Зонная теория.

Особенности строения внешних зон и характер их заполнения электронами позволяет классифицировать вещества на изолято­ры, полупроводники и проводники, а также уверенно предска­зать оптические электрические, теплофизические и магнитные свойства веществ (рис. 5.2).

Рис. 5.2. Положение верхних энергетических зон в твердых телах: а) проводники (металлы); б) полупроводники с примесной проводимостью р-, п-типа; в) диэлектрики.

У проводников электроны располагаются как в валентной зоне, так и в зоне проводимости. При взаимодействии полупроводников

с квантом энергии возможно: а) поглощение света и об­разование электрона и дырки; б) индуцированное излучение — переход электрона из валентной зоны в зону проводимости. В об­оих случаях возникает полупроводниковая проводимость. Диэлектрики отличаются высокими значениями энергетического барьера (шириной запрещенной зоны), свободной от электро­нов.

Качественная характеристика свойств различных веществ в зависимости от особенностей их зонного строения дана в табл. 5.2.

Оксидные стекла - диэлектрики. Отличаются высокими значениями энергетического барьера (шириной запрещенной зоны) между валентной зоной и зоной проводимости, свобод­ной от электронов. Тепловая энергия, а также энергия излучения в оптическом диапазоне длин волн оказываются недостаточными для возбуждения перехода электронов из валентной зоны в зону проводимости. Этим обстоятельством объясняется высокая прозрачность, высокие электроизоляционные свойства, низкая теплопроводность оксидных стекол.

14. Свойства расплавов стекол.

14. Кристаллизационная способность.

Возможность кристаллизации расплава или, наоборот спо­собность его к образованию стекловидного состояния зависит от состава расплава, его свойств и условий охлаждения.

Кристаллизация — это процесс, в ходе которого создается упорядоченная решетка кристалла из менее упорядоченной структу­ры жидкости (расплава).

В технологии стекла кристаллизация — это нежелательный процесс, приводящий к браку стекла(т.к. стекло застывает не в виде гомогенного стекла, а в виде неравномерных отличающихся по размеру кристаллов)— заруханию стекла. Его ста­раются всячески избежать.

Механизм кристаллизации стекол включает две стадии: обра­зование центров кристаллизации (зародыша) и рост кристаллов на них.

Рис. 5.3. Зависимость скорости образования центров кристаллизации (СОЦК), линейной скорости роста кристаллов (ЛСРК) и вязкости стекломассы n от температуры

По Тамману, способность жидкости к стеклованию в области переохлаждения зависит от:

1. скорости образования центров кристаллизации (СОЦК);

2. линейной скорости роста кристаллов (ЛСРК);

3. вязкости (n)

Из приведенного графика (рис. 5.3) следует, что:

1) расплавы тем меньше склонны к кристаллизации, чем мень­ше ЛСРК и СОЦК и чем дальше расположены их максимумы;

2) вещество тем легче переходит в стеклообразное состояние, чем больше его вязкость и чем быстрее она увеличивается с паде­нием температуры, что убедительно подтверждается твердением различных жидкостей, расплавов (табл. 5.3);

3) для получения вещества в стеклообразном состоянии необ­ходимо проводить охлаждение с достаточно высокой скоростью, чтобы быстро миновать температуру оптимума кристаллизации.

Зависимость характера твердения жидкости от вязкости

Критическая скорость охлаждения представляет собой количественную характеристику склонности данного вещества к стеклообразованию. Обычно стеклообразующими веществами называют вещества, у которых критические скорости охлаждения оказываются меньше 1 К/с. Для веществ с высокой склонностью к стеклообразованию критические скорости составляют 10(-1) ...10(-2) К/с, а среди оксидных индивидуальных веществ есть такие, критическая скорость охлаждения которых составляет 10(3) ...10(6) К/с. Например, космонавтами Кизимом, Соловьевым и Атьковым был получен в условиях космоса металлический сплав в стек­ловидном состоянии при его охлаждении со скоростью 10⁶ К/с. В на­стоящее время уже существуют в промышленных условиях установки Урал — 1, 2 и 3 по получению металлических стекол со специальными, значительно улучшенными свойствами на Ачинском металлургическом заводе Челябинской области.