Процес перехода стекло-расплав.

Если вещества, которые находятся в расплавленном жидком состоянии охлаждать, то они затвердевают, и могут кристаллизоваться, или перейти в стеклообразное состояние, как показано диаграммой на Рис.1. По кривой графика 1 видно, что расплав переохлаждается, выделяется скрытая теплота кристаллизации и при температуре плавления , за некоторый промежуток времени вещество кристаллизуется, а затем охлаждается в твёрдом состоянии. Кривая графика 2 не имеет изломов, что свидетельствует о постоянном и плавном изменении свойств вещества при застывании в твёрдое стеклообразное состояние. При этом нет определённой температуры плавления жидкости. Процесс перехода стекло-расплав является обратимым, а частицы вещества не располагаются в определённую пространственную решётку. Стекловидное вещество становится твёрдым, аморфным и изотропным.

Температура соответствует вязкости . В стекле начинают появляться пластические свойства, и оно может вытягиваться в тонкие нити.

Температура соответствует вязкости . В стекле начинает появляться хрупкость.

Кривая выше соответствует расплаву, а ниже температуры отжига - соответствует твёрдому стеклообразному состоянию вещества.

Интервал ­- называют интервалом размягчения, в котором расплав постепенно и непрерывно получает свойства твёрдого стеклообразного вещества. Некоторые свойства стекла вне интервала изменятся по прямолинейному закону, а в интервале между и по криволинейному.

Стекловидные вещества

Большинство веществ, используемых в оптическом производстве, можно перевести из жидкого состояния в твёрдое и получить в стеклообразном состоянии. Например серу, селен, окислы , а также некоторые халькогениды. Вещества, находящиеся в стеклообразном состоянии широко распространены: смолы, глицерин, метилметакрылат, полиэтилен и т.д. Некоторые стекловидные вещества при комнатной температуре и атмосферном давлении могут находиться в твёрдом, жидком или пластическом состоянии, составляя группу оптических сред.

Оптические среды – это оптическое стекло, плёнки покрытий на оптических деталях, слои клеящего вещества.

Теория строения стекла

Известный русский учёный Менделеев обосновал представление о стекле как о сплаве окислов некоторых химических элементов. Он уподобил стекло переохлаждённой жидкости находящейся в твёрдом состоянии.

Позже в 1921 г. академик Лебедев, изучая изменение показателя преломления стекла в зависимости от температуры, показал, что до температур этот процесс обратимый, после быстрого охлаждения стекла с более высоких температур значение показателя преломления резко изменяется, и процесс теряет обратимость – в стекле произошли структурные изменения. Создано представление о микрокристаллической природе стекла как о сцеплении чрезвычайно мелких деформированных кристаллов силикатов и кремнезёмов. Они объединены в структуру, в которой нет полного взаимного проникновения разнородных молекул, а имеется преимущественное взаимодействие однородных молекул с образованием малых самостоятельных структурных микро групп. Такую структуру называют микрогетерогенной (неоднородной). Кристаллит представляет собой зародыш деформированного кристалла, центральная часть, которая имеет упорядоченное строение, а периферия является микро областью переходной к другому химическому составу. Между микро областями нет границ раздела, что было подтверждено экспериментами.

Позже академик Гребенщиков показал, что при обработке образца стекла уксусной, соляной и др. кислотами выщелачивается натриево- и калиевоборатная составляющая и остаётся 9-5 %-е кремнезёмное стекло. Размеры и формы образца не изменяются.

В начале 30-х г. Захариазин выдвинул теорию строения стекла получившую известность под названием теории непрерывной сетки. По этой теории координационные полиэдры окислов способны затвердеть в виде стекла и создавать прочную увязанную структурную сетку. В этой сетке центральный ион-атом стеклообразователя окружён ионами-атомами кислорода и другого двухвалентного элемента расположенными в общих вершинах тетраэдра. Некоторые ионы-атомы связаны только с двумя центральными атомами и не образуют связей с другими катионами. По этой теории окислы типов дают стеклообразования, а окислы типов не образуют стекла.

О кристаллизации стекла

Чтобы избежать появления кристаллов в стекле нужно знать законы, управляющие числом новообразований и их линейным ростом. В жидком состоянии расплава молекулы совершают хаотическое тепловое движение и сталкиваются одна с другой, образуя метастабильные агрегаты, которые перегруппировываются и образуют центры кристаллизации. К этим центрам присоединяются новые частицы вещества и кристаллы растут. При дальнейшем понижении температуры скорость движения молекул уменьшается, но кристаллы ещё растут под влиянием увеличения коэффициента диффузии, который зависит от вязкости. При дальнейшем переохлаждении вязкость возрастает чрезвычайно быстро и рост кристаллов прекращается. Процесс кристаллизации можно представить в виде следующих графиков на Рис.2.

Способность расплава кристаллизоваться выясняется из взаимного расположения графиков ЧЦК и ЛРК. ЧЦК – это есть скорость образования некоторого числа центров кристаллизации, т.е. ,где - приращение центров кристалла, - приращение температуры. ЛРК – скорость линейного роста кристаллов , где - приращение размеров кристаллов.

Если максимумы ЧЦК и ЛРК находятся при близких температурах, то кристаллизация наступает легко, а если они разнесены, то кристаллизация затруднена. Максимум ЛРК для всех расплавов лежит в близи температуры плавления, благодаря этому большинство расплавов можно перевести в стеклообразное состояние. Если абсолютное значение максимума ЧЦК велико, то образуется большое число мелких кристаллов. Если же велик максимум ЛРК, то образуются кристаллы большого размера. Чёткое представление о кристаллизационной способности расплава стекломассы данного химического состава позволяет целенаправленно управлять режимом варки, выработкой и термической обработкой стекла добиваясь его получения без кристаллизации. Увеличение числа вязких компонентов состава, хороший провар и однородность шихты, снижают кристаллизационную способность стекломассы.

Стёкла оптические

Стёклами называют вещества находящиеся в стеклообразном состоянии, которому присущи следующие признаки:

1) твёрдость при обычной температуре;

1) прозрачность хотя бы для некоторой части спектра видимого излучения;

2) малая электро и теплопроводность;

3) стойкость к реагентам атмосферы и воды;

4) однородность по всему объёму.

Стекла, которые удовлетворяют этим признакам, называются промышленными, техническими или оптическими в зависимости от их назначения.

Стёкла состоят главным образом из окислов, которые делят на

1) кислотные: и др.;

2) основные: ;

3) двойственного действия: .

Стёкла оптические определяют по 100%-й формуле химического состава. Например, 72% - , 10% - , 18% - . Для предания стёклам специальных свойств по твёрдости, цвету, радиационной устойчивости в них добавляют определённые химические элементы.

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: