熔体结构四优秀课件
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《熔体的性质》PPT课件
在硅酸盐Na2O－SiO2系统中： 1〕B2O3含量较少时，Na2O/ B2O3>1，〞游离〞氧充足，B3＋以 [BO4] 状态参加到[SiO4] 网络，起连网作用，构造趋于严密，粘度 随B2O3含量升高而增加； 2〕当Na2O/ B2O3 约为1时(B2O3含量约为15％)，B3＋形成[BO4]最 多，粘度达最大； 3〕B2O3含量增加到Na2O/ B2O3<1时，“游离〞氧缺乏，B3＋开场 处于层状[BO3]中，使构造趋于疏松，粘度又逐步下降。
稀土氧化物〔氧化镧、氧化铈等〕、氯化物、硫 酸盐：粘度↓。
【总结】某种化合物对粘度的影响既取决于化合物 本性，也取决于原根底熔体组成。
第四章 非晶态结构与性质——4.2 熔体的性质
二、外表张力
资源加工与生物工程学院
恒温、恒容条件下，熔体与另一相〔一般指空气〕接触的相
分界面上增加一个单位新外表积时所作的功，称为比外表能，简称
资源加工与生物工程学院
〔3〕粘度的测定
硅酸盐熔体粘度相差很大〔10-2~1015Pa·s〕 不同范围粘度用不同方法测定．
107~1015 Pa·s：拉丝法。根据玻璃丝受力作用的 伸长速度来确定。
10~107 Pa·s：转筒法。利用细铂丝悬挂的转筒浸 在熔体内转动，悬丝受熔体粘度的阻力作用扭 成一定角度，根据扭转角的大小确定粘度。
η―比例系数，称为粘滞系数，简称粘度。
第四章 非晶态结构与性质——4.2 熔体的性质
资源加工与生物工程学院
【粘度物理意义】单位接触面积、单位速度梯 度下两层液体间的内摩擦力。 【粘度单位】Pa·s〔帕·秒〕。 1Pa·s＝1N·s/m2＝10dyne·s／cm2＝10 P〔泊〕 1dPa·s〔分帕·秒〕＝1P〔泊〕。 【液体流动度ф 】粘度的倒数，即ф=1/η。
稀土氧化物〔氧化镧、氧化铈等〕、氯化物、硫 酸盐：粘度↓。
【总结】某种化合物对粘度的影响既取决于化合物 本性，也取决于原根底熔体组成。
第四章 非晶态结构与性质——4.2 熔体的性质
二、外表张力
资源加工与生物工程学院
恒温、恒容条件下，熔体与另一相〔一般指空气〕接触的相
分界面上增加一个单位新外表积时所作的功，称为比外表能，简称
资源加工与生物工程学院
〔3〕粘度的测定
硅酸盐熔体粘度相差很大〔10-2~1015Pa·s〕 不同范围粘度用不同方法测定．
107~1015 Pa·s：拉丝法。根据玻璃丝受力作用的 伸长速度来确定。
10~107 Pa·s：转筒法。利用细铂丝悬挂的转筒浸 在熔体内转动，悬丝受熔体粘度的阻力作用扭 成一定角度，根据扭转角的大小确定粘度。
η―比例系数，称为粘滞系数，简称粘度。
第四章 非晶态结构与性质——4.2 熔体的性质
资源加工与生物工程学院
【粘度物理意义】单位接触面积、单位速度梯 度下两层液体间的内摩擦力。 【粘度单位】Pa·s〔帕·秒〕。 1Pa·s＝1N·s/m2＝10dyne·s／cm2＝10 P〔泊〕 1dPa·s〔分帕·秒〕＝1P〔泊〕。 【液体流动度ф 】粘度的倒数，即ф=1/η。
熔体和玻璃体课件
熔体的形成是由于分子或原子的 热运动，使固体晶格结构中的粒 子失去稳定性，从而变为液体。
熔体的性质
熔体具有液体的部分性质，例如 流动性、连续性、可压缩性等。
熔体的温度高于固态，因为加热 使分子热运动增强，导致分子间 的相互作用减弱，从而转变为液
体。
熔体的热容量和导热性通常比固 体低。
熔体的种类
01
熔体和玻璃体的前景展望
新材料设计的需要
随着新材料设计的需要，对熔体和玻璃体的深入研究将有 助于人们更好地理解材料的行为，为新材料的研发提供理 论支持。
工业应用的前景
熔体和玻璃体在工业上有着广泛的应用，如玻璃制品、冶 金、陶瓷等领域。对它们的深入研究将有助于提高产品的 性能和降低成本。
基础研究的需要
02
03
04
根据组成和结构的不同，熔体 可以分为共价熔体、金属熔体
、离子熔体等。
共价熔体是由共价键连接的固 体转变为的液体，例如玻璃。
金属熔体是由金属键连接的固 体转变为的液体，例如铁水、
