第5章 无机材料PPT课件

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根据凝胶的性质（刚性或柔性）不同把凝胶分为 刚性凝胶与弹性凝胶。大多数无机凝胶属于刚性 凝胶，如SiO2、TiO2、V2O5、Fe2O3等凝胶。
凝胶的结构:凝胶内部呈现三维网状结构，其结构 可分为四种类型，（a）球形质点相互联接形成一 定的线性排列；（b）板状或棒状质点搭接成网状 结构；（c）线性大分子结构的网架中部分长链有 序排列成微晶区；（d）线性大分子间通过化学桥 键而形成网状结构。
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胶凝材料:凡能在物理、化学作用下，从浆体变成 坚硬固体，并能胶结其他物料，具有一定机械强 度的物质，统称为胶凝材料（Cementials,or Cement-ing Materials）,又称为胶结材料（Binding Materials）。
胶凝材料可分为有机和无机两大类。无机胶凝材 料按照其硬化条件又能分为水硬性胶凝材料和气 硬性胶凝材料。水硬性胶凝材料在拌水后能在空 气中硬化，也可以在水中硬化，通常称为水泥， 如硅酸盐水泥、铝酸盐水泥等；而气硬性凝材料 不能在水中硬化，只能在气体介质中硬化，如石 灰、石膏等。
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二、转变过程 当发生转变时，熔体的许多物理性质如比容、热膨胀系数
等都发生变化，如图所示，转变过程中有两个比较重要的 温度： 1、Tg：对应于曲线低温直线部分开始弯曲时的温度，是 玻璃出现脆性的最高温度，称为脆性温度。 Tg退火温度 上限，可以消除玻璃制品的内应力。 2、Tf：相应于曲线弯曲部分开始转变高温直线部分的温 度，是玻璃开始出现液体典型性质的温度，称为软化温度。 3、转化温度范围Tg—Tf（性质急剧变化）（反常区间）
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二、动力学条件
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三、结晶化学条件 1、氧化物的键强是决定能否形成玻璃的 条件。
当O形成的键越强，熔解后负离子的团愈 牢固，破坏和重组也困难。
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网络形成体 ：单键强度＞335KJ/mol. 可以单独形成玻璃网络结构 B-O 498KJ/mol Si-O 444KJ/mol P-O 465-369KJ/mol
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5.2 玻璃体的转变
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5.2.1玻璃体的通性
各向同性、介稳性、可逆性、渐进性
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5．2．2玻璃体的转变
一、转变机理 内因：结构调整速度，是指在冷却过程中，
熔体中质点发生调整、排列，重新达到新 的平衡结构的速度，是由物体本性所决定 的。 外因：冷却速度，是由外部环境决定的。 冷却速度大于结构调整过程，玻璃化转变。 冷却速度小于结构调整过程，结晶化转变
5．非晶体结构
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非晶态是相对于晶态而言，是原子不规则 排列的固体材料的总称。其在外观上不具 有特定的形状，在微观上内部质点无序排 列，但在近邻原子的排列有一定规律，为 短程有序，非晶态材料的短程有序范围约 为1.5nm左右。
远程无序性和亚稳态性是非晶态材料的主 要特征。某种材料是晶态还是非晶态与其 化学组成无关，相同或相近化学组成的物 质由于制备条件的不同有时可以形成晶态， 有时也可以形成非晶态。
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5.1.2凝胶
凝胶（Gel）是指胶体质点在一定的条件下相互联 接所形成的空间网状结构，其网状结构的间隙充 满分散介质（液体或气体）。
凝胶与溶胶有很大的不同，溶胶中的胶体质点是 独立的运动单位，可以自由运动而具有良好的流 动性。凝胶则不然，分散相质点相互联接，在整 个体质内形成结构，不仅失去流动性，而且显示 出固体的性质，具有一定的弹性、强度、屈服值 等。凝胶与真正的固体也有不同，它由分散相及 分散介质两相构成，其结构强度有限，改变条件 往往能使结构破坏。
决定液体冷却时结晶或形成玻璃的主要因 素有两个。首先，如果冷却速率足够大， 任何液体原则上都可以转变为玻璃。其次， 如果晶体结构的基元很难由液相形成，结 晶就会延缓而有利玻璃的形成。
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金属、陶瓷和聚合物在这方面有本质上的 差别，金属晶体的基元只包含几个原子， 而且大多只有一个原子，因此很容易进行 结晶。陶瓷晶体一般比较复杂，特别是能 形成三维网络的SiO2。尽管大多数陶瓷材 料可进行结晶，形成玻璃也常见的。最后， 长链高分子的结晶在结构上有以下两个困 难：①难得会有简单的基元；②已有链段 的缓慢扩散来完成。因此大多数聚合物容 易形成玻璃，结晶只起次要作用。
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5 ．1非晶体分类 5 ．2玻璃体的转变 5．3玻璃体的结构 5．4典型的玻璃结构
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5．1非晶体分类
非晶态材料主要包括无机玻璃、凝胶、聚 合物和气相沉积的非晶态薄膜等。
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5.1.1无机玻璃
当液相冷却到其凝固温度时，一般会通过 结晶过程转变为晶体。有些液体则由于分 子结构复杂或动力学迟缓等原因而不能结 晶，形成一种称为玻璃的坚硬结构。
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2、键型 极性共价键和半金属共价键的物质易生成
玻璃 纯离子键化合物（NaCl、AgCl）熔化体：
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网络修饰体：单键强度＜250KJ/mol 不能单独形成玻璃网络结构但改变玻璃性质 Na—O 84KJ/mol K—O 54KJ/mol Ca—O 134KJ/mol
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中间体:单键强度250—335 KJ/mol之间， 可以参加部分玻璃网络结构 Al—O 250 KJ/mol Pb—O 306 KJ/mol Zn—O 302 KJ/mol
T＜Tg 固态（性质逐渐变化为固态） T＞Tf 熔体（性质逐渐变化为熔体）
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三、转变过程分类
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5．2．3转变条件
一、热力学条件 熔体（高温能量状态）释放能量三种途径
（1）结晶化：有序度不断增加，直到释 放出全部的多余能量。
（2）玻璃化：释放出部分能量，保持了 高温的结构。
提出：对于同一种材料，玻璃态和晶态 的内能差别大，玻璃化倾向大。
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5.1.3聚合物
这种物质因其分子链很长，在液体中无法 经过链段扩散过程形成规律排列的晶体结 构，而保持其无规线团或缠绕状的非晶体 结构，但在分子内部的部分链段上又可规 律排列。10Biblioteka 5.1.4气相沉积的非晶态薄膜
某物质经过气相反应在另一材料表面形成 一薄沉积层，该沉积层亦为无规则的非晶 态结构。这种非晶态薄膜通常用于提高材 料的硬度、耐蚀性等。