//////

PODOBNE SKŁONNOŚCI SZKIEŁ

Clustery bywają też nazywane domenami, przedzarodkami lub wysepkami, a ich wielkość, podobnie jak wszystkie własności fizykochemiczne tworzyw szklanych, są uwarunkowane poza składem chemicznym, również obróbką termiczną, której poddano tworzywo. W szkle monoskładnikowym domeny osiągają wielkość rzędu 100 pm i są rozdzielone szczelinami fluktuacyjnymi, zajmującymi 10-20% objętości szkła. Obróbka cieplna powoduje wzrost domen do wielkości podanych poniżej i przyśpiesza proces odszklenia.Podobną skłonność do kondensacji wykazują połączenia tlenowe B, Ge, P i As. Pierwiastki te, a także glin który podstawia izomorficznie krzem, nie naruszają wyraźnie struktury i własności wyjściowego szkła krzemionkowego. Natomiast wprowadzenie do struktury szkła kationów metali alkalicznych Na+ i K+ lub metali ziem alkalicznych Ca2+, Ba2+ i Mg2+ zrywa część mostków tlenowych łączących czworościany, obniżając lepkość stopu i zwiększając skłonność do krystalizacji. Typowe szkła przemysłowe zawierają około 70% Si02.Obrabiając powtórnie szkło termicznie poniżej zakresu mięknięcia uzyskujemy skupianie się domen, prowadzące czasami do rzeczywistej separacji faz z pojawieniem się wyraźnego odmieszania w postaci „kropli”.

No Comments »

SZKŁA ZŁOŻONE

Na mikrokrystaliczną strukturę szkieł zwrócił uwagę w 1921 r. Lebiediew, badając zależność zmian dwójłomności od zmian temperatury wiążąc nagły skok tej wartości dla szkła krzemianowego w temperaturze około 840 K z możliwością obecności w szkle mikroelementów kryształów kwarcu, ulegających w tej temperaturze przemianie izomorficznej mody­fikacji p w a . Występujące w szkle mikroczęści normalnych sieci krystalicznych nazywamy clusterami. Wiązania chemiczne w szkłach mają, zależnie od rodzaju szkła, różny charakter. Szkło krzemionkowe jest zbliżone strukturą do krystobalitu wysokotemperaturowego, w którym czworościany łączą się narożami, podobnie jak w kryształach. Dla szkieł złożonych (wieloskładnikowych) pojawiają się, wynikające z różnic w gęstości składników i szkła, niejednorodności w ułożeniu atomów, obserwowane w mikroskopie elektronowym. Obejmują one obszary rzędu 10000 pm i tworzą tzw. ziarnistą strukturę szkieł złożonych. Ziarna takie odpowiadałyby krystalitom Lebiediewa.

No Comments »

PIERWIASTKI SZKŁOTWÓRCZE

Dalszym warunkiem, od którego zależy skłonność tlenku do tworzenia szkła, jest potencjał jonowy Cartledge’a, określany stosunkiem wartościowości danego pierwiastka w jednostkach względnych do jego promienia jonowego. Pierwiastki szkłotwórcze posiadają potencjały jonowe wysokie. Tym można wytłumaczyć, dlaczego mimo odpowiedniego wzoru empirycznego niektóre tlenki, np. A1203 same nie tworzą szkła.Materiały, które po stopieniu i ochłodzeniu mogą tworzyć jednorodne szkło dzielą się na substancje szkłotwórcze proste i złożone. Substancje szkłotwórcze proste stanowią wyodrębnione fazy krystaliczne jedno lub dwuskładnikowe – pierwiastki, związki chemiczne lub roztwory stałe. Substancje szkłotwórcze złożone stanowią natomiast mieszaninę dwu lub więcej faz krystalicznych, z których każda osobno nie może tworzyć szkła. Odpowiednio substancje te mogą być transformowane w szkła proste złożone. Zgodnie z ogólnie przyjętym modelem Zachariasena-Warrena, szkło stanowi tworzywo skrytokrystaliczne o ciągłym układzie przestrzen­nym, obejmującym całą masę, przy czym elementy strukturalne nie są powtarzalne (uporządkowania w obszarach o średnicy mniejszej od 10 |im).

No Comments »

SZKŁA TLENKOWE

Interesujące nas szkła tlenkowe powstają z trzech grup pierwiastków skłonnych do tworzenia cieczy przechłodzonych:pierwiastków więźbotwórczych które tworzą rozluźnioną sieć two­rzywa, należą tu kationy: B3+, Si4+, As3+, Sb5+, Nb5+, Ta5+, P5+ oraz aniony: N2– i F”,pierwiastków pośrednich którymi są jony Al3+ i Pb2+,pierwiastków będących modyfikatorami stosowanymi w postaci tlenków takich jak: CaO, Na20, KzO, BaO i inne.Kationy wieźbotwórcze, zwane również szkłotwórczymi, mogą być otoczone w tworzywie tylko trzema lub czterema anionami, co świadczy, że stosunek promieni jonowych kationów i anionów powinien mieścić się w granicach 0,225-0,415, a w przypadku gdy anionem jest tlen, kation może łączyć najwyżej dwa atomy. Konsekwencją takiej zasady jest określenie wzoru tlenków szkłotwórczych, którymi mogą być tlenki o     wzorze: M205, M02 lub M203.

No Comments »

WŁASNOŚCI MECHANICZNE

Szkło, będące w pojęciu własności mechanicznych ciałem stałym, nie daje się zaliczyć ściśle do żadnego stanu skupienia. Idealne szkło jest tworzywem bez naprężeń o izotropowych fizycznych własnościach wektorowych, zarówno makro, jak i mikroskopowych. Stan szklisty jest termodynamicznie nietrwały i w czasie wykazuje skłonność do powolnych zmiany zachodzących przy stałej temperaturze i ciśnieniu. Tworzywo szkliste przekształca się powoli w tworzywo polikrystaliczne w wyniku procesu odszklenia (dewitryfikacji), który najłatwiej zachodzi przy lepkości rzędu 103 dN • s/m2 przy której ruchliwości składników struktury jest dostateczna. Duża lepkość szkieł w temperaturze pokojowej pozwala na utrzymanie tworzywa w stanie szklistym bardzo długo. Siła wytrzymałości wiązań jonowo-atomowych szkieł nieorganicznych jest wysoka i wynosi około 100 kcal/mol, i to ona powoduje, że tworzywa te miękną dopiero w temperaturach kilkuset stopni, będąc w temperaturze pokojowej twardymi, wytrzymałymi mechanicznie i odpornymi na korozję chemiczną.

No Comments »

RÓŻNICA W PRZEBIEGU CHŁODZENIA

Różnicę w prze­biegu chłodzenia stopu dającego w rezultacie ciało krystaliczne lub zeszklone przedstawiono na rysun­kach . W czasie krystaliza­cji cieczy, w pewnej temperaturze zwanej temperaturą krzepnięcia, następuje skokowe wydzielenie określonej ilości ciepła. Wiąże się to z uporządkowaniem atomów lub cząsteczek w strukturę krysta­liczną. Ciecze przechodzące pod­czas studzenia w stan stały przy ciągłym wzroście lepkości bez krystaliza­cji, nazywamy szkłami. Według J.C. Maxwella są to dowolne substancje, które przy ochładzaniu w sposób ciągły, przeszły od stanu zwykłej cieczy do stanu w którym lepkość jest większa od 1013 Pa • s. Otrzymujemy tzw. „ciecz przechłodzoną” będącą w temperaturze pokojowej i pod normalnym ciśnieniem substancją sztywną, kruchą i twardą, o lepkości równej lepkości ciał stałych (rzędu 1018-1021 Pa-s).

