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耐高温玻璃的析晶
 发布时间:2013年09月14日 浏览:4110
耐高温玻璃是一种用于高温下的玻璃,在高温环境下,耐高温玻璃经常会出现析晶的现象,玻璃态属于介稳态,能量高于晶体,从热力学上讲玻璃熔体在冷却过程中必然有析晶趋势.熔体或玻璃中承受晶体的过程,称为析晶,又称为结晶.

一般析晶多发生在黏度为103~105Pa·s对应的温度范围内。玻璃的杂质含量、OH含量、表面状态、使用气氛和加热的燃料等是造成玻璃析晶(使玻璃转变成方石英)的主要原因。析晶是一个以杂质或不完善的表面为中心并不断蔓延的核化过程。原料中含水或者结构水(Si-OH)时,OH在高温下以蒸汽的形式挥发出来,破坏玻璃结构网络,暴露出新表面,也会加速析晶。

析晶过程包括晶化形成和晶体生长两个阶段。通过均匀成核或者非均匀成核两种过程形成晶化后,熔体中原子在适当的过冷度和过饱和度条件下,向界面迁移,进入晶体生长阶段。当生长过程离开平衡态很小时,生长速度随时冷度增大而增大;当远离平衡时,生长速度随原子扩散速度增大而增大。

析晶过程主要受到过冷度、黏度、杂质、界面能等因素的影响。过冷度大,析晶驱动力大,但过冷度过大时,黏度变大,阻碍质点扩散,因此成核和生长所对应的最佳过冷度不同,对于玻璃来说,成核对应的过冷度要大于生长对应的过冷度,这样就会限制析晶发生。下图为过冷度与晶核形成速率I和成大速达u的关系。

玻璃的成核速度和晶体生长速度曲线

对于大多数硅酸盐熔体和玻璃来说,成核曲线位于低温区,生长曲线位于高温区,当熔体温度下降时,首先经过高温区ac,这时没有核,所以不会析晶;然后经过交叉区cb,既有晶核有能生长,但是速度很低,析晶缓慢,只要冷却速度足够快,即可安全越过交叉区,不析晶或者少析晶;最后来到低温区bd,虽然生成的晶核喝多,但是没有生长条件,因此也不会析晶。如果再次加热熔体冷凝成的玻璃,使之温度达到晶体生长范围,那么在冷却过程中生成的晶化获得生长条件,析晶的可能性大大增加。

析晶也分为失控型析晶和受控型析晶两大类。对玻璃来说,失控型析晶是一种缺陷,使力学性能、光学性质、热稳定性变差;但是受控型析晶则是通过诱导成核控制晶体生长,获得微晶玻璃的方法。


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