一般析晶多發(fā)生在黏度為103~105Pa·s對(duì)應(yīng)的溫度范圍內(nèi)。玻璃的雜質(zhì)含量、OH含量、表面狀態(tài)、使用氣氛和加熱的燃料等是造成玻璃析晶(使玻璃轉(zhuǎn)變成方石英)的主要原因。析晶是一個(gè)以雜質(zhì)或不完善的表面為中心并不斷蔓延的核化過程。原料中含水或者結(jié)構(gòu)水(Si-OH)時(shí),OH在高溫下以蒸汽的形式揮發(fā)出來,破壞玻璃結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò),暴露出新表面,也會(huì)加速析晶。
析晶過程包括晶化形成和晶體生長(zhǎng)兩個(gè)階段。通過均勻成核或者非均勻成核兩種過程形成晶化后,熔體中原子在適當(dāng)?shù)倪^冷度和過飽和度條件下,向界面遷移,進(jìn)入晶體生長(zhǎng)階段。當(dāng)生長(zhǎng)過程離開平衡態(tài)很小時(shí),生長(zhǎng)速度隨時(shí)冷度增大而增大;當(dāng)遠(yuǎn)離平衡時(shí),生長(zhǎng)速度隨原子擴(kuò)散速度增大而增大。
析晶過程主要受到過冷度、黏度、雜質(zhì)、界面能等因素的影響。過冷度大,析晶驅(qū)動(dòng)力大,但過冷度過大時(shí),黏度變大,阻礙質(zhì)點(diǎn)擴(kuò)散,因此成核和生長(zhǎng)所對(duì)應(yīng)的最佳過冷度不同,對(duì)于玻璃來說,成核對(duì)應(yīng)的過冷度要大于生長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的過冷度,這樣就會(huì)限制析晶發(fā)生。下圖為過冷度與晶核形成速率I和成大速達(dá)u的關(guān)系。
對(duì)于大多數(shù)硅酸鹽熔體和玻璃來說,成核曲線位于低溫區(qū),生長(zhǎng)曲線位于高溫區(qū),當(dāng)熔體溫度下降時(shí),首先經(jīng)過高溫區(qū)ac,這時(shí)沒有核,所以不會(huì)析晶;然后經(jīng)過交叉區(qū)cb,既有晶核有能生長(zhǎng),但是速度很低,析晶緩慢,只要冷卻速度足夠快,即可安全越過交叉區(qū),不析晶或者少析晶;最后來到低溫區(qū)bd,雖然生成的晶核喝多,但是沒有生長(zhǎng)條件,因此也不會(huì)析晶。如果再次加熱熔體冷凝成的玻璃,使之溫度達(dá)到晶體生長(zhǎng)范圍,那么在冷卻過程中生成的晶化獲得生長(zhǎng)條件,析晶的可能性大大增加。
析晶也分為失控型析晶和受控型析晶兩大類。對(duì)玻璃來說,失控型析晶是一種缺陷,使力學(xué)性能、光學(xué)性質(zhì)、熱穩(wěn)定性變差;但是受控型析晶則是通過誘導(dǎo)成核控制晶體生長(zhǎng),獲得微晶玻璃的方法。
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