4.3 無機熔體與玻璃(4)

    4.3.4 玻璃的通性

    玻璃具有以下四大通性。
    1. 各向同性
    均質(zhì)玻璃體各個方向的性質(zhì)，如折射率、硬度、彈性模量、熱膨脹系數(shù)等都是相同的，玻璃的各向同性是其內(nèi)部質(zhì)點無序排列而呈現(xiàn)統(tǒng)計均質(zhì)結(jié)構(gòu)的外在表現(xiàn)。如果玻璃中存在應(yīng)力或者非均質(zhì)玻璃，則可顯示出各向異性。
    2. 介穩(wěn)性
    玻璃的介穩(wěn)性是指玻璃具有析晶不穩(wěn)定性與析晶困難相對穩(wěn)定性的統(tǒng)一。當(dāng)熔體冷卻成玻璃時，并不是處于最低的能量狀態(tài)，它與最穩(wěn)定的晶態(tài)之間還存在一定的過剩能量Δu，從熱力學(xué)來分析，它必然有向低能量轉(zhuǎn)化的趨勢，即存在析晶的可能性。如果Δu越小，則玻璃越穩(wěn)定。雖然玻璃內(nèi)能高于晶體，然而，由于常溫下玻璃的粘度很大，從動力學(xué)觀點看，由玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫�態(tài)的速率很低，因而能較長時間在低溫下保留高溫時的結(jié)構(gòu)而不變化，這種特性就稱為介穩(wěn)性。圖4-16示意了熔體析晶及轉(zhuǎn)變?yōu)椴ＡУ膬?nèi)能變化情況。

    3. 熔融態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴Ａ�態(tài)是漸變的、可逆的，在一定溫度范圍內(nèi)完成，無固定熔點。
    圖4-17表示了熔體轉(zhuǎn)變?yōu)椴ＡУ穆烦�，由于熔體在高溫進行快速冷卻，當(dāng)溫度降至熔點時，將很快越過熔點而不析晶，其內(nèi)能基本上以相同的速率下降。當(dāng)溫度達到T_g溫度時，熔體開始固化，內(nèi)能曲線出現(xiàn)緩慢連續(xù)轉(zhuǎn)折。T_g被稱為玻璃轉(zhuǎn)變溫度（或脆性溫度）。繼續(xù)冷卻時，內(nèi)能與體積繼續(xù)以較小速率降低。當(dāng)玻璃組成不變時，此轉(zhuǎn)折與冷卻速度有關(guān)，也就是說，T_g是一個與動力學(xué)冷卻速度有關(guān)的參數(shù)，處于一定的范圍內(nèi)。低于此溫度范圍時，體系呈現(xiàn)固體的行為，稱為玻璃；高于此溫度范圍時，體系是熔體。因此玻璃沒有固定的熔點，只有熔體←→玻璃體之間的可逆的轉(zhuǎn)變溫度范圍。各種玻璃的轉(zhuǎn)變范圍取決于其組成，如石英玻璃為1150°C左右，而鈉硅酸鹽玻璃在500~550°C左右，相差可達幾百度。但不論何種玻璃，T_g溫度所對應(yīng)的粘度均為h = 10¹¹~10¹² Pa．s左右。玻璃形成溫度T_g是區(qū)分玻璃與其他非晶態(tài)固體（如硅膠、樹脂等）的重要特征。一些非傳統(tǒng)玻璃往往不存在這種可逆性。它們不像傳統(tǒng)玻璃那樣析晶溫度TM高于轉(zhuǎn)變溫度T_g，而是T_g>T_M。雖然它們在結(jié)構(gòu)上屬于玻璃態(tài)，但在宏觀特性上與傳統(tǒng)玻璃存在一定的差別，習(xí)慣上故而稱這類物質(zhì)為無定形物。
    當(dāng)對玻璃加熱到某溫度時，便會逐漸出現(xiàn)軟化，可以進行吹制、拉制成型玻璃制品，玻璃開始呈現(xiàn)液體狀態(tài)典型特性，這個溫度稱為玻璃軟化溫度T_f，它也是一個溫度范圍，對應(yīng)于h = 10⁸ Pa．s。
     T_g~T_f的溫度范圍稱為反常間距或轉(zhuǎn)變范圍，在此溫度范圍內(nèi)，玻璃許多性質(zhì)發(fā)生急變。這是玻璃特有的過渡溫度范圍。