晶态固体》PPT课件

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1、第六章熔体及非晶态固体无机材料科学基础无机材料科学基础为什么要研究熔体、玻璃以及它们的结构和性能熔体是玻璃制造的中间产物瓷釉在高温状态下是熔体状态瓷胎中40%-60%是玻璃状态（高温下是熔体状态）引言——基本概念LOGO无机材料科学基础本章重点:第一节、第二节、第四节、第六节引言——基本概念一、什么是熔体、玻璃体？1、玻璃体：熔体快速冷却（过冷却）而形成的玻璃态物质。硅酸盐熔体过冷却形成的无机非晶态固体；固体:晶体和非晶体晶体:质点在三维空间作有规则的排列，即远程有序非晶体:质点在三维空间排列没有规律性，即远程无序，不排除局部区域可能存在规则排列，即近程有序—

2、—玻璃2、熔体：硅酸盐矿物在高温时以液态存在的一种状态；熔体与液体的区别？？液体：分子是孤立的，排列混乱、无规则；近程有序，远程无序熔体：粘度大（不是简单的分子存在），有序度高于液体LOGO无机材料科学基础二、熔体与玻璃体的结构特点——近程有序、远程无序引言——基本概念固体的能量曲线气相冷凝获得的无定形物质表面内部位能熔体玻璃真实晶体理想晶体理想晶体的能量在内部是均一的，只是接近表面时有所增加玻璃体、熔体和实际晶体在内部能量都不很稳定，尤其是玻璃体和熔体的能量变化比较大，范围也很宽。LOGO无机材料科学基础第一节熔体的结构——聚合物理论一、XRD分析晶体：有序

3、结构气体：完全无序结构玻璃和熔体的结构存在相似性介于有序和无序之间的一种状态衍射图谱呈弥散状衍射峰结论：熔体和玻璃的结构相似熔体与玻璃结构中存在着近程有序区LOGO无机材料科学基础第一节熔体的结构——聚合物理论二、熔体结构特点——“硬球模型”、“核前群理论”、“聚合物理论”聚合物理论的结构描述：基本结构单元——[SiO4]四面体基本结构单元在熔体中存在状态——聚合体由众多大小不同的硅氧络阴离子基团和间隙离子组成（RO和R2O）阴离子基团近程有序，远程无序阴离子基团大小与组成、温度有关[SinO3n+1]2(n+1)-LOGO无机材料科学基础第一节熔体的结构——

4、聚合物理论二、熔体结构特点阴离子基团大小与组成、温度有关温度不变，增加碱金属、碱土金属含量，低聚物浓度提高，基团变小增加三、四价金属含量，低聚合物浓度降低，使基团变大组分不变，温度升高，低聚物浓度增加，反之，低聚物浓度下降。1100120013001400(℃)聚合物浓度/%6050403020100(SiO3)4Si3O10Si2O7(SiO2)nSiO4LOGO无机材料科学基础第一节熔体的结构——聚合物理论三、聚合物的形成1、熔体化学键分析最基本的离子是Si、O和碱或碱土金属离子Si-O、R-O熔融SiO2中加入Na2O，使O/Si比升高，[SiO4]之间

5、连接方式可从石英的架状变为层状、链状、环状直至桥氧全部断裂形成[SiO4]岛状。SiONaOO122LOGO无机材料科学基础第一节熔体的结构——聚合物理论三、聚合物的形成2、聚合物的形成过程①前期主要是石英颗粒受碱作用而分化(即架状[SiO4]的断裂)过程：石英颗粒表面有断键，并与空气中水汽作用生成Si－OH键，与Na2O相遇时发生离子交换：LOGO无机材料科学基础第一节熔体的结构——聚合物理论②中期各类聚合物缩聚并伴随变形；[SiO4]Na4+[Si2O7]Na6=[Si3O10]Na8(短链)+Na2O2[Si3O10]Na8=[SiO3]6Na12(环)

6、+2Na2O③后期在一定的时间和温度下，体系出现分化←→缩聚平衡；熔体是不同聚合程度的各种聚合物的混合物。即熔体中就有各种不同聚合程度的负离子团同时并存，有[SiO4]4-单体、[Si2O7]6-二聚体、[Si3O10]8-三聚体……[SinO3n+1]2(n+1)n聚体，加外熔体中还有三维碎片(SiO2)n。LOGO无机材料科学基础第一节熔体的结构——聚合物理论总结：把聚合物的形成大致分为三个阶段：初期：主要是石英颗粒的分化；中期：缩聚反应并伴随聚合物的变形；后期：在一定温度(高温)和一定时间(足够长)下达到聚合解聚平衡。聚合物理论要点：硅酸盐熔体是由不同

7、级次、不同大小、不同数量的聚合物组成的混合物。各种聚合物处于不断的物理运动和化学运动中，并在一定条件下达到平衡熔体中聚合物被R+、R2+结合起来，结合力决定熔体性质聚合物的种类、大小，数量随温度和组成而发生变化LOGO无机材料科学基础第二节熔体的性质——粘度和表面能研究的意义坯釉的结合瓷坯的变形能力玻璃形成、结构与性质陶瓷微观结构相分布（液相对晶粒的润湿程度）烧结温度和烧结速率LOGO无机材料科学基础第二节熔体的性质一、粘度（η）1、概念：相距一定距离的两个平行平面以一定速度相对移动所需的力。η:单位Pa·S1Pa·s=10P(泊)，1dPa·s(1分帕·秒)

8、=1P(泊)流动度：粘度的倒数称流动度