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析晶,是當物體在處於非平衡態時,會析出另外的相,該相以晶體的形式被析出。這種現象廣泛存在於自然界中。比如說過飽和溶液析出的溶質晶體,某些摻雜金屬熱處理中析出的小顆粒。晶,特指玻璃材質,如水晶,水晶玻璃等。
析晶過程一般有兩個過程:晶核的形成與晶體的生長。玻璃析晶的基本概念 在玻璃生產過程中,玻璃析晶是必須防止的。所謂玻璃析晶就是從玻璃體中析出了晶體,玻璃體中出現的晶體,是玻璃體的一種缺陷,在玻璃生長過程中時不允許發生的。玻璃在高溫下熔成之後,將其從液相以上的高溫迅速冷卻到室溫,除玻璃必須具有的特殊性質以外,玻璃一般不會發生結晶化。如果對玻璃熔體的冷卻速度控制,讓溫度逐步下降,當溫度下降到一定的溫度範圍時,這時玻璃就會產生析晶,這個溫度範圍通常指在液相線溫度以下到玻璃成為固體時的溫度以上,在此溫度範圍內,從玻璃態中出現結晶相,必須具備兩個條件,即晶核的形成和晶核的生長。玻璃在不同溫度下,晶核形成速度和結晶的增長速度是各不相同的。必須在兩者都有較大速度的溫度下,結晶才容易出現,也就是說最易發生析晶現象。所謂的玻璃晶核形成速度是指在單位時間內玻璃熔體中增加的新晶核的數量,所謂晶核生長速度,是指在單位時間內晶體的線生長數量,晶體生長速度通常以每分鐘生產的微米數來表示。
由此可知,玻璃熔體的溫度在液相線以上的高溫時,玻璃熔體的晶核形成速度和晶核的生長速度都等於零,再此溫度下無析晶情況發生。當溫度逐漸下降到每種化學組成所固有的一定溫度時,在玻璃熔體中首先析出極小晶核,一般把這時的溫度成為玻璃析晶上限溫度;在該溫度下,隨著溫度的繼續下降,在單位時間內新晶核的形成數量不斷增加,一直到最大值時的溫度;從這一溫度起,由於熔體黏度增大,新晶核的形成數量漸漸不斷減小,當溫度更低時,由於玻璃熔體的黏度已很大,物質的原子已失去相互移動的能力,故不會再形成新的晶核。同時,晶核的生長在析晶上限附近,生產速度很慢,但隨著溫度繼續降低,晶核生長速度不斷增大。而在某一溫度時,晶核生產速度達到最大值,然後當溫度下降到更低時,生長速度變慢直到晶體停止生長,一般把晶體停止生長的溫度成為析晶下限溫度。所以說,從玻璃熔體中析出晶體只能在一定的溫度範圍內發生,這就是所謂的析晶上限溫度和析晶下限溫度。在析晶溫度範圍內,玻璃析晶最為嚴重的區域是發生在晶核形成速度最大和晶核生長速度最大處,此時對玻璃結晶來說是最適宜的溫度區域。當玻璃熔體在析晶溫度範圍內,如果有足夠的停留時間,玻璃遲早都會發生析晶現象。
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