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在自然界中固體物質(zhì)存在著晶態(tài)和非晶態(tài)兩種狀態(tài),所謂非晶態(tài)是以不同方法獲得的以結構無序為主要特征的固體物質(zhì)狀態(tài)。玻璃態(tài)是非晶態(tài)固體的一種,玻璃中的原子不像晶體那樣在空間作遠程有序排列,而近似于液體,具有近程有序排列。玻璃像固體一樣能保持一定的外形,而不像液體那樣在自重作用下流動。玻璃態(tài)物質(zhì)具有以下五個特性:
(一)各向同性
玻璃態(tài)物質(zhì)的質(zhì)點排列總的說是無規(guī)則的,是統(tǒng)計均勻的,所以,玻璃中不存在內(nèi)應力時,其物理化學性質(zhì)(如硬度、彈性模量、熱膨脹系數(shù)、熱傳導系數(shù)、折射率、導電率等)在任何方向上都是相同的。但當玻璃中存在應力時,結構均勻性就遭到破壞,玻璃就顯示出各向異性,例如產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象。此外,由于玻璃表面與內(nèi)部結構上的差異,其表面與內(nèi)部的性質(zhì)也不相同。
(二)介穩(wěn)性
所謂玻璃處于介穩(wěn)狀態(tài),是因為玻璃是由熔體急劇冷卻而得,由于在冷卻過程中粘度急劇增大,質(zhì)點來不及作形成晶體的有規(guī)則排列,系統(tǒng)的內(nèi)能不是處于最低值,而是處于介穩(wěn)狀態(tài);但盡管玻璃處于較高能態(tài),由于常溫下粘度很大,因而實際上不能自發(fā)地轉化為晶體;只有在一定的外界條件下,即必須克服物質(zhì)由玻璃態(tài)轉化為晶態(tài)的勢壘,才能使玻璃析晶。因此,從熱力學的觀點看,玻璃態(tài)是不穩(wěn)定的,但從動力學的觀點看,它又是穩(wěn)定的。因為它雖具有自發(fā)放熱轉化為內(nèi)能較低的晶體的傾向,但在常溫下,轉變?yōu)榫B(tài)的幾率很小,所以說玻璃處于介穩(wěn)狀態(tài)。
(三)無固定熔點
玻璃態(tài)物質(zhì)由固體轉變?yōu)橐后w是在一定溫度區(qū)間(轉化溫度范圍內(nèi))進行的,它與結晶態(tài)物質(zhì)不同,沒有固定熔點。當物質(zhì)由熔體向固體轉化時,如果是結晶過程,在系統(tǒng)中必有新相生成,并且在結晶溫度,許多性質(zhì)等方面發(fā)生突變。但是,當物質(zhì)由熔體向固態(tài)玻璃轉化時,隨著溫度的逐漸降低,熔體的粘度逐漸增大,最后形成固態(tài)玻璃。此凝固過程是在較寬溫度范圍內(nèi)完成的,始終沒有新的晶體生成。從熔體向固態(tài)玻璃過渡的溫度范圍決定于玻璃的化學組成,一般波動在幾十到幾百度內(nèi)。因此玻璃沒有固定的熔點,而只有一個軟化溫度范圍。在此范圍內(nèi),玻璃由粘性體經(jīng)粘塑性體、粘彈性體逐漸轉變成為彈性體。這種性質(zhì)的漸變過程正是玻璃具有良好加工性能的基礎。
(四)性質(zhì)變化的連續(xù)性和可逆性
玻璃態(tài)物質(zhì)從熔融狀態(tài)到固體狀態(tài)的性質(zhì)變化過程是連續(xù)的和可逆的。所謂連續(xù)變化,是由于除能夠形成連續(xù)固熔體外,二元以上晶體化合物有固定的原子和分子比,因此,它們的性質(zhì)變化不是連續(xù)的。但玻璃則不同,在玻璃形成范圍內(nèi),由于化學成分可以連續(xù)變化,因此玻璃的一些物理性質(zhì)必然隨其所含各氧化物組分的變化而連續(xù)變化。性質(zhì)變化的可逆性,是指玻璃由固體向熔融態(tài)或相反過程可以多次進行,而不會伴隨新相生成。
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