铝液等。
离子熔体是由离子键连接的固 体转变为的液体，例如盐溶液
。
02
玻璃体概述
玻璃体的定义
玻璃体是一种无定形 或部分无定形的物质 ，由熔体快速冷却而 形成。
的粘度和较低的流动性。
分子排列
熔体中的分子排列相对松散，存在 一定的自由体积，而玻璃体中的分 子排列则相对紧密，自由体积较小 。
热性能
熔体具有较高的热导率和比热容， 而玻璃体则具有较低的热导率和比 热容。
熔体和玻璃体的相似之处
结构特征
熔体和玻璃体都具有流动性，即 它们都可以在一定的温度和压力
条件下发生形状变化。
形成过程
熔体和玻璃体的形成过程都涉及 到分子间的相互作用和能量交换 ，而且它们的形成速度都与温度
熔体的性质
熔体具有液体的部分性质，例如 流动性、连续性、可压缩性等。
熔体的温度高于固态，因为加热 使分子热运动增强，导致分子间 的相互作用减弱，从而转变为液
体。
熔体的热容量和导热性通常比固 体低。
熔体的种类
01
熔体和玻璃体的前景展望
新材料设计的需要
随着新材料设计的需要，对熔体和玻璃体的深入研究将有 助于人们更好地理解材料的行为，为新材料的研发提供理 论支持。
工业应用的前景
熔体和玻璃体在工业上有着广泛的应用，如玻璃制品、冶 金、陶瓷等领域。对它们的深入研究将有助于提高产品的 性能和降低成本。
基础研究的需要
02
03
04
根据组成和结构的不同，熔体 可以分为共价熔体、金属熔体
、离子熔体等。
共价熔体是由共价键连接的固 体转变为的液体，例如玻璃。
金属熔体是由金属键连接的固 体转变为的液体，例如铁水、
铝液等。
离子熔体是由离子键连接的固 体转变为的液体，例如盐溶液
。
02
玻璃体概述
玻璃体的定义
玻璃体是一种无定形 或部分无定形的物质 ，由熔体快速冷却而 形成。
的粘度和较低的流动性。
分子排列
熔体中的分子排列相对松散，存在 一定的自由体积，而玻璃体中的分 子排列则相对紧密，自由体积较小 。
热性能
熔体具有较高的热导率和比热容， 而玻璃体则具有较低的热导率和比 热容。
熔体和玻璃体的相似之处
结构特征
熔体和玻璃体都具有流动性，即 它们都可以在一定的温度和压力
条件下发生形状变化。
形成过程
熔体和玻璃体的形成过程都涉及 到分子间的相互作用和能量交换 ，而且它们的形成速度都与温度
冶金学第三章 金属熔体-PPT课件
lnB展开式
2
0 B
ln ln B B ln ln ( x x ) B B 3 x x 2 3
2 2 2 1 2 ln ln ln 2 B B B ( x 2 x x x ) B 2 3 3 2 2 2 ! x x x x B 2 3 3
0 B K lg f lg f e w [ B ] e w [ K ] B B B B
0 f [B ] 0 B 1 ★ w
0 lg f2 0
( B ) ( 3 ) ( K ) lg f lg f lg f lg f B B B B
( B ) ( 3 ) ( K ) f f f f B B B B
i i
j
异类相互作用系数之间的关系
j i
M M M M 1 j j i j j j i e [( 1 ) 1 ] 230 e i i i 230 M M M j i i
2.1.4 相互作用系数的温度关系式
群聚态模型(流动集团模型 )
金属熔化时，原子间的键在一定程度上仍保持着，但原子的有序分 布不仅局限于直接邻近于该原子的周围而是扩展到较大体积的原子 团内，即在这种原子团内保持着接近于晶体中的结构，这称为金属 熔体的有序带或群聚态。有序带的周围则是原子混乱排列的无序带， 但它们之间没有明显的分界面，所以不能视为两个相。这种群聚态 不断消失，又不断产生，而一个群聚态的原子可向新形成的群聚态 内转移。溶解于金属液中的元素在此两带内有不同的溶解度，能大 量溶解于固体金属中的元素在有序带内的溶解度比较高，表面活性 元素多在此两带的界面上存在。
1.2 熔体的结构
3
《熔体的结构》课件
通常比固态物 质的密度要小，这是因为 在熔融过程中，原子或分 子间的排列结构松散了。
2 熔体的粘度
熔体的粘度取决于分子间 的相互作用和分子自身运 动的速度。不同物质的熔 体粘度差异很大。
3 熔体的流变特性
