Вязкая жидкость
В физике конденсированного состояния и физической химии термины вязкая жидкость , переохлажденная жидкость и стеклообразующая жидкость часто используются взаимозаменяемо для обозначения жидкостей , которые одновременно являются высоковязкими ( см. Вязкость аморфных материалов ), могут быть или являются переохлажденными и способны образовывать стекло .
Рабочие точки при обработке стекла
Механические свойства стеклообразующих жидкостей зависят в первую очередь от вязкости. Поэтому следующие рабочие точки определяются с точки зрения вязкости. Температура указана для промышленного натриево-кальциевого стекла : [1]
| обозначение | вязкость (Па.с) | температура (°C, в натриево-кальциевом стекле) |
|---|---|---|
| точка плавления [2] | 10 1 | 1300 |
| рабочая точка | 10 3 | 950-1000 |
| точка слива | 10 3.22 | |
| точка потока | 10 4 | ~900 |
| точка размягчения (Литтлтон) [3] | 10 6.6 | 600 |
| точка размягчения (дилатометрическая) | ~10 10.3 | >~500 |
| точка отжига | ~10 12 | <~500 |
| точка перехода | 10 12 ..10 12.6 | <~500 |
| точка деформации | ~10 13,5 | <~500 |
Классификация «хрупкий-прочный»
В широко распространенной классификации, предложенной химиком Остином Энджеллом , стеклообразующая жидкость называется прочной , если ее вязкость приблизительно подчиняется закону Аррениуса (log η линейна по 1/ T ). В противоположном случае явно неаррениусовского поведения жидкость называется хрупкой . Эта классификация не имеет прямого отношения к общепринятому использованию слова «хрупкость» для обозначения хрупкости . Вязкое течение в аморфных материалах характеризуется отклонениями от поведения типа Аррениуса: энергия активации вязкости Q изменяется от высокого значения Q H при низких температурах (в стеклообразном состоянии) до низкого значения Q L при высоких температурах (в жидком состоянии). Аморфные материалы классифицируются в соответствии с отклонением от поведения типа Аррениуса их вязкости как либо прочные, когда Q H -Q L <Q L , либо хрупкие , когда Q H -Q L ≥Q L. Хрупкость аморфных материалов численно характеризуется коэффициентом хрупкости Дормуса R D =Q H /Q L . Прочные расплавы - это те, у которых (R D -1) < 1, тогда как хрупкие расплавы - это те, у которых (R D -1) ≥ 1. Хрупкость связана с процессами разрыва связей материалов, вызванными тепловыми флуктуациями. Разрыв связей изменяет свойства аморфного материала таким образом, что чем выше концентрация разорванных связей, называемых конфигуронами, тем ниже вязкость. Материалы с более высокой энтальпией образования конфигурона по сравнению с их энтальпией движения имеют более высокий коэффициент хрупкости Дормуса, и наоборот, расплавы с относительно более низкой энтальпией образования конфигурона имеют более низкую хрупкость. [4] Совсем недавно хрупкость была количественно связана с деталями межатомного или межмолекулярного потенциала, и было показано, что более крутые межатомные потенциалы приводят к более хрупким жидкостям. [5]
Теория связи мод
Микроскопическая динамика при низких и средних вязкостях рассматривается теорией сопряжения мод, разработанной Вольфгангом Гётце и его коллегами с 1980-х годов. Эта теория описывает замедление структурной релаксации при охлаждении до критической температуры Tc, обычно находящейся на 20% выше Tg.
Примечания и источники
Учебники
- Götze,W (2009): Комплексная динамика стеклообразующих жидкостей. Теория модовой связи. Оксфорд: Oxford University Press.
- Заржицкий, Дж. (1982): Les Verres et l'état vitreux. Париж: Массон. Также доступен в английском переводе.
Ссылки
- ^ Зажицкий (1982), стр.219,222
- ^ Это не точка плавления сопутствующей кристаллической фазы. Эта точка плавления скорее называется температурой ликвидуса ; она составляет около 1000..1040 градусов Цельсия в натриево-кальциевом стекле.
- ^ Дж. Т. Литтлтон, J. Am. Ceram. Soc., 18, 239 (1935).
- ^ MI Ojovan, WE Lee. Хрупкость оксидных расплавов как термодинамический параметр. Phys. Chem. Glasses, 46, 7-11 (2005).
- ^ Krausser, J.; Samwer, K.; Zaccone, A. (2015). «Мягкость межатомного отталкивания напрямую контролирует хрупкость переохлажденных металлических расплавов». Труды Национальной академии наук США . 112 (45): 13762–13767. doi : 10.1073/pnas.1503741112 . PMC 4653154. PMID 26504208 .
