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装建筑材常识 2009年10月15日

   套内建筑面积

  成套房屋的套内建筑面积由套内屋宇使用面积,套内墙体面积,套内阳台建筑面积三部分组成。

    1、 套内的使用面积 (gb/t 17986.1-2000 b1.2):

    套内房屋使用面积为套内房屋使用空间的面积,以程度投影面积按以下规定计算:

    a.套内房屋使用面积为套内卧室、起居室、过厅、过道、厨房、卫生间、厕所、蕴藏室、壁橱等空间面积的总和。

    b.套内内部楼梯按自然层数的面积总和计入使用面积。

    c.不包含含在结构面积内的套内内部烟囱、透风道、管道井均计入使用面积。

    d.内墙面装饰厚度计入使用面积。

    2、 套内墙体面积 (gb/t 17986.1-2000 b1.3):

    套内墙体面积是套内使用空间四周的维护或承重墙体或其他承重支持体所占的面积,其中各套之间的分隔墙和套与公共建筑空间的分隔以及外墙(包括山墙)等共有墙,均按水平投影面积的一半计入套内墙体面积。套内自由墙体按水平投影面积全部计入套内墙体面积。

    3、 套内阳台建筑面积 (gb/t 17986.1-2000 b1.4):

    套内阳台建筑面积均按阳台外围与房屋外墙之间的水平投影面积计算。其中封闭的阳台按水平投影全部计算建筑面积,未关闭的阳台按水平投影的一半计算建筑面积。

  填缝剂

  彩色砖石填缝剂是一种单组份水泥基聚合物改性干混合砂浆。逞粉状,一般国内销售是用小包安装。虽然在国外面市较早,但在国内还是一样新玩意。它具有速决、防水、耐压等特点,是一般填缝材料白水泥的替代品,用

文章目录

1. 玻璃简介(glass/vitreous solid)1.1 玻璃微观结构1.1.1 无定形固体(amorphous solid)1.1.2 玻璃微观结构

1.2 主要类型1.2.1 硅酸盐(silicate)1.2.1.1 碱石灰(soda-lime)1.2.1.2 硼硅酸盐(borosilicate)1.2.1.3 铅1.2.1.4 铝硅酸盐(aluminosilicate)1.2.1.5 其他氧化物添加剂1.2.1.6 玻璃陶瓷/微晶玻璃(glass-ceramics)1.2.1.6.1 历史1.2.1.6.2 成核和晶体生长1.2.1.6.3 las system1.2.1.6.4 陶瓷基复合材料(ceramic matrix composites)1.2.1.6.5 行业和材料变种

1.2.1.7 玻璃纤维

1.2.2 非硅酸盐(non-silicate)1.2.2.1 非晶金属(无定形金属,amorphous metals)1.2.2.2 聚合物(polymers)

1.2.3 分子液体和熔盐(molecular liquids and molten salts)

1.3 玻璃的粘性1.4 玻璃的机械强度1.4.1 玻璃纤维(glass fiber)强度1.4.2 纤维玻璃(fiberglass)强度1.4.3 硬度

2. 玻璃转变(glass transition)2.1 介绍2.2 退火(annealing)2.3 转变温度

t

g

t_{\mathrm{g}}

tg?2.4 kauzmann 悖论(kauzmann's paradox)2.5 在特定材料中2.5.1 二氧化硅(silica),

s

i

o

2

\mathrm{sio_{2}}

sio2?2.5.2 聚合物

2.6 玻璃化力学(mechanics of vitrification)2.6.1 电子结构

3. 过度冷却(supercooling)3.1 解释3.2 组分过冷(constitutional supercooling)3.3 在动物中3.4 在植物中3.5 在海水中3.6 应用

4. gardner transition5. 相关最新进展5.1 玻璃态分形5.2 发现素数

1. 玻璃简介(glass/vitreous solid)

玻璃是一种非结晶的,通常是透明的非晶态固体,它有广泛的实用,技术和装饰用途,例如,在窗玻璃,餐具和光学。玻璃通常是通过熔融形式的快速冷却(淬火)而形成的;有些玻璃如火山玻璃是自然形成的。最熟悉的,也是历史上最古老的人造玻璃类型是“硅酸盐玻璃”,这种玻璃基于化合物二氧化硅(二氧化硅或石英),是沙子的主要成分。钠钙玻璃含有约

70

?

