Szkła specjalne Strukturalne warunki tworzenia się szkła Wykład 2. Ryszard J. Barczyński, Materiały edukacyjne do użytku wewnętrznego

Podobne dokumenty
Czym się różni ciecz od ciała stałego?

Opracowała: mgr inż. Ewelina Nowak

Analiza strukturalna materiałów Ćwiczenie 4

Atomy wieloelektronowe

Diagramy fazowe graficzna reprezentacja warunków równowagi

Szkła specjalne Wykład 6 Termiczne właściwości szkieł Część 1 - Wstęp i rozszerzalność termiczna

2. Właściwości krzemu. 3. Chemia węgla a chemia krzemu. 4. Związki krzemu.

Szkła specjalne Przejście szkliste i jego termodynamika Wykład 5. Ryszard J. Barczyński, 2017 Materiały edukacyjne do użytku wewnętrznego

INŻYNIERIA NOWYCH MATERIAŁÓW

WIĄZANIA. Co sprawia, że ciała stałe istnieją i są stabilne? PRZYCIĄGANIE ODPYCHANIE

Elementy teorii powierzchni metali

Szkło. T g szkła używanego w oknach katedr wynosi ok. 600 C, a czas relaksacji sięga lat. FIZYKA 3 MICHAŁ MARZANTOWICZ

Wykład V Wiązanie kowalencyjne. Półprzewodniki

Kinetyka krystalizacji szkieł tlenkowo-fluorkowych. Marta Kasprzyk Akademia Górniczo-Hutnicza im.stanisława Staszica w Krakowie

Różne typy wiązań mają ta sama przyczynę: energia powstającej stabilnej cząsteczki jest mniejsza niż sumaryczna energia tworzących ją, oddalonych

WIĄZANIA. Co sprawia, że ciała stałe istnieją i są stabilne? PRZYCIĄGANIE ODPYCHANIE

Szkła. Forma i odlewy ze szkła kwarcowego wykonane w starożytnym Egipcie (około roku 2500 p.n.e.)

Elementy teorii powierzchni metali

Wiązania chemiczne. Związek klasyfikacji ciał krystalicznych z charakterem wiązań atomowych. 5 typów wiązań

Zadanie 1. (2 pkt) Określ, na podstawie różnicy elektroujemności pierwiastków, typ wiązania w związkach: KBr i HBr.

Termodynamiczne warunki krystalizacji

Zasady obsadzania poziomów

Jon w otoczeniu dipoli cząsteczkowych rozpuszczalnika utrzymywanych siłami elektrycznymi solwatacja (hydratacja)

Model wiązania kowalencyjnego cząsteczka H 2

ZWIĄZKI KOMPLEKSOWE. dr Henryk Myszka - Uniwersytet Gdański - Wydział Chemii

Właściwości kryształów

Zasady zapisywania wzorów krzemianów

Chemia nieorganiczna. Copyright 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.

CZĄSTECZKA. Do opisu wiązań chemicznych stosuje się najczęściej jedną z dwóch metod (teorii): metoda wiązań walencyjnych (VB)

Elektrolity wykazują przewodnictwo jonowe Elektrolity ciekłe substancje rozpadające się w roztworze na jony

INŻYNIERIA MATERIAŁOWA w elektronice

Szkła specjalne Wykład 16 Przewodnictwo elektryczne Część 3 Przewodnictwo jonowe i mieszane w szkłach tlenkowych

SZKŁO LABORATORYJNE. SZKŁO LABORATORYJNE (wg składu chemicznego): Szkło sodowo - wapniowe (laboratoryjne zwykłe)

Fizyka Ciała Stałego

Technologie wytwarzania metali. Odlewanie Metalurgia proszków Otrzymywanie monokryształów Otrzymywanie materiałów superczystych Techniki próżniowe

Technologie wytwarzania metali. Odlewanie Metalurgia proszków Otrzymywanie monokryształów Otrzymywanie materiałów superczystych Techniki próżniowe

Podstawy krystalochemii pierwiastki

Sprawdzian 1. CHEMIA. Przed próbną maturą (poziom rozszerzony) Czas pracy: 90 minut Maksymalna liczba punktów: 30. Imię i nazwisko ...

Chemia nieorganiczna Zadanie Poziom: podstawowy

CZĄSTECZKA. Do opisu wiązań chemicznych stosuje się najczęściej metodę (teorię): metoda wiązań walencyjnych (VB)

WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE PLASTYCZNOŚĆ. Zmiany makroskopowe. Zmiany makroskopowe

Fizyka Ciała Stałego. Struktura krystaliczna. Struktura amorficzna

KRYSTALIZACJA METALI I STOPÓW. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Inżynieria materiałowa: wykorzystywanie praw termodynamiki a czasem... walka z termodynamiką

Orbitale typu σ i typu π

Chemia nieorganiczna. Pierwiastki. niemetale Be. 27 Co. 28 Ni. 26 Fe. 29 Cu. 45 Rh. 44 Ru. 47 Ag. 46 Pd. 78 Pt. 76 Os.

