Аморфная фаза.
Выше рассматривались твердые тела и физические процессы, происходящие при образовании их из жидкой фазы. При этом твердое тело ассоциировалось с кристаллическим, обладающим совершенной структурой (дальним порядком). Однако не все твердые тела имеют совершенное строение. Различные нарушения структуры играют важную роль, определяя многие свойства материалов. Ранее уже выяснялась роль точечных и линейных дефектов, нарушений структуры, вызванных тепловым движением частиц, и т. д. Твердые тела, в которых отсутствует дальний порядок, называются аморфными.
Рис.2.11. Изменение объема при изменении температуры.
На рис. 2.11 показано изменение объема вещества в зависимости от температуры при переходе из жидкого состояния в кристаллическое и аморфное. Видно, что при снижении температуры до Ts(температура кристаллизации) вещество переходит из объемного состояния, определяемого точкой а, в состояние, определяемое точкойf. При дальнейшем уменьшении температуры вещество переходит в твердое состояние, что приводит к изменению взаимного расположения частиц и среднего расстояния между ними, следовательно, к изменению объема, теплосодержания, механических и электрических свойств. Если имеются центры кристаллизации, а скорость охлаждения невелика, то происходит кристаллизация вещества. При этом температура остается постоянной, а объем резко уменьшается (линияfe). Последующее охлаждение в этом случае сопровождается медленным уменьшением объема (линияed).
Если же в жидкости нет центров кристаллизации, а охлаждение происходит быстро, то она может быть охлаждена до температуры ниже Ts(линияag'b'). Жидкость, находящаяся в таком метастабильном состоянии, называется переохлажденной. При увеличении скорости охлаждения, начиная с Ts, происходит «отставание» изменения структуры от изменения температуры: атомы или молекулы уже не могут перестроиться в более эффективную упаковку. Структура перестает быть равновесной и в веществе происходит процесс стеклования. Дальнейшее понижение температуры сопровождается лишь уменьшением амплитуды колебаний, что приводит к резкому изменению коэффициента термического расширения или сжатия. Это происходит при температуреTs. При последующем снижении температуры изменение объема происходит по линейному закону (линияbe).
Таким образом, переход вещества из устойчивого жидкого состояния в стеклообразное при охлаждении (так же, как и обратный процесс — размягчение) происходит постепенно в сравнительно широком интервале температур. Температуру Tsиногда называют верхней границей области стеклования, температуруT1—нижней границей. Практически этот интервал принято характеризовать условной температурой стеклования Тст, значение которой определяется точкойg' пересечения линийafb' иcb.
Необходимо отметить, что если стекло поддерживать длительное время при температуре несколько ниже Тст, то его объем будет медленно уменьшаться, стремясь к объему, определяемому продолжением кривой охлаждения. При этом меняются свойства стекла. Эти изменения (получившие название процесса стабилизации) отличают стекло от переохлажденной жидкости (которая не может достигнуть более устойчивого состояния без кристаллизации). С процессом стабилизации связана зависимость свойств стекла от скорости охлаждения в интервале температур, близком к Тст. Значение Тстзависит от скорости охлаждения, снижаясь при ее уменьшении.
При нагревании стекло размягчается. Это облегчает изготовление изделий из стекла, способствует растворению в нем при высокой температуре разного рода добавок. Добавки могут выпадать из расплава при охлаждении и затвердевании стекла; этот процесс управляем. Это еще более увеличивает структурное разнообразие синтезируемых веществ с различными свойствами. Кристаллические же тела имеют фиксированное соотношение компонентов, что ограничивает управление их свойствами.
- Мгупи Кафедра мт-6 «Физико-химического материаловедения и композиционных материалов»
- Москва, 2013
- Технические параметры материалов
- 1.Объемно-структурные параметры.
- 2.1. Прочность
- 2.1.1.Кратковременная прочность при растяжении
- 2.1.2. Динамическая прочность
- 2.2.Жесткость
- 2.3. Твердость
- 2.5.3. Характер разрушения адгезионного соединения
- 3.Теплофизические свойства
- 3.6. Температура фазовых переходов
- 4. Электрические свойства
- 5. Магнитные свойства
- 6. Химическая стойкость Универсальный параметр
- 8. Оптические параметры.
- 10. Энергетические параметры
- 11. Диффузионные параметры
- Структура материалов Химические связи.
- Кристаллы.
- Аморфная фаза.
- Фазовое состояние материалов
- Состояния воды
- Элементы зонной теории твердого тела.
- Проводимости.
- Полимеры
- Получение полимеров.
- Физические и фазовые состояния полимеров
- Физические свойства полимеров
- Металлы и сплавы
- Fe3c- карбид железа
- Цветные металлы.
- Сплавы высокого электрического сопротивления
- Техническая керамика.
- Применение технической керамики.
- Стекла и ситаллы Неорганические стекла.
- Ситаллы
- Композиционные материалы
- Диэлектрики.
- Сегнетоэлектрики.
- Пьезоэлектрики
- Электреты.
- Жидкие кристаллы.
- Полупроводники.
- Получение.
- Полупроводниковые химические элементы.
- Полупроводниковые соединения
- Магнитные материалы.
- Литература