熔体具有流动性，可以通 过外力的作用改变形状， 其流变特性对材料的加工 和应用具有重要影响。
熔体的分子结构
简单分子熔体
由分子间的非共价力相互连接 而成的熔体，如水的熔体由氢 键相互连接形成。
高分子熔体
由大量链状或网状高分子复合 物相互连接而成的熔体，如塑 料的熔体。
离子熔体
由离子间的电力相互连接而成 的熔体，如盐的熔体。
熔体的晶体结构
1
相变过程
熔体经过冷却逐渐形成固态晶体，其中包括晶格排列和结晶生长过程。
随着材料科学的发展，熔体在新材料研究中将发挥更重要的作用，探索更多创新性的材 料。
2 熔体技术的发展趋势
熔体技术将不断革新，通过改进加工工艺、提高材料性能，满足不断增长的应用需求。
结束语
熔体的重要性
熔体是材料科学中不可或缺的研究对象，深入理解和应用熔体对材料领域的发展至关重要。
熔体的未来展望
通过研究熔体的结构和性质，我们将能够创造出更加高效、可持续和创新的材料，促进科技 进步。
《熔体的结构》PPT课件
通过本课件，我们将探讨熔体的结构及其在材料科学中的重要性。熔体是什 么？为何它对材料的性质产生重要影响？让我们一起来了解吧！
什么是熔体
熔体的定义
熔体是物质在升温过程中由固态转变为液态的状态，具有较高的温度和流动性。
熔化的条件
熔化需要达到物质的熔点温度，并提供足够的能量使分子间的相互作用力克服。
2
2 熔体的粘度
熔体的粘度取决于分子间 的相互作用和分子自身运 动的速度。不同物质的熔 体粘度差异很大。
3 熔体的流变特性
熔体具有流动性，可以通 过外力的作用改变形状， 其流变特性对材料的加工 和应用具有重要影响。
熔体的分子结构
简单分子熔体
由分子间的非共价力相互连接 而成的熔体，如水的熔体由氢 键相互连接形成。
高分子熔体
由大量链状或网状高分子复合 物相互连接而成的熔体，如塑 料的熔体。
离子熔体
由离子间的电力相互连接而成 的熔体，如盐的熔体。
熔体的晶体结构
1
相变过程
熔体经过冷却逐渐形成固态晶体，其中包括晶格排列和结晶生长过程。
随着材料科学的发展，熔体在新材料研究中将发挥更重要的作用，探索更多创新性的材 料。
2 熔体技术的发展趋势
熔体技术将不断革新，通过改进加工工艺、提高材料性能，满足不断增长的应用需求。
结束语
熔体的重要性
熔体是材料科学中不可或缺的研究对象，深入理解和应用熔体对材料领域的发展至关重要。
熔体的未来展望
通过研究熔体的结构和性质，我们将能够创造出更加高效、可持续和创新的材料，促进科技 进步。
《熔体的结构》PPT课件
通过本课件，我们将探讨熔体的结构及其在材料科学中的重要性。熔体是什 么？为何它对材料的性质产生重要影响？让我们一起来了解吧！
什么是熔体
熔体的定义
熔体是物质在升温过程中由固态转变为液态的状态，具有较高的温度和流动性。
熔化的条件
熔化需要达到物质的熔点温度，并提供足够的能量使分子间的相互作用力克服。
2
2020高中物理竞赛—材料物理A-2熔体：熔体的结构(共30张PPT)
12
各
级 10
聚
合 物
8
的
6
R=2.7
R=3
[SiO ] (%)
4
量
4
2
0
R=2.5 R=2.3
8 7 6 5 4 3 21 负离子含[SiO4]数
[SiO4]四面体在各种聚合物中的分布与R的关系
把聚合物的形成大致分为三个阶段：
初期：主要是石英颗粒的分化；
总
中期：缩聚反应并伴随聚合物的变形；
结
后期：在一定温度(高温)和一定时间
（一）X—RAD结果:
① 熔体和玻璃
结
的结构相似
论
② 结构中存在 着近程有序
区
（二）熔体结构描述：
众多理论——“硬球模型”、“核前群理论”、“ 聚合物
理论”
聚合物理论的结构描述—— ① 硅酸盐熔体中有多种负离子集团同时存在：
如Na2O—SiO2熔体中有：[Si2O7]-6（单体）、 [Si3O10]-8（二聚体）……[SinO3n+1]-（2n+2）； ②此外还有“三维晶格碎片”[SiO2]n，其边缘 有断键，内部有缺陷。
习题 P104 3-1
补充题：
用聚合物理论的观点，说明Na2O－ SiO2熔体，随Na2O含量的增加各级聚合 物将发生怎样的变化，并用图表示出聚 合物的分布随温度和 O/Si 的变化趋势。