%

70\ \%

70?% 的二氧化硅,约占人造玻璃的

90

?

%

90\ \%

90?%。尽管无硅玻璃在现代通信技术中通常具有理想的应用性能,但在流行用法中,玻璃这个术语通常只用于指这种类型的材料。有些物品,如水杯和眼镜,是如此普遍地由硅基玻璃制成,以至于它们被简单地称为材料的名称。虽然硅酸盐玻璃很脆,但如果不受破坏,它可以保持很长一段时间,早期玻璃制造文化中就有许多玻璃碎片的例子。考古证据表明,玻璃制造至少可以追溯到公元前 3600 年的美索不达米亚、埃及或叙利亚。已知最早的玻璃物体是珠子,可能是在金属加工或生产彩陶时偶然产生的。由于玻璃易于成型成任何形状,传统上玻璃被用于容器,如碗、花瓶、瓶子、罐子和饮水杯。在其最坚固的形式,它也被用于镇纸和大理石。玻璃可以通过添加金属盐着色,也可以像彩釉玻璃一样进行彩绘和印刷。玻璃的折射、反射和透射特性使玻璃适合制造光学透镜、棱镜和光电材料。挤压玻璃纤维应用于通信网络中的光纤,当与玻璃棉缠绕时作为隔热材料以阻挡空气,或在玻璃纤维增强塑料(玻璃纤维)中。

1.1 玻璃微观结构

1.1.1 无定形固体(amorphous solid)

在凝聚态物理和材料科学中,无定形固体(amorphous solid,或非结晶固体(non-crystalline solid)、玻璃状固体(glassy solid))是一种缺乏晶体特征的长程有序的固体。

该术语来自希腊语 a(“without”)和 morphé(“shape、form”)。在一些较早的文章和书籍中,该术语与玻璃同义。今天,“玻璃状固体(glassy solid)”或“无定形固体(amorphous solid)”被认为是首要概念。聚合物通常是无定形的。

无定形材料的内部结构包括相互连接的结构块,这些结构块可以类似于在同一化合物的相应结晶相中发现的基本结构单元。一种材料是液体还是固体,主要取决于其结构块之间的联结度;固体的特点是比流体具有更高程度的联结度。

1.1.2 玻璃微观结构

玻璃(或玻璃固体(vitreous solid))的标准定义是通过快速熔融淬火形成的固体。然而,术语“玻璃”通常被定义在更广泛的意义上,用来描述任何非晶(非晶)固体,当加热到液体状态时显示玻璃转变。

图 显微镜下的玻璃

玻璃是一种无定形固体(amorphous solid)。尽管玻璃的原子级结构具有过冷液体结构的特征,但玻璃表现出固体的所有机械性能。与其他无定形固体一样,玻璃的原子结构缺乏在结晶固体中观察到的长程周期性。由于化学键的限制,玻璃在局部原子多面体方面确实具有高度的短程有序性。经验研究或理论分析不支持玻璃在较长时间内流动到可观程度的概念。室温玻璃流动的实验室测量确实显示出与材料粘度一致的运动,其粘度约为

1

0

17

1

0

18

p

a

?