No Comments »

PRZY BADANIU MINERAŁÓW

Z takiego szkła Chińczycy w pierwszym tysiącleciu naszej ery wytwarzali soczewki szklane, a w drugiej połowie obecnego tysiąclecia pojawiły się instrumenty optyczne .Czym zatem są materiały tlenkowe o nieuporządkowanej strukturze nazywane szkłami, których przegląd i zakres zastosowań z trudem zmieścimy w tym rozdziale? Od innych tworzyw ceramicznych szkła różnią się tym, że nie pozostają w stanie równowagi termodynamicznej z otocze­niem. Przy badaniu materiałów, podstawowym warunkiem uzyskania odpowiednich danych jest geometryczne uporządkowanie elementów budujących ciało stałe, które wiążąc się odpowiednimi siłami tworzą strukturę typową dla danego materiału. Jeśli ta struktura jest periodycznie uporządkowana badania są łatwiejsze. Dotyczy to wszystkich tworzyw krystalicznych. Szkła nie krystalizują w procesie studzenia stopu toteż na ogół nie wykazują periodyczności rozkładu atomów.

No Comments »

POCZĄTEK TECHNICZNEJ KARIERY SZKŁA

Toteż już Egipcjanie 3000 lat temu umieli wyciągać z kolorowego szkła cienkie włókna, którymi oplatano niskowypalone gliniane naczynia. Po usunięciu na zimno (wykruszeniu) kawałków czerepu ceramicznego, w kolejnej obróbce cieplnej w piecu doprowadzano do częściowego nadtopienia włókien szklanych i ich połączenia w jedno półprzezroczyste naczynie. Tak wytwarzano wazy egipskie. Już 2200 lat temu szklarze syryjscy opanowali proces formowania naczyń szklanych przez dmuchanie z kropli szkła nabranej na koniec rurki. Dodatkowo stosowano już wtedy drewniane formy w których obracano formowanym naczyniem. Metoda ta stosowana jest do dzisiaj zarówno w małych zakładach rzemieślniczych jak i wielkich hutach przemysłowych.Początek technicznej kariery szkła związany jest z wprowadzeniem do zestawu topionej masy tlenku manganu, który redukując żelazo trójwar­tościowe do dwuwartościowego dał pierwsze szkła bezbarwne (około 1850 lat temu).

No Comments »

W PRZECIWIEŃSTWIE DO PRZYRODY

W przeciwieństwie do przyrody, w życiu człowieka i rozwoju cywilizacji topione tlenkowe materiały okazały się niebywałym nośnikiem postępu i pozostają nim nadal, mimo około 3200 lat liczącej historii ich technologii. Początek zastosowania topionych materiałów tlenkowych wiąże się z opracowaniem przez człowieka sposobu tworzenia warstewki szkliwa na powierzchni staroegipskiej ceramiki. Osiągano ten efekt powlekając ceramikę mieszaniną sproszkowanej kredy CaC03, piasku Si0sody Na2C03. Minimalne domieszki tlenków metali wywołują w szkli­wach niespotykane efekty kolorystyczne. Fakt ten oraz stosunkowo niska temperatura topliwości (1000 K) pozwoliły na szybki postęp w rzemiośle szklarskim. Równie szybko zdano sobie sprawę z walorów ozdobnych szkła, będących efektem gry światła załamującego się w izotropowym tworzywie lub odbijające.

No Comments »

W DUŻYCH ILOŚCIACH

W dużych ilościach, w postaci drobnych i okrągłych okruchów spotykane są one od końca XVIII w. w Czechosłowacji nad rzeką Mołdawą, skąd pochodzi ich nazwa. Okruchy podobnego szkliwa, nazywane australitem, występują na dużych obszarach południowej Australii. Ostatnio w USA stały się modne szkliwa powstałe przez stopienie piasku pustynnego w stanie Nowy Meksyk, gdzie dokonuje się próbnych wybuchów atomowych. Podobnego typu szkliwem naturalnym jest lechatelieryt. Jest to szkliwo krzemionkowe, zawierające nieuporządkowany szkielet zbudowany z tetraedrów [Si04]4‚. Powstaje wskutek stopienia piasków kwarcowych w wyniku wyładowań atmosferycznych (fulguryty – piorunowce). Twardość jego jest w granicach 5,5-7,0, gęstość 2,0-2,19 g/cm3. W temperaturze około 1470 K przekrystalizowuje w krystobalit.

No Comments »

WP Login