有
序
熔体与玻璃的特点—？ 近程有序远程无序
2、从能量角度分析：热力学、动力学
能 量
ΔGa 熔体
ΔGv
晶体
从热力学和动力学角度分析熔体与晶体
从能量曲线分析熔体和玻璃
位能 表面
气相冷凝获得的无定形物质
熔体与玻璃体玻璃和熔体熔体和玻璃体熔体与玻璃体25页PPT
1
0
、
倚
南
窗
以
寄
傲
，
审
容
膝
之
易
安
。
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
熔体与玻璃体玻璃和熔体熔体和玻璃 体熔体与玻璃体
6
、
露
凝
无
游
氛
，
天
高
风
景
澈
。
7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
8
、
吁
嗟
身
后名Leabharlann ，于我若
浮
烟
。
9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
文 家 。汉 族 ，东 晋 浔阳 柴桑 人 （今 江西 九江 ） 。曾 做过 几 年小 官， 后辞 官 回家 ，从 此 隐居 ，田 园生 活 是陶 渊明 诗 的主 要题 材， 相 关作 品有 《饮 酒 》 、 《 归 园 田 居 》 、 《 桃花 源 记 》 、 《 五 柳先 生 传 》 、 《 归 去来 兮 辞 》 等 。
END
最新第三章-熔体与玻璃体ppt课件
通常接触的熔体多是离熔点温度不太远的 液体，故把熔体的结构看作与晶体接近更有实 际意义。
二、 硅酸盐熔体结构—聚合物的形成
关于液体的结构理论有： 近程有序结构理论
1924年，佛仑克尔提出，解释了液体的流动性。
核前群理论
可以解释液体的许多物化性质，如温度升高，电导率上升。
聚合物理论
在一定条件下，聚合-解聚达成平衡。
SiO2熔体与石英晶体结构对比 晶体：【SiO4】是基本的结构单元，通过4个顶 角的O2－扩散延伸，形成架状结构。 熔体：三维结构存在存在扭曲变形质点排列没 有规律性
图3—3 石英晶体合与石英玻璃结构比较
（一）聚合物的形成 1、熔体化学键分析
Si—O键：离子键与共价键性(约52％)混合。
Si(1s22s22p63s23p2) ： 4个sp3杂化轨道构成四面体，与O原 子结合时，可形成π-σ键叠加Si-O键 。
玻璃与熔体结构 ★ 存在相似性 ★ 介入有序、无序之间的一种状态，衍射图谱呈 弥散状衍射峰 ★ 近程有序，远程无序
★ 在局部区域质点排列形式与晶体相似，但这 种局部有规则排列区域是高度分散的
综上所述: 液体是固体和气体的中间相，液体结构在
气化点和凝固点之间变化很大，在高温时（接 近气化点）与气体接近，在稍高于熔点时与晶 体接近。
2、晶体的熔化热不大，比液体的气化热小得多。
Na晶体 熔化热（J/mol） 2.51
Zn晶体 冰 6.70 6.03 水的汽化热为40.46
这说明晶体和液体内能差别不大，质点在固体和液体中
的相互作用力是接近的。
3、固液态热容量相近
表明质点在液体中的热运动性质（状态）和在固体中差
别不大，基本上仍是在平衡位置附近作简谐振动。
二、 硅酸盐熔体结构—聚合物的形成
关于液体的结构理论有： 近程有序结构理论
1924年，佛仑克尔提出，解释了液体的流动性。
核前群理论
可以解释液体的许多物化性质，如温度升高，电导率上升。
聚合物理论
在一定条件下，聚合-解聚达成平衡。
SiO2熔体与石英晶体结构对比 晶体：【SiO4】是基本的结构单元，通过4个顶 角的O2－扩散延伸，形成架状结构。 熔体：三维结构存在存在扭曲变形质点排列没 有规律性
图3—3 石英晶体合与石英玻璃结构比较
（一）聚合物的形成 1、熔体化学键分析
Si—O键：离子键与共价键性(约52％)混合。
Si(1s22s22p63s23p2) ： 4个sp3杂化轨道构成四面体，与O原 子结合时，可形成π-σ键叠加Si-O键 。
玻璃与熔体结构 ★ 存在相似性 ★ 介入有序、无序之间的一种状态，衍射图谱呈 弥散状衍射峰 ★ 近程有序，远程无序
★ 在局部区域质点排列形式与晶体相似，但这 种局部有规则排列区域是高度分散的
综上所述: 液体是固体和气体的中间相，液体结构在
