3 非晶态固体(6)
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1．晶体与液体的体积密度相近。 当晶体熔化为液体时体积变化较小，一般不超过10％ (相当于质点间平均距离增加3％左右)；而当液体气化时， 体积要增大数百倍至数千倍(例如水增大1240倍)。 2．晶体的熔化热不大，比液体的气化热小得多。 Na晶体 Zn晶体 冰
熔融热 (kJ/mol)
2.51
6.70
6.03
图3－2 某一硼硅酸盐熔体中聚合物的分布随温度的变化
11
第二节
熔体的性质
一、粘度 粘度的含义、粘度与温度的关系、粘度 与组成的关系 二、表面张力 表面张力的含义、表面张力与温度的关 系、表面张力与组成的关系
12
一、粘度
粘度是流体（液体或气体）抵抗流动的量度。当液体流动时： F＝η S dv/dx （3－1） 式中 F―两层液体间的内摩擦力； S―两层液体间的接触面积； dv/dx―垂直流动方向的速度梯度； η ―比例系数，称为粘滞系数，简称粘度。
16
1．粘度一温度关系
（1） 弗仑格尔公式
ф＝A1ｅ－△u/kT
η＝1/ф＝A2ｅ△u/kT
logη＝A＋B/T
（3－2）
式中 △u――质点粘滞活化能；k――波尔兹曼常数；
T――绝对温标；A1 、 A2 、 A－－与熔体组成有关
的常数。
17
logη＝A＋B/T ？
2000 1600 1200 1000 800 600
硅酸盐熔体在不同温度下的粘度相差很大，可以从 10－2变化至1015 Pa·s；组成不同的熔体在同一温 度下的粘度也有很大差别。在硅酸盐熔体结构中， 有聚合程度不同的多种聚合物交织而成的网络，使
得质点之间的移动很困难，因此硅酸盐熔体的粘度
比一般液体高得多，如表3－3所示。
14
表3－3
熔 体 水 熔融 NaCI 钠长石 80％钠长石十 20％钙长石 瓷釉
关系。
18
Log η
图3－3 钠钙硅酸盐玻璃熔 体粘度与温度的关系
（2）VFT公式（Vogel－Fulcher－Tammann 公式） B lg A （3－3） T T0
式中 A、B、T0――均是与熔体组成有 关的常数。
而水的气化热为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。
4
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。
表3－1
物 质 名 称 液体热容（J/mol） 固体热容（J/mol）
几种金属固、液态时的热容值
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。 100.5～1.3×105 Pa· s：落球法。根据斯托克斯沉降原理，测 定铂球在熔体中下落速度求出。
小于10－2 Pa· s：振荡阻滞法。利用铂摆在熔体中振荡时， 振幅受阻滞逐渐衰减的原理测定。
同的聚合离子团在这些离子团间存在着聚合－解聚
的平衡。
3.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（数量）
受组成和温度两个因素的影响。
9
表3－2
硅酸盐聚合结构（氧/硅比的计算）
10
散随 〃着 （温 度 的 较升 大高 的〄 聚熔 合体 体的 数结 目构 占趋 优于 ）分 O/Si
强度 I
熔体
玻璃
晶体
由此可以认为在高于熔点
不太多的温度下液体内部质点
sinθ λ
的排列并不象气体那样杂乱无 章，相反却是具有某种程度的
图3－1 不同聚集状态物质的X射线衍射强度 规律性(近程有序和远程无序). 随入射角度变化的分布曲线
6
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（接近 气化点）时与气体接近，在稍高于熔点时与晶 体接近。 由于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
几种熔体的粘度
温度（℃） 20 800 1400 1400 1400 粘度（Pa·s） 0.001006 0.00149 17780 4365 1585
15
粘度的测定：
硅酸盐熔体的粘度相差很大，从10－2～1015Pa· s，因此不 同范围的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。
第三章 玻璃体
(非晶态固体)
材料科学与工程研究院
1
本章主要内容（6学时）
第一节
第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
熔体的结构
