第三章 熔体与玻璃体-3

1、第三章 熔体及玻璃体,熔体：特指加热到较高温度才能液化的物质的液体，即较高熔点物质的液体。内容：1.熔体的结构、熔体的性质2.玻璃的通性、玻璃的形成、玻璃的结构重点：1.熔体的性质2.玻璃的结构难点：熔体的结构聚合物理论,第一节 熔体的结构聚合物理论,主要内容：1.聚合物的形成2.影响聚合物聚合程度的因素要求：1.掌握硅酸盐熔体的结构2.理解熔体结构的聚合物理论,图32 气体、熔体、玻璃体、白硅石的X射线衍射强度,一、聚合物的形成,聚合物：由两个、三个或n个SiO44-四面体构成的络 阴离子团 Si2O76- ， Si3O108- ， SinO3n+ 2(n+1)。

2、第三章 熔体和玻璃体固态 晶体 自然界中物质的聚集状态 非晶体液态 气态 晶体是内部质点在三维空间做周期性重复排列的固 体，或具有格子构造的固体。非晶体内部质点排列远程无序，近程有序。常见的非 晶体主要有:玻璃、沥青、松香、橡胶等。,币茁辨锻仔簇宦硒篷钮她札斑乌筏清邱铲壮溜交宏肇匝运皑爽圈取侥籽基第三章-熔体和玻璃体第三章-熔体和玻璃体,焕狱须蕊纪隅鸣湍费益哀噬雾盏隐给棚忌龄袱存蚂珍婆傈粗锈檀仕贰移挚第三章-熔体和玻璃体第三章-熔体和玻璃体,从能量角度看，在固体中： 晶体能量最低 有缺陷晶体能量稍高 玻璃能量最高。

3、第三章 熔体和玻璃体,本 章 要 求,掌握熔体和玻璃体结构的基本理论、性质及转化时的物理化学条件。 用基本理论分析熔体和玻璃体的结构与性质。 掌握“结构-组成-性能”之间的关系。,第三章 熔体,1、问题的引出：晶体（理想）的特点晶体（实际）的特点,整体有序,熔体与玻璃的特点近程有序远程无序,2、从能量角度分析：热力学、动力学,3、为什么要研究熔体、玻璃？（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 耐火材料的耐火度与熔体含量有直接关系 瓷胎中40%60%是玻璃状态（高温下是熔体态）,原因,3-1 熔体的结构。

4、玻璃工艺学,叶巧明教授,第三章 熔体和玻璃体的相变,3,(一)熔体和玻璃体的析晶过程,成核过程,（1）均相成核（均匀成核）,析晶：各向同性的玻璃中析出晶态物质的过程叫析晶。 析晶要经过两个步骤：形成晶核；晶体长大。,成核过程可分为均相成核和非均相成核。,定义：均匀成核是指在宏观均匀的玻璃中，在没有外来物参与下，与相界、结构缺陷等无关的成核过程。又称本征成核或自发成核。,均相成核核化势垒在均相成核中，形成固液界面，需要作功，从而使系统自由能增加，所以整个过程自由能变化为：设晶核（或晶胚）为球形，半径为r，则：3/4r3。

5、1,第三章 熔体与非晶态固体,晶体是内部质点在三维空间做周期性重复排列的固体，或具有格子构造的固体。长程有序非晶体内部质点排列远程无序，近程有序。常见的非晶体：玻璃、沥青、松香、橡胶等。,2,熔体加热后变为液体。 玻璃体非晶态固体，近程有序远程无序。熔体与玻璃体的结构和性能对控制材料的制造过程和改善材料性能非常重要。 固体中各种物质的能量的比较，如图3-1。 (a)理想晶体，内部能量均一，接近表面处能量增加； (b) (c) (d) 位能升高且波动； (e) 材料内部有无数内表面，能量断面分布不规则。,3-1 固体的熔融与玻璃化转变,。

6、一、 玻璃的通性,1各向同性 2介稳性 3由熔融态向玻璃态转化的过程是可逆的与渐变的，在一定的温度范围内完成，无固定熔点. 4物理、化学性质随温度变化的连续性 5物理、化学性质随成分变化的连续性,1.各向同性,均质玻璃其各方向的性质如折射率、硬度、弹性模量、热膨胀系数、导热系数等都相同（非均质玻璃中存在应力除外）。,玻璃的各向同性是其内部质点无序排列而呈现统计均质 结构的外在表现。,热力学高能状态，有析晶的趋势 动力学高粘度，析晶不可能，长期保持介稳态,2. 介稳性,晶体形成,TV； 慢冷：A B Tm： 熔体晶体：内能，体积异常。

7、熔体的结构 熔体的性质 玻璃的通性和玻璃的转变 玻璃的形成 玻璃结构理论,第三章 熔体和玻璃体,3.1 熔体的结构,一、对熔体的一般认识 一般熔体,结构简单，冷却易析晶。,二、硅酸盐熔体结构,1.基本结构单元SiO4 四面体 2.基本结构单元在熔体中存在状态聚合体基本结构单元在熔体中组成形状不规则、大小不同的聚合离子团（或络阴离子团）在这些离子团间存在着聚合解聚的平衡。,聚合物理论 石英玻璃中：,1.石英结构特点结构中硅氧键是强结合键，结合能力强，硅氧比为1/2。那么石英加碱会有哪些变化？,2.石英的分化,硅氧键强，会夺取Na2O等碱性。

