熔体与玻璃体学习教案.pptx
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会计学掌握熔体和玻璃体结构(jiégòu)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(jiégòu)与性质。掌握“结构(jiégòu)---组成----性能”之间的关系。固体(gùtǐ)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(tèdiǎn):远程无序2、从能量角度(jiǎodù)分析第三章熔体和玻璃(bōlí)体§3-1熔体的结构§3-2熔体的性质§3-3玻璃(bōlí)的通性§3-4玻璃(bōlí)的形成§3-5玻璃(bōlí)的结构§3-6常见玻璃(bōlí)类型§3-1熔体(rónɡtǐ)的结构——聚合物理论§3-1熔体的结构(jiégòu)——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(zhuàngtài))和在固体中差别不大,基本上仍是在平衡位置附近作简谐振动。玻璃与熔体(rónɡtǐ)结构综上所述:液体(yètǐ)是固体和气体的中间相,液体(yètǐ)结构在气化点和凝固点之间变化很大,在高温时(接近气化点)与气体接近,在稍高于熔点时与晶体接近。通常接触的熔体多是离熔点温度不太远的液体(yètǐ),故把熔体的结构看作与晶体接近更有实际意义。二、硅酸盐熔体结构(jiégòu)—聚合物的形成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(bùtónɡ)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。3、影响聚合物聚合程度的因素硅酸盐熔体中各种聚合程度的聚合物浓度(数量)受组成和温度两个因素的影响。SiO2熔体(rónɡtǐ)与石英晶体结构对比图3—3石英晶体合与石英玻璃结构(jiégòu)比较(一)聚合物的形成(xíngchéng)R—O键石英颗粒表面有断键,并与空气(kōngqì)中水汽作用生成Si-O-H键,与Na2O相遇时发生离子交换:在熔融过程中随时间延长,温度上升,熔体结构更加(gènjiā)无序化:3、缩聚反应(suōjùfǎnyīnɡ)4、熔体(rónɡtǐ)中的可逆平衡熔体的定义固体经高温熔融,产生数量不同、聚合程度不同的这种聚合物所组成(zǔchénɡ)的混合物,聚合物的聚合程度及数量按一定的分布函数方式存在聚合物分布(fēnbù)与温度的关系初期:主要(zhǔyào)是石英(或硅酸盐)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)下达到分化缩聚平衡。2)最终(zuìzhōnɡ)熔体组成:§3-2熔体(rónɡtǐ)的性质一、粘度(zhāndù)(η)(二)粘度(zhāndù)与温度的关系1、绝对速度理论(lǐlùn)(弗仑克尔Frenkel公式)将粘度公式(gōngshì)取对数:液体内分布着不规则,大小不等的空隙(kòngxì),液体流动必须打开这些“空洞”,允许液体分子的运动。VFT方程(fāngchéng):3、过剩(guòshèng)熵理论说明:以上三个理论都是以简单流动过程(guòchéng)为基础来描述粘度与温度的关系,都是经验公式。在实际生产中仍需要以实际测量值为准。粘度的测定:107~1015Pa·s:拉丝法。根据玻璃丝受力作用的伸长速度来确定。10~107Pa·s:转筒法。利用细铂丝悬挂的转筒浸在熔体内转动,悬丝受熔体粘度的阻力作用扭成一定角度,根据扭转角的大小确定粘度。100.5~1.3×105Pa·s:落球法。根据斯托克斯沉降原理(yuánlǐ),测定铂球在熔体中下落速度求出。小于10-2Pa·s:振荡阻滞法。利用铂摆在熔体中振荡时,振幅受阻滞逐渐衰减的原理(yuánlǐ)测定。4、特征(tèzhēng)温度4、玻璃(bōlí)生产中的粘度点(三)粘度(zhāndù)与组成的关系通常(tōngcháng)碱金属氧化物(Li2O、Na2O、K2O等)能降低熔体粘度。□=Li2O-SiO21400℃;○=K2O-SiO21600℃;△=BaO-SiO21700℃Na2O-Si2O系统中Na2O含量(hánliàng)对粘滞活化能△u的影响简单碱金属硅酸盐系统(R2O-SiO2)中碱金属离子R+对粘度(zhāndù)的影响1)当R2O含量较低时(O/Si较低)次序是Li+>Na+>K+熔体中硅氧负离子团较大,对粘度起主要作用的是四面体[SiO4]间的键力。这时,加入的正离子的半径越小,降低粘度的作用越大,这是由于R+除了能提供“游离”氧,打断硅氧网络(wǎngluò)以外,在网络(wǎngluò)中还对→Si-O-Si←键有反极化作用,减弱了上述键力。Li+离子半径最小,电场强度最强,反极化作用最大,故它降低粘度的作