Ионика твердого тела. Том 1 - Иванов-Шиц А.К.
ISBN 5-288-02746-3
Скачать (прямая ссылка):
Стеклом обычно называют все материалы неорганического или органического
происхождения, получаемые путем переохлаждения расплава без
кристаллизации. Они характеризуются набором свойств, отличающим их от
жидкостей и кристаллических твердых тел. Так, вещества, находящиеся в
стеклообразного состоянии, не имеют дальнего порядка и для них свойствен
температурный интервал размягчения. Подобно кристаллическим твердым телам
они эластичны, подобно жидкостям - текут.
Взаимосвязь между кристаллами, жидкостями и стеклами может быть легко
установлена посредством рассмотрения зависимости объема от температуры
(рис. II.5.1) При охлаждении жидкости от начального состояния А объем
линейно уменьшается вдоль линии АВ Если скорость охлаждения мала, то при
температуре Т\ произойдет кристаллизация. Объем резко уменьшится от точки
В к точке С; затем твердое вещество будет постепенно сжиматься,
охлаждаясь по прямой CD. Если скорость охлаждения достаточно велика,
кристаллизация при температуре Т\ не произойдет; объем переохлажденной
жидкости уменьшится по прямой BE, которая является продолжением прямой
АВ. При определенной температуре Г0 кривая зависимости объема от
температуры будет иметь излом, и его продолжение пойдет почти параллельно
прямой CD. Температуру То называют температурой трансформации,
60
Рис Н51 Взаимосвязь между стеклообразным, жидким и кристаллическим
состояниями веще-
Температура -
или температурой стеклования* Только ниже ее материал является стеклом.
Положение толки Е, соответствующей температуре меняется с изменением
скорости охлаждения. При Tq вязкость материала олень высока и равна
10'2'3 Па/с (1013'3 Пз)* Температура Т\ является границей пластического и
жидкого состояний* Если температуру стекла поддерживать постоянной при
температуре Т, которая несколько ниже Г<ъ то объем G будет продолжать
немного уменьшаться* В конечном итоге он достигнет уровня G' по
пунктирной прямой, которая является продолжением прямой BE. Другие
свойства стекла также изменятся со временем при выдержке стекла около 7^
Этот процесс в результате которого стекло становится более стабильным,
называют стабилизацией или отжигом стекла* Температурный интервал, в
котором происходит процесс стеклования или обратный ему процесс
размягчения, называется интервалом стеклования и ограничен температурами
Т\ и Г0*
Стеклообразные материалы обладают по сравнению с кристаллическими того же
состава более высоким запасом энергии* После плавления кристаллического
твердого тела области, характеризующиеся наличием ближнего порядка,
продолжают существовать* Однако часто при переходе в жидкое состояние
происходят структурные изменения уже в 1-й координационной сфере* При
растворении, а также при более высоких температурах, прежде всего в
газовой фазе, в результате разложения образуются более мелкие структурные
фрагменты* Дальний порядок исчезает уже при плавлении*
Стеклообразные материалы можно получить из жидкого агрегатного состояния
вещества или из газовой фазы в случае предотвращения кристаллизации. При
этом более высокая свободная энергия расплава, раствора или газовой фазы
частично сохраняется при затвердевании, В этом смысле говорят о
замораживании структуры. В то же время и кристаллические твердые тела при
подводе энергии могут быть переведены в стеклообразное состояние, минуя
жидкую и газовую фазы* Методы синтеза оптических стекол подробно
рассмотрены в [1]* Секрист и Маккензи опубликовали обзор необычных
методов получения некристаллических твердых тел различного
функционального назначения [2]* Разные варианты синтеза стекол в
соответствий с предложениями Роя [3] и Оуэна систематизированы в [4] и
приведены на рис. II.5.2. Стекла могут быть получены путем достаточно
быстрого охлаждения расплавов (7) или из растворов путем высушивания
гелей (2)* Осаждение из растворов часто приводит к образованию аморфных
осадков (3), как, например, в случае красного аморфного селена, сульфидов
мышьяка, сурьмы, германия, олова и многих других металлов и оксидов
металлов* Электролитическим осаждением при высоких плотностях тока (4)
получают
61
Рис U 5 2 Способы получения стеклообразных твердых тел из расплавов или
растворов, газовой фазы и кристаллического состояния (по Оуэиу) [4J
аморфные слои, например, германия- Таким путем впервые созданы
металлические стекла, Если исходить из газовой фазы, то прежде всего
следует назвать различные варианты термического испарения и конденсации в
высоком вакууме (5), катодное распыление (6) и осаждение аморфных слоев в
тлеющем разряде (7). Химическим осаждением из газовой фазы (5) подучают
кварцевое стекло или аморфные слои Si02. Пленки кварцевого стекла иди
слон $Ю2 получают также путем непосредственного окисления поверхности
монокристаллов кремния (9). Кристаллические твердые тела переходят в
стеклообразное состояние под действием ударной волны (70) или
интенсивного нейтронного или ионного облучения (11). Аморфные продукты
