Мегаобучалка Главная | О нас | Обратная связь


Зависимость свойств стёкол от скорости



2018-07-06 440 Обсуждений (0)
Зависимость свойств стёкол от скорости 0.00 из 5.00 0 оценок




Переохлаждения

 

Подвижность частиц, а, следовательно, и скорость структурной перестройки зависит от температуры. При высоких температурах (выше температуры плавления) тепловая энергия и подвижность атомов и ионов настолько высоки, что при охлаждении расплава структура перестраивается мгновенно. Поэтому система относительно быстро переходит к новому состоянию равновесия при изменении температуры.

Т > Tкрист. – скорость достижения равновесия велика, поэтому зависимость мольного объёма от температуры v = v(T) – однозначна (рис. 1.11). Практически всегда при температурах больших температуры кристаллизации свойства системы равновесны.

 

 

Рис. 1.11. Температурная зависимость мольного объема стекла

 

Участок a-b – изобарическое охлаждение расплава. На этом участке структура расплава меняется с температурой равновесно независимо от скорости охлаждения.

Время релаксации τрел, то есть время перехода к равновесной структуре, можно оценить по соотношению:

 

τрел = η/k,

 

где, h – динамическая вязкость;

k – постоянная, характерная для данного состава и свойства.

 

Для натриево-кальциевосиликатных стёкол константа k имеет порядок 1011. Коэффициент динамической вязкости расплава на участке a-b имеет значение порядка 10 Па×с. Следовательно, время релаксации составит примерно 10-10с. Так как время релаксации очень малое, структура расплава перестраивается мгновенно при изменении температуры. Структура при больших температурах не зависит от скорости охлаждения.

При бесконечно малой скорости охлаждения протекает кристаллизация расплава по участку b-c, и далее объём уменьшается по прямой c-d до значения Vкр.

Vкр – объём закристаллизованного вещества, охлажденного равновесно до комнатной температуры.

Кривая abcd – характеризует термодинамически устойчивое равновесное состояние системы.

Vh – объем гипотетического расплава, переохлажденного без кристаллизации (состояние должно быть жидким). Получается экстраполяцией на ось ординат участка a-b.

Метастабильное состояние переохлажденной жидкости возникает при конечной скорости переохлаждения.

При застывании в виде стекла объём при температуре ниже температуры кристаллизации меняется по участку f-g. При этом отрыв графической зависимости мольного объёма v = v(T) от линии продолжения равновесной прямой аb наблюдается выше или несколько ниже точки f в зависимости от скорости охлаждения. Точка f является точкой отрыва при стандартной скорости охлаждения стекла. Отрыв происходит ниже точки f при меньшей скорости охлаждения, при скорости охлаждения больше 3 град/мин точка отрыва смещается вверх.

Непрерывное увеличение скорости охлаждения от стандартной до скорости резкого охлаждения при закаливании проявляется в непрерывном увеличении мольного объёма стекла при комнатной температуре от значения vs до vq. Следовательно, мольный объём стекла при комнатной температуре не является строго определенной величиной. Он зависит от скорости охлаждения и определяется температурно-временными условиями получения стекла.

 

vст > vh> vкр

 

Структура вещества в стеклообразном состоянии занимает больший объём, чем кристаллическая упорядоченная структура. Из-за интенсивного нарастания вязкости при охлаждении стеклообразного расплава в стекле оказывается замороженной структура некоторого переохлажденного расплава, равновесная температура которого («фиктивная температура») находится выше или ниже температуры Тf и ниже температуры плавления Тпл = Ткр.

Изотермическая выдержка закалённого стекла при Т<Тg сопровождается уменьшением объёма. Из-за большой вязкости затвердевшего стекла этот процесс протекает достаточно медленно.

 

η = 1015 Па∙с; τрел = η/k = 104с ~ 3 часа.

 

В реальных условиях в области низких температур достижение равновесного состояния неосуществимо.

 

1.4. Условия стеклообразования

Факторы, определяющие процесс стеклообразования, делят на две группы:

1. Внутренние, зависящие от природы веществ;

2. Внешние, зависящие от условий термообработки.

 

Внутренние факторы определяются, прежде всего, строением электронных оболочек ионов или атомов и характером сил взаимодействия между ними. Например, если атомы вещества имеют внешние электронные оболочки сферической формы, то при охлаждении расплава атомы свободно перемещаются, проскальзывая в узлы будущей кристаллической решетки. Если нарушена сферическая симметрия силового поля атомов, например, появляются р-электроны с их вытянутыми орбитами, проворачивание и передвижение атомов при перестройке структуры затруднено.

Внешние факторы – это, прежде всего, скорость охлаждения и внешнее давление. Общее условие стеклования - переохлаждение расплава до температур, при которых вязкость становится достаточно большой ~ 1013 Па∙с. Расплав стеклуется, если при охлаждении до этих температур в нём не возникнет ни одного центра кристаллизации.

 



2018-07-06 440 Обсуждений (0)
Зависимость свойств стёкол от скорости 0.00 из 5.00 0 оценок









Обсуждение в статье: Зависимость свойств стёкол от скорости

Обсуждений еще не было, будьте первым... ↓↓↓

Отправить сообщение

Популярное:
Как выбрать специалиста по управлению гостиницей: Понятно, что управление гостиницей невозможно без специальных знаний. Соответственно, важна квалификация...
Как построить свою речь (словесное оформление): При подготовке публичного выступления перед оратором возникает вопрос, как лучше словесно оформить свою...
Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы...



©2015-2020 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (440)

Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку...

Система поиска информации

Мобильная версия сайта

Удобная навигация

Нет шокирующей рекламы



(0.009 сек.)