气化点和凝固点之间变化很大，在高温时（接 近气化点）与气体接近，在稍高于熔点时与晶 体接近。
2、晶体的熔化热不大，比液体的气化热小得多。
Na晶体 熔化热（J/mol） 2.51
Zn晶体 冰 6.70 6.03 水的汽化热为40.46
这说明晶体和液体内能差别不大，质点在固体和液体中
的相互作用力是接近的。
3、固液态热容量相近
表明质点在液体中的热运动性质（状态）和在固体中差
别不大，基本上仍是在平衡位置附近作简谐振动。
《熔体的结构》课件
《熔体的结构》ppt课件
目 录
• 熔体的定义与特性 • 熔体的微观结构 • 熔体的物理性质 • 熔体的化学性质 • 熔体与环境的关系 • 熔体在工业中的应用
01
熔体的定义与特性
熔体的定义
熔体定义
熔体是一种物质状态，其中分子 或原子在热能作用下具有较高的 流动性，并呈现出液态的特性。
熔体的形成
当物质受到足够的热能作用时， 其固态晶体结构被破坏，分子或 原子获得足够的能量以克服相互 间的吸引力，形成自由流动的状
分子间作用力
熔体中分子或原子间的相互作用力 决定了其物理性质，如粘度、表面 张力等。
熔体的分类
01
02
03
有机熔体
有机熔体是指由有机化合 物组成的熔体，如聚合物 熔体、油脂等。
无机熔体
无机熔体是指由无机化合 物组成的熔体，如玻璃、 金属熔体等。
混合熔体
混合熔体是指由两种或多 种物质组成的熔体，其性 质取决于各组成物质的性 质和比例。
态。
熔体的特点
熔体具有液态的流动性，可以自 由流动和润湿其他物质表面，同 时其粘度、密度和分子间作用力
等物理性质与液态相似。
熔体的特性
粘度
熔体的粘度是衡量其流动性的一 个重要参数，粘度越低，流动性
越好。
密度
熔体的密度是其在一定温度和压力 下的质量与体积的比值，不同物质 在熔融状态下的密度也有所不同。
在其他领域的应用
食品加工
熔体在食品加工中用于制作巧克力、糖浆、果酱等。
陶瓷与玻璃制造
熔体在陶瓷和玻璃制造中起到传递热量和形成所需形状的作用。
新能源领域
熔融盐在新能源领域中用于太阳能热发电和核能发电的热量传递和存 储。
目 录
• 熔体的定义与特性 • 熔体的微观结构 • 熔体的物理性质 • 熔体的化学性质 • 熔体与环境的关系 • 熔体在工业中的应用
01
熔体的定义与特性
熔体的定义
熔体定义
熔体是一种物质状态，其中分子 或原子在热能作用下具有较高的 流动性，并呈现出液态的特性。
熔体的形成
当物质受到足够的热能作用时， 其固态晶体结构被破坏，分子或 原子获得足够的能量以克服相互 间的吸引力，形成自由流动的状
分子间作用力
熔体中分子或原子间的相互作用力 决定了其物理性质，如粘度、表面 张力等。
熔体的分类
01
02
03
有机熔体
有机熔体是指由有机化合 物组成的熔体，如聚合物 熔体、油脂等。
无机熔体
无机熔体是指由无机化合 物组成的熔体，如玻璃、 金属熔体等。
混合熔体
混合熔体是指由两种或多 种物质组成的熔体，其性 质取决于各组成物质的性 质和比例。
态。
熔体的特点
熔体具有液态的流动性，可以自 由流动和润湿其他物质表面，同 时其粘度、密度和分子间作用力
等物理性质与液态相似。
熔体的特性
粘度
熔体的粘度是衡量其流动性的一 个重要参数，粘度越低，流动性
越好。
密度
熔体的密度是其在一定温度和压力 下的质量与体积的比值，不同物质 在熔融状态下的密度也有所不同。
在其他领域的应用
食品加工
熔体在食品加工中用于制作巧克力、糖浆、果酱等。
陶瓷与玻璃制造
熔体在陶瓷和玻璃制造中起到传递热量和形成所需形状的作用。
新能源领域
熔融盐在新能源领域中用于太阳能热发电和核能发电的热量传递和存 储。
4章熔体
3、为什么要研究熔体、玻璃？ （结构和性能）
• 熔体是玻璃制造的中间产物
• 瓷釉在高温状态下是熔体状态
原 因
• 耐火材料的耐火度与熔体含量有直 接关系 • 瓷胎中40%—60%是玻璃状态 （高温下是熔体态）
§4-1 熔体的结构——聚合物理论
（一）熔体结构描述 （二）聚合物的形成
基本内容
（三）聚合物理论要点
第四章 熔 体
•掌握熔体和玻璃体结构的基本理论、
本 章 要 求
性质及转化时的物理化学条件.
