Химия твердого тела. Теория и приложения: В 2-х ч. Ч. 2 - Вест А.
ISBN 5-03-000071-2
Скачать (прямая ссылка):
Жидкости, составы которых принадлежат области с—й, ведут себя совершенно иначе. Например, жидкость состава К при
18.5. Несмешиваемость жидкостей и ликвация в стеклах
205
небольшой флуктуации состава распадается на две жидкости составов / и к. Этот процесс сопровождается понижением свободной энергии. Поскольку флуктуации состава возникают при обычном термическом движении атомов или ионов в жидкости, фаза состава /г неустойчива и спонтанно распадается на две жидкости. В отличие от жидкости состава е в данном случае отсутствует какой-либо потенциальный барьер для такого распада. Процесс спонтанного разделения фазы состава к назы-
Таблица 18.3. Некоторые различия в микроструктуре стекол, образующихся в результате сшпгодалы-юго распада и возникновения и роста зародышей [3]
Образование и рост зародышей
Состав второй фазы при постоянной температуре не меняется со временем
Между двумя фазами всегда существуют резкие границы
Частицы второй фазы, как правило, разных размеров
Частицы второй фазы, как правило, представляют собой сферические капли, не связанные друг с другом
СшшодалышИ распад
Состав обеих фаз меняется со временем, пока не будет достигнуто равновесие
Границы между двумя фазами сначала размыты, по со временем становятся достаточно резкими
Вторая фаза характеризуется регулярным распределением частиц по размеру, которые определенным способом расположены в образце
Вторая фраза, как правило, представляет собой соединенные друг с другом песферичеекпе области
вают спинодальным распадом. Он обычно протекает чрезвычайно быстро; поэтому гомогенную жидкость или стекло состава 1г весьма трудно охладить до комнатной температуры без их расслаивания.
Спинодальиый распад представляет собой обратный процесс по отношению к процессу смешения жидкостей, сопровождающемуся ростом разупорядочеиности и возрастанием энтропии. Если обычно процессы диффузии ведут к выравниванию составов в различных частях системы, то при спинодалы-юм распаде происходит обратное — диффузия увеличивает градиент состава в системе. Движущей силой такого понижения энтропии является значительное уменьшение энтальпии, происходящее при разделении фаз, которое приводит к общему понижению свободной энергии.
Спинодальиый распад характерен для жидкостей, составы которых находятся между точками с и й. Геометрическое место точек с и й при разных температурах (штриховая кривая на рис. 18.9,6) называется спииодалыо. Точки с и а1 являются точ
206
18. Стекло
ками перегиба на кривой зависимости свободной энергии от состава, т. е. здесь д2Ь/дх2 = 0.
Вследствие различных механизмов расслаивания (спинодаль-ный распад или образование и рост зародышей), протекающего в системе, образующиеся продукты распада имеют различную структуру (табл. 18.3).
18.6. Вязкость
Вязкость является важным параметром, который необходимо учитывать при получении и эксплуатации стекол.
Во-первых, от этого параметра зависит выбор условий плавления стеклообразующих компонентов, т. е. температуры расплава и времени, в течение которого сырье нагревается для получения однородного расплава. Если при температуре синтеза расплав очень вязок, необходимо длительное время, чтобы растворить или расплавить кристаллы исходной смеси. В таких случаях более предпочтительно проводить плавление при более высоких температурах, где жидкость менее вязкая и гомогенность расплава достигается быстрее.
Во-вторых, чтобы качество продукции было высоким, необходимо «рафинировать» расплав, т. е. удалить из него пузырьки газа. Чем ниже вязкость, тем легче идет «рафинирование».
В-третьих, заметим, что после стадий плавления и рафинирования для получения стекла расплав охлаждают, а в области температур стеклования обычно проводят дополнительную термическую обработку стекла. Это делают прежде всего для того, чтобы придать стеклу желаемую форму. Кроме того, отжиг стекла необходим для устранения механических напряжений, которые могут возникнуть в ходе охлаждения. Если стеклянное изделие недостаточно отожжено, оно может неожиданно расколоться в процессе эксплуатации. При выборе температуры обработки и отжига стекла один из главных факторов, на который следует обращать внимание, — это вязкость переохлажденного расплава.
В-четвертых, температура размягчения стекла и (или) температура расстекловывания (кристаллизации) обычно представляют собой максимальные температуры его эксплуатации, при которых стекло сохраняет свои основные свойства. Вязкость является важнейшим параметром, определяющим температуру, при которой происходят эти процессы.
Вязкость можно определить следующим образом. Если на жидкость действует внешняя сила Р, то жидкость начинает течь. Вязкость у) — есть отношение величины приложенной силы к скорости течения. Если жидкость находится между двумя параллельными пластинами, площадь поверхности которых Л и
18.6. Вязкость
207
расстояние между которыми й, а внешняя сила ^ приложена к этим пластинам, то
'Ц^РШАУ (18.5)
где V — скорость движения жидкости относительно пластин. Единицей измерения вязкости является пуаз (П).