熔体的性质 玻璃的通性和玻璃的转变 玻璃的形成 玻璃的结构 常见玻璃简介
2
第一节
熔体的结构
一、对熔体的一般认识 二、硅酸盐熔体结构――聚合物理论
3
一、对熔体结构的一般认识
实际意义。
7
二、硅酸盐熔体结构-聚合物理论
关于液体的结构理论有:
液体的近程有序结构理论
解释液体的流动性。
“核前群”理论
解释许多物化性质如温度升高、电导率上升
聚合物理论
8
1.基本结构单元 － [SiO4] 四面体
2.基本结构单元在熔体中存在状态－聚合体
基本结构单元在熔体中组成形状不规则、大小不
Pb 28.47 27.30 Cu 31.40 31.11 Sb 29.94 29.81 Mn 46.06 46.47
5
4. X射线衍射图相似(图3－1)
液体衍射峰最高点位置与 晶体相近，表明液体中某一质 点最邻近几个质点的排列形式
气体
与间距和晶体中的相似。液体 衍射图中的衍射峰都很宽阔， 这是和液体质点的有规则排列 区域的高度分散有关。
因此，粘度物理意义是指单位接触面积、单位速度梯 度下两层液体间的内摩擦力。粘度单位是Pa· s（帕· 秒）。
1Pa· s＝1N· m2＝10dyne· s/ s／cm2＝10 P（泊）或
1dPa· s（分帕· 秒）＝1P（泊）。粘度的倒数称液体流动 度ф，即ф=1/η。
13
影响熔体粘度的主要因素是温度和化学组成。
12
但这个公式假定粘滞活
9
6
3
0 0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1/T10Байду номын сангаас3 (K-1)
化能只是和温度无关的常数， 所以只能应用于简单的不缔 合的液体或在一定温度范围 内缔合度不变的液体。对于 硅酸盐熔体在较大温度范围 时，斜率会发生变化，因而 在较大温度范围内以上公式 不适用。如图3－3是钠钙硅 酸盐玻璃熔体粘度与温度的
熔融热 (kJ/mol)
2.51
6.70
6.03
图3－2 某一硼硅酸盐熔体中聚合物的分布随温度的变化
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第二节
熔体的性质
一、粘度 粘度的含义、粘度与温度的关系、粘度 与组成的关系 二、表面张力 表面张力的含义、表面张力与温度的关 系、表面张力与组成的关系
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一、粘度
粘度是流体（液体或气体）抵抗流动的量度。当液体流动时： F＝η S dv/dx （3－1） 式中 F―两层液体间的内摩擦力； S―两层液体间的接触面积； dv/dx―垂直流动方向的速度梯度； η ―比例系数，称为粘滞系数，简称粘度。
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1．粘度一温度关系
（1） 弗仑格尔公式
ф＝A1ｅ－△u/kT
η＝1/ф＝A2ｅ△u/kT
logη＝A＋B/T
（3－2）
式中 △u――质点粘滞活化能；k――波尔兹曼常数；
T――绝对温标；A1 、 A2 、 A－－与熔体组成有关
的常数。
17
logη＝A＋B/T ？
2000 1600 1200 1000 800 600
硅酸盐熔体在不同温度下的粘度相差很大，可以从 10－2变化至1015 Pa·s；组成不同的熔体在同一温 度下的粘度也有很大差别。在硅酸盐熔体结构中， 有聚合程度不同的多种聚合物交织而成的网络，使
得质点之间的移动很困难，因此硅酸盐熔体的粘度
比一般液体高得多，如表3－3所示。
14
表3－3
熔 体 水 熔融 NaCI 钠长石 80％钠长石十 20％钙长石 瓷釉
关系。
18
Log η
图3－3 钠钙硅酸盐玻璃熔 体粘度与温度的关系
（2）VFT公式（Vogel－Fulcher－Tammann 公式） B lg A （3－3） T T0
式中 A、B、T0――均是与熔体组成有 关的常数。
而水的气化热为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。
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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。
表3－1
物 质 名 称 液体热容（J/mol） 固体热容（J/mol）
几种金属固、液态时的热容值
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。 100.5～1.3×105 Pa· s：落球法。根据斯托克斯沉降原理，测 定铂球在熔体中下落速度求出。