• 用基本理论分析熔体的结构与性 质。
•掌握“结构---组成----性能”之
间
第四章：熔体
整 体 晶体（理想）的特点—— 有 晶体（实际）的特点—— 序 熔体与玻璃的特点— 近程有序远程无序
熔体或液体是介于气体和固体之间的一种物质。液体具有 流动性和各相同性，和气体相似；液体又具有较大的凝聚 能力和很小的压缩性，则与固体相似。 熔体是是较高熔点物质的液体，熔体快速冷却则变成玻璃
补充题：
用聚合物理论的观点，说明Na2O－SiO2熔体，
随Na2O含量的增加各级聚合物将发生怎样的变
化，
第二节
熔体的性质
一、粘度（Viscosity)(η)
1. 概念——液体流动时，一层液体受到另一层液体的 牵制。在剪切应力下产生的剪切速 度 dv/dx 与剪应力 σ成正比。即σ＝ηdv/dx 定义：使相距一定距离的两个平行平面以一定速 度相对移动所需的力。 粘滞系数（粘度）：η 。 粘度单位：Pa ．S（帕. 秒） 物理意义：表示相距1米的两个面积为1m2的平行 平面相对移动 所需的力为1N。 流动度 ：φ＝１／η 内摩擦力: F ＝ ηs dv/dx
熔体和玻璃体PPT课件
2. 多面体中阳离子的配位数必须是小的，即为4或更小。
3. 氧多面体相互共角而不共棱或共面。
4. 成连续的空间结构网要求每个多面体至少有三个角是与 相邻多面体公共的。（O/Si<2.5)
2021
18
3.3.2 硅酸盐玻璃结构
• 二氧化硅是硅酸盐盐玻璃中的主体氧化物，它在 玻璃中的结构状态对硅酸盐玻璃的性质起决定性 的影响。
• 熔体内原子（离子或分子）的化学健型对其面而张力有很 大影响。其规律是具有金属键的熔体体表面张力>共价键
>分子键。
• 当两种溶体混合时，一般不能单纯将它们各自力都是随温度升高而降低（负
的温度系数），
2021
8
表 面 张 力
2021
9
(3) 玻璃转化的两个特征温度
• 当R2O或RO等氧化物加入到石英玻璃，形成二元、 三元甚至多元硅酸盐玻璃时，由于增加了O/Si 比
• 网络学说强调了玻璃中离子与多面体相互间排列的均匀性、
连续性，无序性等方面。这些结构特征可以在玻璃的各向
同性、内部性质的均匀性与随成分改变时玻璃性质变化的
连续性等基本特性上得到反映。
2021
15
石英玻璃
•每个硅原子与周围4个氧原子构成硅氧四面体，各四面体之 间通过共顶互相连接而形成向三维空间发展的网络，但其排 列是无序的。
第三章 非晶态固体
2021
1
3 非晶态
• 在自然界中，物质通常以气态、 液态和固态三种聚集状态存在， 这些物质状态在空间的有限部 分称为气体、液体和固体。
• 固体分为晶体和非晶体
晶体—— 质点在三维空间有规 则的排列，远程有序
非晶态固体 —— 在结构上近
4.1 溶体的结构——材料科学基础课件PPT
水的气化热为40.46kJ／mol。这说明晶体和液体内能差 别不大，质点在固体和液体中的相互作用力是接近的。
3)．固液态热容量相近
物体改变单位温度时 的吸收或释放的内能
几种金属固、液态时的热容值
物质名称 液体热容（J/mol） 固体热容（J/mol）
Pb 28.47 27.30
Cu 31.40 31.11
基本结构单元在熔体中以聚合离子团形式存在
聚合物具有结晶结构，如三聚体、六聚 体，其晶格很小且很不完整，XRD图中 有对应的呈弥散状态的衍射峰。
二、影响聚合物聚合程度的因素
硅酸盐熔体中各种聚合程 度的聚合物浓度受组成和 温度两个因素的影响
1.在熔体组成不变时，各 级聚合物的浓度(数量)与 温度有关
在高于熔点不太多的温度下，液体内部质点的排列并不是象气 体那样杂乱无章的，相反，却是具有某种程度的规律性。这体 现了液体结构中的近程有序和远程无序的特征。
4.1.2 硅酸盐熔体结构——聚合物理论
基 本 结 构 单 元 [SiO4] 四面体。红外反射光
谱 分 析 表 明 ， [SiO4] 在2000℃的熔融态中
桥氧
游离 氧
非桥 氧
Si/O从1：2降至1： 4，四面体连接方 式也依次改变
这种在Na2O的 作用下，使架 状 [SiO4] 断 裂
的过程，称为
熔融石英的分
化过程
四面体网络被碱分化示意图 离子取代
低聚物
分化的结果将产生许多由硅氧四面体短链形成的低聚物，以 及一些没有被分化完全的残留高聚物——石英骨架，即石英 的“三维晶格碎片”，用[SiO2]n表示。
分化
低聚合物
缩聚
释放出部分Na2O
[SiO4]Na4十[Si2O7]Na6——[Si3O10]Na8＋Na2O （短键）
2020高中物理竞赛—材料物理A-2熔体：熔体的性质(共29张PPT)
