Стеклообразное состояние

СТЕКЛООБРАЗНОЕ СОСТОЯНИЕ, твердое аморфное состояние в-ва, получающееся в результате глубокого переохлаждения жидкости. Стеклообразное состояние неравновесное, однако в-во в этом состоянии может существовать длит. время. При глубоком переохлаждении жидкости неограниченно снижается подвижность составляющих ее частиц (атомов, молекул) и происходит "замораживание" структуры ближнего порядка жидкости. Стеклообразные в-ва в отличие от жидкостей сохраняют свою форму и не способны к необратимой деформации под действием внеш. сил.

При охлаждении жидкости подвижность составляющих ее частиц снижается постепенно, что проявляется в постепенном росте вязкости жидкости. Интервал т-р, в к-ром происходит переход из жидкого состояния в стеклообразное состояние, наз. интервалом стеклования. Т-ры верхней и нижней границ интервала стеклования зависят от скорости охлаждения жидкости-они тем выше, чем больше эта скорость. При скорости охлаждения 3 К/мин эти т-ры близки т-рам, при к-рых h жидкости равна соотв. 10¹⁰ и 10¹⁴ Па·с.

Т. к. верхняя т-ра интервала стеклования обычно намного ниже т-ры ликвидуса (см. Диаграмма состояния), в стеклообразное состояние могут переходить только в-ва, склонные к переохлаждению, т.е. способные пройти при охлаждении подликвидусную область т-р без появления признаков кристаллизации. В виду "замороженности" структуры в-во, перешедшее в стеклообразное состояние и находящееся при т-ре, существенно более низкой, чем т-ра ниж. границы интервала стеклования, к кристаллизации не способно. Чем быстрее проводится охлаждение, тем больше вероятность, что данная жидкость будет получена в стеклообразном состоянии. Миним. скорость охлаждения жидкости, к-рая еще обеспечивает получение стеклообразного состояния, наз. критич. скоростью охлаждения.

. Переход из жидкого в стеклообразное состояние и обратно сопровождается изменением температурных коэф. всех св-в в-ва. При этом всегда наблюдается характерная петля гистерезиса (см. рис.). По пересечению экстраполир. участков температурных зависимостей св-ва, полученных для жидкого и стеклообразного состояний, определяется характеристич. т-ра интервала стеклования, наз. т-рой стеклования Т_g. Нередко т-рой стеклования называют т-ру, определенную по кривой нагревания, - на рис. Т'_g. Обычно Т'_g превышает Т_g на 10-15 К.

Общий характер температурной зависимости уд. объема V в-ва в интервале стеклования. Стрелки показывают на правление изменения т-ры.

Среди неорг. в-в высокую склонность к стеклообразова-нию проявляют SiO₂, В₂О₃, GeO,, BeF₂, мышьяка халько-гениды и др. Легко переводятся в стеклообразное состояние расплавы разнообразных смесей оксидов в случаях, когда в этих смесях значительно содержание перечисленных выше оксидов, а также Р₂О₅. Высока склонность к стеклообразованшо у разл. жидких смесей галогенидов и халькогенидов, а также орг. соединений (см. Стеклообразное состояние полимеров). При скоростях охлаждения 10⁵-10⁷ К м. б. переведены в стеклообразное состояние даже мн. металлич. сплавы (металлич. стекла, аморфные металлы).

В-ва в стеклообразном состоянии-стекла-отличаются от в-в в кристаллич. состоянии рядом характерных особенностей, в частности изотропностью, постепенностью затвердевания и размягчения. Мн. стекла характеризуются высокой прозрачностью в видимой части спектра. Эти и многие др. специфич. особенности стекол и материалов на их основе определяют их разнообразное применение в стр-ве, быту, электротехнике, электронике, хим. лабораториях и хим. пром-сти, оптике, линиях связи и др. См., напр., Ситаллы, Стекло неорганическое, Стеклопластики, Стеклянное волокно.

Иногда понятие стеклообразного состояния распространяют на все твердые аморфные тела. Б. ч., однако, в-вами в стеклообразном состоянии считаются лишь те твердые аморфные в-ва, структура к-рых подобна структуре соответствующей жидкости. Так, к в-вам в стеклообразном состоянии принадлежат в-ва, полученные по золь-гель технологии. В то же время твердые аморфные тела, полученные конденсацией в-ва из паровой фазы, электролитич. осаждением и т.д., не находятся в стеклообразном состоянии. Нек-рые из них можно, однако, перевести в стеклообразное состояние путем нагрева до т-р, превышающих интервал стеклования, с послед. охлаждением.

Лит.: Аппен А. А., Химия стекла, 2 изд., Л., 1974; Шульц М. М., Мазурин О. В., Современные представления о строении стекол и их свойствах, Л., 1988. О. В. Мазурин.