小于10－2 Pa· s：振荡阻滞法。利用铂摆在熔体中振荡时， 振幅受阻滞逐渐衰减的原理测定。
同的聚合离子团在这些离子团间存在着聚合－解聚
的平衡。
3.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（数量）
受组成和温度两个因素的影响。
9
表3－2
硅酸盐聚合结构（氧/硅比的计算）
10
散随 〃着 （温 度 的 较升 大高 的〄 聚熔 合体 体的 数结 目构 占趋 优于 ）分 O/Si
强度 I
熔体
玻璃
晶体
由此可以认为在高于熔点
不太多的温度下液体内部质点
sinθ λ
的排列并不象气体那样杂乱无 章，相反却是具有某种程度的
图3－1 不同聚集状态物质的X射线衍射强度 规律性(近程有序和远程无序). 随入射角度变化的分布曲线
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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（接近 气化点）时与气体接近，在稍高于熔点时与晶 体接近。 由于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
几种熔体的粘度
温度（℃） 20 800 1400 1400 1400 粘度（Pa·s） 0.001006 0.00149 17780 4365 1585
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粘度的测定：
硅酸盐熔体的粘度相差很大，从10－2～1015Pa· s，因此不 同范围的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。
第三章 玻璃体
(非晶态固体)
材料科学与工程研究院
1
本章主要内容（6学时）
第一节
第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
熔体的结构
熔体的性质 玻璃的通性和玻璃的转变 玻璃的形成 玻璃的结构 常见玻璃简介
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第一节
熔体的结构
一、对熔体的一般认识 二、硅酸盐熔体结构――聚合物理论
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一、对熔体结构的一般认识
实际意义。
7
二、硅酸盐熔体结构-聚合物理论
关于液体的结构理论有:
液体的近程有序结构理论
解释液体的流动性。
“核前群”理论
解释许多物化性质如温度升高、电导率上升
聚合物理论
8
1.基本结构单元 － [SiO4] 四面体
2.基本结构单元在熔体中存在状态－聚合体
基本结构单元在熔体中组成形状不规则、大小不
Pb 28.47 27.30 Cu 31.40 31.11 Sb 29.94 29.81 Mn 46.06 46.47
5
4. X射线衍射图相似(图3－1)
液体衍射峰最高点位置与 晶体相近，表明液体中某一质 点最邻近几个质点的排列形式
气体
与间距和晶体中的相似。液体 衍射图中的衍射峰都很宽阔， 这是和液体质点的有规则排列 区域的高度分散有关。
因此，粘度物理意义是指单位接触面积、单位速度梯 度下两层液体间的内摩擦力。粘度单位是Pa· s（帕· 秒）。
1Pa· s＝1N· m2＝10dyne· s/ s／cm2＝10 P（泊）或
1dPa· s（分帕· 秒）＝1P（泊）。粘度的倒数称液体流动 度ф，即ф=1/η。
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影响熔体粘度的主要因素是温度和化学组成。
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但这个公式假定粘滞活
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3
0 0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1/T10Байду номын сангаас3 (K-1)
化能只是和温度无关的常数， 所以只能应用于简单的不缔 合的液体或在一定温度范围 内缔合度不变的液体。对于 硅酸盐熔体在较大温度范围 时，斜率会发生变化，因而 在较大温度范围内以上公式 不适用。如图3－3是钠钙硅 酸盐玻璃熔体粘度与温度的