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玻璃的通性

2017-03-14

在自然界中固体物质存在着晶态和非晶态两种状态,所谓非晶态是以不同方法获得的以结构无序为主要特征的固体物质状态。玻璃态是非晶态固体的一种,玻璃中的原子不像晶体那样在空间作远程有序排列,而近似于液体,具有近程有序排列。玻璃像固体一样能保持一定的外形,而不像液体那样在自重作用下流动。玻璃态物质具有以下五个特性:

  (一)各向同性

  玻璃态物质的质点排列总的说是无规则的,是统计均匀的,所以,玻璃中不存在内应力时,其物理化学性质(如硬度、弹性模量、热膨胀系数、热传导系数、折射率、导电率等)在任何方向上都是相同的。但当玻璃中存在应力时,结构均匀性就遭到破坏,玻璃就显示出各向异性,例如产生双折射现象。此外,由于玻璃表面与内部结构上的差异,其表面与内部的性质也不相同。

  (二)介稳性

  所谓玻璃处于介稳状态,是因为玻璃是由熔体急剧冷却而得,由于在冷却过程中粘度急剧增大,质点来不及作形成晶体的有规则排列,系统的内能不是处于**值,而是处于介稳状态;但尽管玻璃处于较高能态,由于常温下粘度很大,因而实际上不能自发地转化为晶体;只有在一定的外界条件下,即必须克服物质由玻璃态转化为晶态的势垒,才能使玻璃析晶。因此,从热力学的观点看,玻璃态是不稳定的,但从动力学的观点看,它又是稳定的。因为它虽具有自发放热转化为内能较低的晶体的倾向,但在常温下,转变为晶态的几率很小,所以说玻璃处于介稳状态。

  (三)无固定熔点

  玻璃态物质由固体转变为液体是在一定温度区间(转化温度范围内)进行的,它与结晶态物质不同,没有固定熔点。当物质由熔体向固体转化时,如果是结晶过程,在系统中必有新相生成,并且在结晶温度,许多性质等方面发生突变。但是,当物质由熔体向固态玻璃转化时,随着温度的逐渐降低,熔体的粘度逐渐增大,**形成固态玻璃。此凝固过程是在较宽温度范围内完成的,始终没有新的晶体生成。从熔体向固态玻璃过渡的温度范围决定于玻璃的化学组成,一般波动在几十到几百度内。因此玻璃没有固定的熔点,而只有一个软化温度范围。在此范围内,玻璃由粘性体经粘塑性体、粘弹性体逐渐转变成为弹性体。这种性质的渐变过程正是玻璃具有良好加工性能的基础。

  (四)性质变化的连续性和可逆性

  玻璃态物质从熔融状态到固体状态的性质变化过程是连续的和可逆的。所谓连续变化,是由于除能够形成连续固熔体外,二元以上晶体化合物有固定的原子和分子比,因此,它们的性质变化不是连续的。但玻璃则不同,在玻璃形成范围内,由于化学成分可以连续变化,因此玻璃的一些物理性质必然随其所含各氧化物组分的变化而连续变化。性质变化的可逆性,是指玻璃由固体向熔融态或相反过程可以多次进行,而不会伴随新相生成。



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