Кварцевое стекло. Его свойства, производство и применение - Глаголев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
( ' 2Э
в точке Н. Эта точка будет означать уравнивание внутренних энергии стекла и кристалла, а соответствующая ей температура Т0 явится началом температурной области, где стеклообразное состояние вещества будет более устойчивым, нежели кристаллическое.
Таковы возможные выводы из результатов новейших работ по кинетике процессов, протекающих при температурах, близких к температуре превращения. Следует подчеркнуть, что они ни в коей мере не могут считаться окончательными и что современная наука не в состоянии еще дать безаипеляционного ответа на вопрос о сравнительной устойчивости кристаллического и стеклообразного состояния вещества.
МОЛЕКУЛЯРНАЯ СТРУКТУРА СТЕКЛООБРАЗНОГО СОСТОЯНИЯ
Постараемся теперь вкратце резюмировать рассмотренные выше факты, касающиеся перехода жидкого состояния в стеклообразное и свойств последнего, а также наметить основные контуры современного представления о молекулярной сущности стекла.
Итак, определенная группа тел, в состав которой входят и элементы, и простые неорганические соединения, и сложные органические вещества, может в зависимости от условий охлаждения либо кристаллизоваться, либо перейти в так называемое стеклообразное состояния (стекло), отличающееся по своим свойствам как от жидкого состояния, так и от кристаллического.
От жидкости (предполагая область ее устойчивости) стеклообразное состояние отличается прежде всего значительно меньшей внутренней энергией. Кроме того оно отличается от нее совершенно другими закономерностями, управляющими температурными зависимостями различных физических свойств и в корне отличными механическими свойствами. Однако стекло имеет с жидкостью некоторые общие черты в отношении внутреннего строения, а именно аморфность, что подтверждается также сходными рентгенограммами.
От кристалла стеклообразное состояние отличается в первую очередь своей изотропной структурой, аморфностью. Зато оно приближается к нему как по численной величине внутренней энергии, так и в большинстве случаев по значениям физических констант (плотность, теплоемкость, электрическое сопротивление и пр.). Кроме того стекло и кристалл имеют много общего (если отвлечься от изотропности одного и анизотропности другого) в отношении механических свойств, и оба в равной степени удовлетворяют нашему представлению о «твердом теле».
Переход жидкого (вязкого) состояния в стеклообразное (хрупкое) совершается довольно резким скачком внутри небольшой области температур, где наряду с внезапным изменением температурных коэ-фициентов вещество теряет один из возможных путей отдачи? своей внутренней энергии, что находит свое выражение в скачкообразном уменьшении величины удельной теплоемкости. Одновременно резко меняются механические свойства, и вещество становится .*гз вязкога хрупким. ?г"
При температурах, лежащих ниже этой области перехода, стеклообразное состояние устойчиво в том смысле, что ег,о превращения в кристаллическое состояние, без каких-либо посторонних воздействий химического характера, наблюдать до сих пор не удавалось. Что ка-по *¦
сается его термодинамической устойчивости, то несмотря на имеющиеся», экспериментальные дангые, говорящие за то, что внутренняя энергия стекла хотя и незначительно, но все же больше внутренней энергии, кристалла, вопрос продолжает оставаться открытым, так как температурный ход удельной теплоемкости ниже температуры превращения не может считаться Еыясненным. Есть некоторые основания полагать, что при некоторой достаточно низксй температуре кривая внутренней' энергии стекла пересекает кривую внутренней энергии кристалла и что таким образом ниже этой температуры стеклосбразное состояние-вещества более устойчиво, нежели кристаллическое.
Тэкоеы факты, справедливость которых установлена опытом. Всякая теория, выдвинутая для объяснения внутренней структуры стеклообразного состояния вещества, должна дать прежде всего объяснение этим фактам.
В первую очередь необходимо ответить на вопрос, почему охлаждающаяся жидкость способна переходить вместо кристаллизации в стекло, несмотря на то, что последнее обладает, по крайней мере при температуре перехода, все же большей внутренней энергией, чем кристалл. Независимо от взглядов, которые мы положим в основу теории стеклообразного состояния вещества, следует, повидимому, по этому вопросу принять точку зрения классической теории и признать, что причиной отсутствия кристаллизации для веществ, способных переходить в стеклообразное состояние, являются силы молекулярного взаимодействия, называемые нами обычно силами внутреннего трения. В-таких веществах, при температурах, меньших температуры плавления, передвижения молекул слишком стеснекы для того, чтобы они могли группироваться в правильную кристаллическую решетку, образуя кристалл. Чем больше переохлаждение, тем теснее сближаются молекулы Между собой, сильнее проявляются силы трения и тем менее вероятно построение правильных кристаллических образований.
Классическая теория на этом заканчивала свой анализ. Рассматривая стекло как переохлажденную жидкость, отличающуюся от жидкости, находящейся в устойчивом состоянии лишь в количественном, но отнюдь не в качественном отношении, эта теория вполне довольствовалась теми выводами, которые можно было получить из представления о постепенном и непрерывном увеличении вязкости вещества при его охлаждении.