PL B1. ZACHODNIOPOMORSKI UNIWERSYTET TECHNOLOGICZNY W SZCZECINIE, Szczecin, PL BUP 06/14

Opracowała: mgr inż. Ewelina Nowak

Wiązania jonowe występują w układach złożonych z atomów skrajnie różniących się elektroujemnością.

Analiza termiczna Krzywe stygnięcia

Transport jonów: kryształy jonowe

TEORIA PASMOWA CIAŁ STAŁYCH

Analiza strukturalna materiałów Ćwiczenie 1

9.CERAMIKA, SZKŁO. Irena Zubel Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki Politechnika Wrocławska (na prawach rękopisu)

Materiały katodowe dla ogniw Li-ion wybrane zagadnienia

PODSTAWY CHEMII INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA. Wykład 2

III. METODY OTRZYMYWANIA MATERIAŁÓW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH Janusz Adamowski

Chemia klasa VII Wymagania edukacyjne na poszczególne oceny Semestr II

Transport jonów: kryształy jonowe

Technologie wytwarzania. Opracował Dr inż. Stanisław Rymkiewicz KIM WM PG

Elektrolity wykazują przewodnictwo jonowe Elektrolity ciekłe substancje rozpadające się w roztworze na jony

Wymagania edukacyjne na poszczególne roczne oceny klasyfikacyjne z przedmiotu chemia dla klasy 7 w r. szk. 2019/2020

Elektryczne własności ciał stałych

Przewodność elektryczna ciał stałych. Elektryczne własności ciał stałych Izolatory, metale i półprzewodniki

Moduł: Chemia. Fundamenty. Liczba godzin. Nr rozdziału Tytuł. Temat lekcji. Rozdział 1. Przewodnik po chemii (12 godzin)

Pasmowa teoria przewodnictwa. Anna Pietnoczka

S. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej Wiązania chemiczne w ciałach stałych. Wiązania chemiczne w ciałach stałych

Projekt Era inżyniera pewna lokata na przyszłość jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Pole elektryczne w ośrodku materialnym

26 Okresowy układ pierwiastków

Litowce i berylowce- lekcja powtórzeniowa, doświadczalna.

Defekty punktowe II. M. Danielewski

Zadania powtórkowe do egzaminu maturalnego z chemii Wiązania chemiczne, budowa cząsteczek

CZ STECZKA. Do opisu wi za chemicznych stosuje si najcz ciej jedn z dwóch metod (teorii): metoda wi za walencyjnych (VB)

DG m. a I STRUKTURALNY ASPEKT PRZEWODNICTWA JONOWEGO. Model STRUKTURALNY ASPEKT PRZEWODNICTWA JONOWEGO

Geopolimery z tufu wulkanicznego. dr hab. inż. Janusz Mikuła prof. PK mgr inż. Michał Łach

litowce -Występowanie i otrzymywanie potasu -Właściwości fizyczne i chemiczne potasu -Ważniejsze związki potasu

Wykład 9 Wprowadzenie do krystalochemii

Równowaga. równowaga metastabilna (niepełna) równowaga niestabilna (nietrwała) równowaga stabilna (pełna) brak równowagi rozpraszanie energii

Fizyka Ciała Stałego. Struktura krystaliczna. Struktura amorficzna

Krystalografia i krystalochemia Wykład 12 Struktury metaliczne. Struktury molekularne. Stan szklisty.

Ciała stałe. Ciała krystaliczne. Ciała amorficzne. Bardzo często mamy do czynienia z ciałami polikrystalicznymi, rzadko monokryształami.

Nauka o Materiałach. Wykład IX. Odkształcenie materiałów właściwości plastyczne. Jerzy Lis

Zaburzenia periodyczności sieci krystalicznej

Chemia I Semestr I (1 )

ZWIĄZKI KOMPLEKSOWE SOLE PODWÓJNE

Na rysunku przedstawiono fragment układu okresowego pierwiastków.