2. O / Si 聚合物尺寸 质点数 或作用力矩
3. Na2O含量 解聚作用 聚合物尺寸
离子作用势Z / r
熔体由大到小排列： Li2O Na2O K2O
保持氧化物含量不变
Li2O取代Na2O
K 2O取代Na2O
4.键型的影响： 其表面张力的存在由大到小的顺序为 金属键 共价键 离子键 分子键
0500751001251tlogdpas151050钠钙硅酸盐玻璃的log1t关系曲线2自由体积理论论液体内分布着不规则大小不等的空隙液体流动必须打开这些空洞允许液体分子的运动这种空洞为液体分子流动提供了空间这些空隙是由系统中自由体积vf的再分布所形成的
2020高中物理竞赛
材料物理学A
第二节 熔体的性质
分 子 式 O/Si [SiO4]连接程度
SiO2
2/1
骨架
Na2O . 2SiO2 5/2
层状
N2O . SiO2 4/1
岛状
在1400℃时钠硅系统玻璃粘度表
粘度(dpa.s) 1010 280 1.6
<1
(2) R+对硅酸盐熔体（SiO2）粘度的影响： 随加入量增加而显著下降。
3. 粘度与玻璃转变密切相关，因此自由 体积和过剩熵理论也应用于玻璃转变本 质的研究。
1.T 小聚物数量 E
T
－＝0
exp(E ) kT
总 结
2.T V f 易流动 T － B exp ( kVo )
Vf
3.T S 小聚合物数量 易流动
T －＝C exp( D )
Pb2+>Ba2+>Cd2+>Zn2+>Ca2+(某些情况)>Mg2+
3. Na2O含量 解聚作用 聚合物尺寸
离子作用势Z / r
熔体由大到小排列： Li2O Na2O K2O
保持氧化物含量不变
Li2O取代Na2O
K 2O取代Na2O
4.键型的影响： 其表面张力的存在由大到小的顺序为 金属键 共价键 离子键 分子键
0500751001251tlogdpas151050钠钙硅酸盐玻璃的log1t关系曲线2自由体积理论论液体内分布着不规则大小不等的空隙液体流动必须打开这些空洞允许液体分子的运动这种空洞为液体分子流动提供了空间这些空隙是由系统中自由体积vf的再分布所形成的
2020高中物理竞赛
材料物理学A
第二节 熔体的性质
分 子 式 O/Si [SiO4]连接程度
SiO2
2/1
骨架
Na2O . 2SiO2 5/2
层状
N2O . SiO2 4/1
岛状
在1400℃时钠硅系统玻璃粘度表
粘度(dpa.s) 1010 280 1.6
<1
(2) R+对硅酸盐熔体（SiO2）粘度的影响： 随加入量增加而显著下降。
3. 粘度与玻璃转变密切相关，因此自由 体积和过剩熵理论也应用于玻璃转变本 质的研究。
1.T 小聚物数量 E
T
－＝0
exp(E ) kT
总 结
2.T V f 易流动 T － B exp ( kVo )
Vf
3.T S 小聚合物数量 易流动
T －＝C exp( D )
Pb2+>Ba2+>Cd2+>Zn2+>Ca2+(某些情况)>Mg2+
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实验证明：当晶体混乱地分布于熔体中时，晶
体的体积分数（晶体体积／玻璃总体积Vβ/V）
为10－6时，刚好为仪器可探测出来的浓度。根
据相变动力学理论，通过式（3－9）估计防止
一定的体积分数的晶体析出所必须的冷却速率。
Vβ／V ≈л/3 Ivu3t4
（3－9）
式中 Vβ一析出晶体体积；V——熔体体积；
Iv一－成核速率； u——晶体生长速率； t—一时间。
Si、 B 、 P 、 A l、 N a、 K 等 醇 盐 酒 精 溶 液 加 水 分 解 得 到 胶 体，加热形成单组分或多组分氧化物玻璃
在 低 温 基 板 上 用 蒸 发 沉 积 形 成 非 晶 质 薄 膜 ， 如 B i、 Si、 G e、 B 、 M gO 、 A l2O 3、 T iO 2、 SiC 等 化 合 物 在 低 压 氧 化 气 氛 中 ，把 金 属 或 合 金 做 成 阴 极 ，飞 溅 在 基
形成原因 剪切应力
放射线照射
液体
形成络合物
升华 气
气相反应 体
电解
获得方法 冲击波 磨碎
高速中子线 a 粒子线 金属醇盐 水解 真空蒸发 沉积
阴极飞溅和 氧化反应
气相反应
辉光放电
阴极法
实
例
石英、长石等晶体，通过爆炸的冲击波而非晶化
晶体通过磨碎，粒子表面层逐渐非晶化
石英晶体经高速中子线或 a粒子线的照射后转变为非晶 体石英
4． 玻璃形成的结晶化学条件