8、第三章 熔体和玻璃体固态 晶体 自然界中物质的聚集状态 非晶体液态 气态 晶体是内部质点在三维空间做周期性重复排列的固 体，或具有格子构造的固体。非晶体内部质点排列远程无序，近程有序。常见的非 晶体主要有:玻璃、沥青、松香、橡胶等。,撒甜裤颅洒侵尘际挡谍蠕极菠洗步产蝗特谚靛银赡横数绚冒给爵琴下怨尘第三章-熔体和玻璃体第三章-熔体和玻璃体,从能量角度看，在固体中： 晶体能量最低 有缺陷晶体能量稍高 玻璃能量最高，且不同方法得到的玻璃能量不同。能量 理想晶体有缺陷的晶体淬冷玻璃退火玻璃气相冷凝得到的无定形物质表面 内。

9、熔体的结构 熔体的性质 玻璃的通性和玻璃的转变 玻璃的形成 玻璃结构理论,第三章 熔体和玻璃体,3.1 熔体的结构,一、对熔体的一般认识 一般熔体,结构简单，冷却易析晶。,二、硅酸盐熔体结构,1.基本结构单元SiO4 四面体 2.基本结构单元在熔体中存在状态聚合体基本结构单元在熔体中组成形状不规则、大小不同的聚合离子团（或络阴离子团）在这些离子团间存在着聚合解聚的平衡。,聚合物理论 石英玻璃中：,1.石英结构特点结构中硅氧键是强结合键，结合能力强，硅氧比为1/2。那么石英加碱会有哪些变化？,2.石英的分化,硅氧键强，会夺取Na2O等碱性。

10、第三章 熔体和玻璃体,本 章 要 求,掌握熔体和玻璃体结构的基本理论、性质及转化时的物理化学条件。 用基本理论分析熔体和玻璃体的结构与性质。 掌握“结构-组成-性能”之间的关系。,第三章 熔体,1、问题的引出：晶体（理想）的特点晶体（实际）的特点,整体有序,熔体与玻璃的特点近程有序远程无序,2、从能量角度分析：热力学、动力学,3、为什么要研究熔体、玻璃？（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 耐火材料的耐火度与熔体含量有直接关系 瓷胎中40%60%是玻璃状态（高温下是熔体态）,原因,3-1 熔体的结构。

11、第三章 熔体及玻璃体,熔体：特指加热到较高温度才能液化的物质的液体，即较高熔点物质的液体。内容：1.熔体的结构、熔体的性质2.玻璃的通性、玻璃的形成、玻璃 的结构重点：1.熔体的性质2.玻璃的结构难点：熔体的结构聚合物理论,第一节 熔体的结构聚合物理论,主要内容：1.聚合物的形成2.影响聚合物聚合程度的因素要求：1.掌握硅酸盐熔体的结构2.理解熔体结构的聚合物理论,图32 气体、熔体、玻璃体、白硅石的X射线衍射强度,一、聚合物的形成,聚合物：由两个、三个或n个SiO44-四面体构成的络 阴离子团 Si2O76- ， Si3O108- ， SinO3n+ 2(n+1。

12、第三章 熔体和玻璃体,本 章 要 求,掌握熔体和玻璃体结构的基本理论、性质及转化时的物理化学条件。 用基本理论分析熔体和玻璃体的结构与性质。 掌握“结构-组成-性能”之间的关系。,第三章 熔体,1、问题的引出：晶体（理想）的特点晶体（实际）的特点,整体有序,熔体与玻璃的特点近程有序远程无序,2、从能量角度分析：热力学、动力学,3、为什么要研究熔体、玻璃？（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 耐火材料的耐火度与熔体含量有直接关系 瓷胎中40%60%是玻璃状态（高温下是熔体态）,原因,3-1 熔体的结构。

13、掌握熔体和玻璃体结构的基本理论、 性质及转化时的物理化学条件.用基本理论分析熔体和玻璃体的结构与性质。 掌握“结构-组成-性能”之间的关系。,本章要求,第三章 熔体与玻璃体,物质的三种聚集状态：固、液、气,1、问题的引出： 晶体（理想）的特点 晶体（实际）的特点,整体有序,【举例 】,熔体与玻璃的特点？,近程有序远程无序,第三章 熔体与玻璃体,2、从能量角度分析：热力学、动力学,原 因,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 耐火材料的耐火度与熔体含量有直接关系 瓷胎中40%60%是玻璃状态（高温下是熔体态）,3、为。