WyŜsza Szkoła InŜynierii Dentystycznej im. prof. Meissnera

Transport jonów: kryształy jonowe

Spis treści. Właściwości fizyczne. Wodorki berylowców. Berylowce

Kryteria oceniania z chemii kl VII

MATERIAŁOZNAWSTWO Wydział Mechaniczny, Mechatronika, sem. I. dr inż. Hanna Smoleńska

1 i 2. Struktura elektronowa atomów, tworzenie wiązań chemicznych

Nazwy pierwiastków: A +Fe 2(SO 4) 3. Wzory związków: A B D. Równania reakcji:

Wykład IX: Odkształcenie materiałów - właściwości plastyczne

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej. Mateusz Goryca

Materiały w bateriach litowych.

Absorpcja związana z defektami kryształu

Krzem, symbol chemiczny Si, tak jak i węgiel należy do IV grupy głównej układu okresowego pierwiastków. Czysty krzem (gęstość 2,33 g/cm 3

Transkrypt:

Szkła specjalne Strukturalne warunki tworzenia się szkła Wykład 2 Ryszard J. Barczyński, 2017-2018 Materiały edukacyjne do użytku wewnętrznego

Teoria poszukiwana... Nie ma jeszcze w pełni satysfakcjonującej teorii zdolnej przewidzieć jakie materiały i w jakich warunkach są zdolne do utworzenia szkła. Są jednak modele wyjaśniające podstawowe zagadnienia prowadzące do powstania szkła, na przykład... Strukturalna teoria Zachariasena Kryterium energetyczne K.H. Suna Kinetyczna teoria formowania szkła (Turnbull Cohen)

Szkła wieloskładnikowe W materiale wieloskładnikowym, takim jak na przykład szkła SiO2 Na2O pojawia się następne pytanie... W jakim zakresie składów mieszaniny dojdzie do formowania szkła (czyli na przykład ile mogę dodać Na2O do krzemionki by jeszcze powstało szkło bo czysty tlenek sodu szkła nie tworzy...)

Zakres szkłotwórczy szkła tlenkowe krzemianowo-alkaliczne SiO2 Li2O SiO2 Na2O SiO2 K2O SiO2 Rb2O SiO2 Cs2O - 0-36 mol% Li2O 0-58 mol% Na2O 0-55 mol% K2O 0-55 mol% Rb2O 0-55 mol% Cs2O Szkła zawierające więcej niż 50 mol% tlenku alkalicznego noszą nazwę invert glasses.

Zakres szkłotwórczy szkła tlenkowe krzemianowe-z tlenkami alkalicznymi i ziem alkalicznych

Zakres szkłotwórczy szkła tlenkowe fosforanowe

Zakres szkłotwórczy szkła tlenkowe tellurianowe Dosyć trudno jest uzyskać czyste szkło tetllurianowe (TeO2) bez domieszek innych tlenków.

Zakres szkłotwórczy szkła chalkogenkowe

Zakres szkłotwórczy szkła halogenkowe

Teoria Zachariasena Przed Zachariasenem uważano, że struktura szkła tworzona jest przez nanokryształy o rozmiarze ~20Å określonym z poszerzenia dyfrakcyjnych maksimów rentgenowskich. Główne problemy: Zbyt niska gęstość szkła Niepełne widmo dyfrakcyjne. Zachariasen (krystalograf) zauważył, że podobne właściwości mechaniczne szkiał i kryształów wynikają ze zbliżonych energii strukturalnych, a co za tym idzie zbliżonych jednostek strukturalnych (wielościanów kationowych). William Houlder Zachariasen

Teoria Zachariasena postulaty W oryginalnej formie została sformułowana dla szkieł tlenkowych. Bywa nazywana teorią elektrochemiczną. Prowadzi do modelu znanego jako 3-D continous random network (3-D CRN). Postulaty Siły międzyatomowe są podobne w szkle i odpowiednim krysztale. Szkło znajduje się w nieco wyższym stanie energetycznym. Wielościany koordynacyjne w szkle i krysztale są podobne. Natura wiązań międzyatomowych w szkle i krysztale jest taka sama.

Teoria Zachariasena postulaty Szkło znajduje się w tylko nieco wyższym stanie energetycznym niż odpowiedni kryształ. Sugeruje to, że obydwie formy muszą mieć tą samą formę wielościanów tlenu, podobnie połączonych, ale w szkłach długości i kąty wiązań mogą się zmieniać w pewnym zakresie. Jest to coś na kształt stanu metastabilnego w tym sensie, że dla krystalizacji szkła istnieje bariera termodynamiczna (związana z energią aktywacji wzrostu kryształów). Energia ta jest dostarczana gdy szkło zostaje rozgrzane powyżej pewnej temperatury krystalizacji.