分 解 ， 在 基 极 上 形 成 非 晶 态 氧 化 物 薄 膜 ， 如 Si(O C 2H 5)4 → SiO 2 及 其 它 例 子 利 用 电 介 质 溶 液 的 电 解 反 应 ，在 阴 极 上 析 出 非 晶 质 氧 化
物 ， 如 Ta2O 3、 A l2O 3、 Z rO 2、 N b2O 3 等
表3－7 由熔融法形成玻璃的物质
种类 元素 氧化物 硫化物 硒化物 碲化物 卤化物 硝酸盐 碳酸盐 硫酸盐 硅酸盐 硼酸盐 磷酸盐 有机 化合物 水溶液 金属
物
质
O、 S、 Se、 P
P 2O 5 、 B 2O 3、 A s2O 3、 SiO 2 、 G eO 2 、 Sb2O 3 、 In2O 3 、 Te2O 3 、 SnO 2、 P bO 、 SeO B、 G a、 In、 T I、 G e、 Sn、 N 、 P 、 As、 Sb、 Bi、 O 、 Sc 的 硫 化 物 ： A s2S3、 Sb2 S3、 C S2 等
2．玻璃形成的热力学条件
熔融体是物质在液相温度以上存在的一种高能量状态。 随着温度降低，熔体释放能量大小不同，可以有三种 冷却途径： （1）结晶化，即有序度不断增加，直到释放全部多 余能量而使整个熔体晶化为止。 （2）玻璃化，即过冷熔体在转变温度Tg硬化为固态 玻璃的过程。 （3）分相，即质点迁移使熔体内某些组成偏聚，从 而形成互不混溶的组成不同的两个玻璃相。
T l、 S i、 S n、 P b、 P 、 As、 S b、 Bi、 O 、 S 、 Te 的 硒 化 物
T l、 S n、 P b、 S b、 Bi、 O 、 S e、 As 、 G e 的 碲 化 物
BeF 2、 AlF 3、 ZnCl2、 Ag (Cl、 Br、 I)、 P b（ Cl2、 Br2、 I2） 和 多 组 分 混 合 物 R1NO3－R2（NO3）2, 其中 R1＝碱金属离子，R2＝碱土金属离子 K2 CO3－ MgCO3 T I2SO4、 KHSO4 等
u
IJ
u
IJ
u u
ΔT Iv
Iv
ΔT
图3-12 成核、生长速率与过冷度的关系
过冷度（K）
20 40
60
80
A
100 120
10－4 10－2 1
C B
102 104 106 108 1010
时间（s）
图3-13 析晶体积分数为10-6时具有不同 熔点物质的T-T-T曲线
A-Tm=356.6K B-Tm=316.6K C-Tm=276.6K
极 上 形 成 非 晶 态 氧 化 物 薄 膜 ， 有 SiO 2、 P bO － TeO 2、 P b － SiO 2 系 统 薄 膜 等 SiC l4 2 玻 璃 。 在 真 空 中 加 热 B(O C2H 3)3 到 700℃ ～ 900℃ 形 成 B2O 3 玻 璃 利用辉 光放 电形 成原子 态氧 和低 压中 金属有 机化 合物
表3－9 几种硅酸盐晶体与玻璃体的生成热
组成 Pb2SiO4
SiO2 Na2SiO3
状态 晶态
玻璃态 β－石英 β－鳞石英 β－方石英
玻璃态 晶态
玻璃态
－△H（kJ/mol） 1309 1294 860 854 858 848 1258 1507
3．玻璃形成的动力学条件
析晶分为晶核生成与晶体长大两个过程。 均态核化：熔体内部自发成核。 非均态核化：由表面、界面效应，杂质、或引入 晶核剂等各种因素支配的成核过程。 晶核生成速率IV是指单位时间内单位体积熔体中 所生成的晶核数目（个/cm3·s）； 晶体生长速率u是指单位时间内晶体的线增长速 率（cm/s）。Iv与u均与过冷度（△T＝TM－T） 有关（TM为熔点）。图3－12称为物质的析晶特 征曲线。由图可见，IV与u曲线上都存在极大值。
熔体结构四
1．形成玻璃的物质及方法
当今普遍认为，只要冷却速率足够快，几乎任何物质 都能形成玻璃，参见表3－7、3－8。
目前形成玻璃的方法有很多种，总的说来分为熔融法 和非熔融法。熔融法是形成玻璃的传统方法，即玻璃原料经 加热、熔融和在常规条件下进行冷却而形成玻璃态物质，在 玻璃工业生产中大量采用这种方法。此法的不足之处是冷却 速率较慢，工业生产一般为40～60℃/h，实验室样品急冷也 仅为1～10℃/s，这样的冷却速率不能使金属、合金或一些 离子化合物形成玻璃。
例子很多
非聚合物：甲苯、乙醚、甲醇、乙醇、甘油、葡萄糖等 聚合物：聚乙烯等，种类很多 酸、碱、氧化物、硝酸盐、磷酸盐、硅酸盐等，种类很多 Au4S i、 P d4S i、 Tex－ Cu2.5－ Au5 及 其 它 用 特 殊 急 冷 法 获 得
表3－8 由非熔融法形成玻璃的物质
原始物质
固体 (结 晶 )