Вопрос 15. Процесс стеклообразования определяется следующими факторами:
1) внутренними, зависящими от природы веществ, находящихся в расплавленном состоянии; эти факторы стеклования расплавов связаны со строением атомов, входящих в состав расплава, и характером сил взаимодействия между ними;
2) внешними,зависящими от условий термообработки. Наиболее общим условием перехода в стеклообразное состояние является возможность переохлаждения расплава до таких температур, при которых вязкость расплава становится достаточно большой, достигая значений порядка 1013Па-с. Очевидно, что расплав перейдет в стеклообразное состояние, если в процессе охлаждения в нем не возникнет ни одного зародыша кристаллизации, что исключает процесс кристаллизации полностью.
В состав стекол входят также оксиды, которые сами по себе не дают стекло даже при очень быстром и глубоком переохлаждении расплава, но которые существенно влияют на свойства стекла, и поэтому они называются модификаторами. Условия формирования такой беспорядочной сетки и соответственно критерии стеклообразования по В. Захариассену:
1) каждый ион кислорода должен быть связан не более чем с двумя катионами;
2) координационное число окруженных ионами кислорода центральных катионов должно быть небольшим, не более 4;
3) кислородные многогранники могут связываться друг с другом через общие углы таким образом, что образуются трехмерные пространственные решетки;
4) каждый многогранник должен быть связан с другими, по крайней мере, тремя общими углами.
Эти правила позволили дифференцировать все простые оксиды на три группы:
1)нестеклообразующие; 2) стеклообразующие; 3) промежуточные.
Наибольшее влияние на вязкостьоказывают два фактора: температура и состав стекла.
Температурная зависимость: При низких темпер вплоть до темпер стеклования вязкость изменяется незначительно. Наиболее резкое падение вязкости по мере нагревания происходит в интервале стеклования, затем следует вновь участок, где влияние температуры сказывается не столь заметно.
влияние однозарядных катионов на вязкость силикатных стекол выражается рядом Li+→Na+→К+→Rb, т. е. в данном рядуLi+ наиболее сильно снижает вязкость. Влияние же двухзарядных катионов характеризуется рядомPb2+→Ва2+→Са2+→Mg2+. Эти ионы действуют значительно слабее однозарядных, причем эффективность их действия тем меньше, чем меньше ионный радиус катиона. Оксид магния может даже повысить вязкость стёкла.
По Г. Тамману, кристаллизационную способность стекол определяют два параметра:
1) скорость образования центров кристаллизации (зародышей кристаллов), т. е. число центров кристаллизации, образующихся в единице объема стекла в единицу времени;
2) линейная скорость роста кристаллов в определенном направлении.
Эти параметры зависят от температуры, кривые скорости образования зародышей и скорости роста кристаллов характеризуется наличием максимумов, так как высокая вязкость при пониженных температурах препятствует перераспределению атомов и замедляет процессы диффузии, определяющие образование: зародышей и рост кристаллов.