4.3 无机熔体与玻璃(4)

    4.3.4 玻璃的通性

    玻璃具有以下四大通性。
    1. 各向同性
    均质玻璃体各个方向的性质，如折射率、硬度、弹性模量、热膨胀系数等都是相同的，玻璃的各向同性是其内部质点无序排列而呈现统计均质结构的外在表现。如果玻璃中存在应力或者非均质玻璃，则可显示出各向异性。
    2. 介稳性
    玻璃的介稳性是指玻璃具有析晶不稳定性与析晶困难相对稳定性的统一。当熔体冷却成玻璃时，并不是处于最低的能量状态，它与最稳定的晶态之间还存在一定的过剩能量Δu，从热力学来分析，它必然有向低能量转化的趋势，即存在析晶的可能性。如果Δu越小，则玻璃越稳定。虽然玻璃内能高于晶体，然而，由于常温下玻璃的粘度很大，从动力学观点看，由玻璃态转变为晶态的速率很低，因而能较长时间在低温下保留高温时的结构而不变化，这种特性就称为介稳性。图4-16示意了熔体析晶及转变为玻璃的内能变化情况。

    3. 熔融态转变为玻璃态是渐变的、可逆的，在一定温度范围内完成，无固定熔点。
    图4-17表示了熔体转变为玻璃的路程，由于熔体在高温进行快速冷却，当温度降至熔点时，将很快越过熔点而不析晶，其内能基本上以相同的速率下降。当温度达到T_g温度时，熔体开始固化，内能曲线出现缓慢连续转折。T_g被称为玻璃转变温度（或脆性温度）。继续冷却时，内能与体积继续以较小速率降低。当玻璃组成不变时，此转折与冷却速度有关，也就是说，T_g是一个与动力学冷却速度有关的参数，处于一定的范围内。低于此温度范围时，体系呈现固体的行为，称为玻璃；高于此温度范围时，体系是熔体。因此玻璃没有固定的熔点，只有熔体←→玻璃体之间的可逆的转变温度范围。各种玻璃的转变范围取决于其组成，如石英玻璃为1150°C左右，而钠硅酸盐玻璃在500~550°C左右，相差可达几百度。但不论何种玻璃，T_g温度所对应的粘度均为h = 10¹¹~10¹² Pa．s左右。玻璃形成温度T_g是区分玻璃与其他非晶态固体（如硅胶、树脂等）的重要特征。一些非传统玻璃往往不存在这种可逆性。它们不像传统玻璃那样析晶温度TM高于转变温度T_g，而是T_g>T_M。虽然它们在结构上属于玻璃态，但在宏观特性上与传统玻璃存在一定的差别，习惯上故而称这类物质为无定形物。
    当对玻璃加热到某温度时，便会逐渐出现软化，可以进行吹制、拉制成型玻璃制品，玻璃开始呈现液体状态典型特性，这个温度称为玻璃软化温度T_f，它也是一个温度范围，对应于h = 10⁸ Pa．s。
     T_g~T_f的温度范围称为反常间距或转变范围，在此温度范围内，玻璃许多性质发生急变。这是玻璃特有的过渡温度范围。