Teoria Zachariasena zasady Każdy atom tlenu w szkle jest związany tylko z dwoma kationami tworzącymi szkło. Liczba koordynacyjna (CN) kationu tworzącego szkło jest niewielka wynosi 3 lub 4. Wielościany koordynacyjne tlenu posiadają wspólne wierzchołki, ale nie posiadają wspólnych krawędzi ani ścian. Wielościenne jednostki strukturalne tworzą trójwymiarową ciągłą sieć, w której każdy wielościan ma co najmniej 3 wierzchołki wspólne ze swoimi sąsiadami

Teoria Zachariasena Rozważmy krzemionkę Kowalencyjne wiązanie Si-O z hybrydyzacją sp3 wiązania tetraedryczne CN (Si 4+) = 4; CN (O 2-) = 2 Struktura krystaliczna wielościany dzielą między sobą cztery wierzchołki. Tworzy szkło.

Teoria Zachariasena Rozważmy MgO Jonowe wiązanie Mg-O, zbliżone promienie jonowe preferowane wiązania oktaedryczne CN (Mg 2+) = 6; CN (O 2-) = 6 Struktura krystaliczna wielościany dzielą między sobą krawędzie. Nie tworzy szkła.

Teoria Zachariasena

Teoria Zachariasena słabe punkty Dotyczy w zasadzie tylko szkieł tlenkowych Wyjątki CN > 4 (na przykład szkła fluorkowe i metaliczne) Struktury łańcuchowe (na przykład szkła metafosforanowe) Inne modele struktury szkła kwestionują CRN Na przykład model krystalitów Lebiediewa Czy model gęsto upakowanych sfer Randalla

Teoria Zachariasena mocne punkty Wyjaśnia istnienie głównych tlenków tworzących szkła SiO, GeO, B O, P O,... 2 2 2 3 2 5 Oraz modyfikatorów struktury szkła Na O, CaO,... 2 Sugeruje istnienie atomów tlenu Mostkujących (BO) Niemostkujących (NBO)

Teoria Zachariasena mocne punkty

Siła wiązania a tworzenie szkła Kryterium energetyczne K.H. Suna Podstawą modelu jest spostrzeżenie, że gdy stop jest chłodzony do stanu szkła, im silniejsze są wiązania M-O, tym trudniejsza jest reorientacja niezbędna do krystalizacji, a zatem łatwiejsze tworzenie szkła. Tlenki szkłotwórcze Energia wiązania większa od 80 kcal/mol B O, SiO, GeO, P2O5... 2 3 2 2 Tlenki pośrednie (warunkowo szkłotwórcze) Pomiędzy 60 a 80 kcal/mol TiO, ZnO, PbO... 2 Modyfikatory Poniżej 60 kcal/mol Li O, Na O, K O, MgO, CaO... 2 2 2

Siła wiązania a tworzenie szkła Kryterium energetyczne K.H. Suna

Siła wiązania a tworzenie szkła Kryterium energetyczne K.H. Suna

Siła wiązania a tworzenie szkła Kryterium energetyczne K.H. Suna

Siła wiązania a tworzenie szkła Kryterium energetyczne - modyfikacja Rawsona Rawson zauważył, że jeżeli siła wiązania M-O, ma być kryterium łatwości tworzenia szkła, to musimy jednocześnie brać pod uwagę energię termiczną dostępną w punkcie topnienia. Tworzenie szkła będzie tym łatwiejsze, im większy jest stosunek siły wiązania do temperatury topnienia (oczywiście w ok). Wyjaśnia to na przykład fakt, że praktycznie nie da się skrystalizować stopionego tlenku boru wiązania B-O są bardzo silne, a temperatura topnienia stosunkowo niska (450 oc).

Siła wiązania a tworzenie szkła Kryterium energetyczne - modyfikacja Rawsona Tworzenie szkła będzie tym łatwiejsze, im większy jest stosunek siły wiązania do temperatury topnienia (w K). Spostrzeżenie to zostało rozciągnięte na systemy wieloskładnikowe utworzenie szkła jest tym łatwiejsze, im niżej sięga linia liquidusa na diagramie fazowym.

Tworzenie szkła Składy eutektyczne Uproszczony diagram fazowy dwóch związków A i B, które mieszają się stanie ciekłym, a nie mieszają w stałym. Zawiera on głębokie minimum eutektyczne. W takich warunkach łatwo zachodzi tworzenie się szkła również w metalach i związkach organicznych.

Model siły pola Dietzela Istnieje szereg innych niż siła wiązania czynników determinujących szkłotwórczość. Małe kationy o dużym ładunku szkłotwórcze Duże kationy o małym ładunku modyfikatory Kationy o średniej wielkości i średnim ładunku warunkowo szkłotwórcze

Model siły pola Dietzela Tlenki szkłotwórcze

Model siły pola Dietzela Tlenki warunkowo szkłotwórcze

Model siły pola Dietzela Modyfikatory