14、1,第三章 熔体与非晶态固体,晶体是内部质点在三维空间做周期性重复排列的固体，或具有格子构造的固体。长程有序非晶体内部质点排列远程无序，近程有序。常见的非晶体：玻璃、沥青、松香、橡胶等。,2,熔体加热后变为液体。 玻璃体非晶态固体，近程有序远程无序。熔体与玻璃体的结构和性能对控制材料的制造过程和改善材料性能非常重要。 固体中各种物质的能量的比较，如图3-1。 (a)理想晶体，内部能量均一，接近表面处能量增加； (b) (c) (d) 位能升高且波动； (e) 材料内部有无数内表面，能量断面分布不规则。,3-1 固体的熔融与玻璃化转变,。

15、第3章 熔体和玻璃体,周期性、有序性,固体,晶体,非晶体,近程有序，远程无序,玻璃体、高聚体（树脂、橡胶等）,熔体-高温液化的固体熔融状态 玻璃体熔体的过冷产物,玻璃没有严格的定义，一般将其称作非晶态物质或无定形物质，是将原料加热熔融（熔体），然后快速冷却而形成玻璃体，其结构与熔体结构特征密切相关。,玻璃的分类,按用途：日用玻璃，建筑玻璃，化学仪器玻璃，光学玻璃，其他特种玻璃,按组成：硅酸盐玻璃（SiO4）、硼酸盐玻璃（BO3），铅酸盐玻璃，磷酸盐玻璃，锗酸盐玻璃,陶瓷材料中由于存在杂质或者人为添加，高温烧结时产生液。

16、成都理工大学材化学院 管登高,第3章 熔体和玻璃体,3.0 引 言 3.1 熔体和玻璃体的结构 3.2 熔体的性质 3.3 玻璃的形成 3.4 玻璃的性质,第3章 熔体和玻璃体,本章内容,掌握熔体和玻璃体结构的基本理论、性质及转化时的物理化学条件。用基本理论分析熔体和玻璃体的结构与性质。掌握熔体和玻璃体的“结构-组成-性能”之间的关系。,本章要求,3.0 绪论,周期性、有序性,固体,晶体,非晶体,近程有序，远程无序,熔体、玻璃体、高聚体（树脂、橡胶等）,熔体-高温液化的固体熔融状态 玻璃体熔体的过冷产物 对材料制造和性能改进具有重要意义,2018/9/15,。

17、第三章 熔体和玻璃体,掌握熔体和玻璃体结构的基本理论、性质及转化时的物理化学条件。 用基本理论分析熔体和玻璃体的结构与性质。 掌握“结构-组成-性能”之间的关系。,本 章 要 求,固体,晶体：,非晶体：包括玻璃、树脂、橡胶、沥青、松香等物质,问题的引出：,远程有序,晶体（理想）的特点 晶体（实际）的特点,概述,熔体和玻璃体是物质另外两种聚集状态，相对晶体而言，结构特点：远程无序,熔体在硅酸盐生产中的意义传统的玻璃生产：是玻璃制造的中间产物水泥：高温液相的性质决定水泥烧成的难易程度和质量好坏耐火材料：耐火度与熔体含量。

18、3.1 熔体的结构 3.2 熔体的性质 3.3 玻璃的通性 3.4 玻璃的形成 3.5 玻璃的结构 3.6 常见玻璃类型,第三章 熔体和玻璃体,1、问题的引出：晶体（理想）的特点晶体（实际）的特点,整体有序,熔体与玻璃的特点：近程有序、远程无序,2、从能量角度分析,位能,前言：对熔体结构的一般认识1晶体与液体的体积密度相近。当晶体熔化为液体时体积变化较小，一般不超过10(相当于质点间平均距离增加3左右)；而当液体气化时，体积要增大数百倍至数千倍(例如水增大1240倍)。,3.1 熔体的结构聚合物理论,3固液态热容量相近表明质点在液体中的热运动性质（状态。

19、第三章 熔体与玻璃体熔体指高温下形成的液体，当它冷却时会固化转变为固体。冷却速度不同，熔体有两种固化方式：慢冷时，由于冷却慢，质点有足够的时间调整位置做有规则的排列形成晶格，所以熔体慢冷时形成晶体；快冷时，由于冷却速度快，粘度增大太快，质点没来得及做有规则排列就已经固化，因而形成玻璃体。因此玻璃体的结构和熔体的结构有一定的 相似性，也把玻璃体称为过冷液体。一般玻璃是由玻璃原料加热成熔体冷却而成；同时在很多无机非金属材料中，在材料的使用和制备过程中晶相间都会有熔体和玻璃体存在和产生，影响着材料的性能。

20、第三节 玻璃的通性和玻璃的转变,一、 玻璃的通性,1各向同性 2介稳性 3由熔融态向玻璃态转化的过程是可逆的与渐变的，在一定的温度范围内完成，无固定熔点. 4物理、化学性质随温度变化的连续性 5物理、化学性质随成分变化的连续性,1.各向同性,均质玻璃其各方向的性质如折射率、硬度、弹性模量、热膨胀系数、导热系数等都相同（非均质玻璃中存在应力除外）。,玻璃的各向同性是其内部质点无序排列而呈现统计均质 结构的外在表现。,热力学高能状态，有析晶的趋势 动力学高粘度，析晶不可能，长期保持介稳态,2. 介稳性,晶体形成,TV； 慢冷：A B。