s

10^{17}–10^{18} \mathrm{pa\ s}

1017–1018pa?s。

图 玻璃边缘和表面破碎

有时发现旧窗户底部比顶部厚的观察结果通常作为玻璃在几个世纪的时间尺度内流动的观点的支持证据,假设玻璃表现出流动的液体特性一种形状到另一种形状。这个假设是不正确的,因为一旦凝固,玻璃就会停止流动。在旧玻璃上观察到的凹陷和波纹在制造之日就已经存在;过去使用的制造工艺生产的板材表面不完美,厚度不均匀。(今天使用的近乎完美的浮法玻璃直到 1960 年代才开始普及。)

中世纪窗户中的玻璃流动速率是在 2017 年计算的。发现玻璃在室温下比预期的粘性低 16 个数量级(

1

0

16

10^{16}

1016 倍)(因此更自由流动)——比之前的估计低 16 个数量级基于钠钙硅酸盐玻璃。据估计,流速不会超过每十亿年 1 纳米。

对于熔体淬火,如果冷却足够快(相对于特征结晶时间(characteristic crystallization time)),则结晶被阻止,相反,过冷液体的无序原子构型在

t

g

t_{g}

tg? 下冻结成固态。材料在淬火时形成玻璃的趋势称为玻璃形成能力(glass-forming ability)。这种能力可以通过刚性理论来预测。通常,相对于晶体形式而言,玻璃在结构上处于亚稳态,尽管在某些情况下,例如在无规聚合物(atactic polymers)中,不存在无定形相的结晶类似物。

玻璃有时被认为是液体,因为它缺乏一级相变,其中某些热力学变量(如体积、熵和焓)在玻璃化转变范围内是不连续的。玻璃化转变可以描述为类似于二阶相变,其中强度的热力学变量(例如热膨胀率和热容量)是不连续的,但这是不正确的。相变的平衡理论不适用于玻璃,因此玻璃化转变不能被归类为固体中的经典平衡相变之一。此外,它没有描述在差示扫描量热法(differential scanning calorimetry)中发现的

t

g

t_{g}

tg? 对加热速率的温度依赖性。

1.2 主要类型

1.2.1 硅酸盐(silicate)

二氧化硅(

s

i

o

2

\mathrm{sio_{2}}

sio2?)是玻璃的常见基本成分。熔融石英(fused quartz)是一种由化学纯二氧化硅制成的玻璃,由无定形(非结晶)形式的几乎纯二氧化硅(二氧化硅,

s

i

o

2

\mathrm{sio_{2}}

sio2?)组成。这不同于所有其他商业玻璃,后者添加了其他成分,这些成分会改变玻璃的光学和物理特性,例如降低熔体温度。因此,熔融石英具有较高的工作和熔化温度,使其不太适合大多数常见应用。注意处于玻璃态的熔融石英与结晶石英相比具有完全不同的物理性质。例如,由于其物理特性,它在半导体制造和实验室设备中具有特殊用途。

与其他普通玻璃相比,纯二氧化硅的透光性很好地延伸到紫外线和红外线波长,因此用于制造这些波长的透镜和其他光学器件。取决于制造工艺,杂质会限制光传输,导致商业级熔融石英优化用于红外线或紫外线(通常称为熔融石英)。熔融石英的低热膨胀系数使其成为精密镜基板的有用材料。

它不仅具有极低的热膨胀和出色的抗热冲击性,能够在赤热时浸入水中,耐高温(

1000

?

1500

?

°

c

1000-1500\ \degree \mathrm{c}

1000?1500?°c)和化学风化,并且非常坚硬。与普通玻璃相比,它对更宽的光谱范围也是透明的,从可见光进一步扩展到紫外和红外范围,有时在需要对这些波长透明的地方使用。熔融石英用于高温应用,如炉管、照明管、熔炼坩埚等然而,它的高熔点(

1723

?

°

c

1723\ \degree \mathrm{c}

1723?°c)和粘度使其难以使用。因此,通常会添加其他物质(助熔剂)以降低熔化温度并简化玻璃加工。

1.2.1.1 碱石灰(soda-lime)

碳酸钠(

n

a

2

c

o

3

\mathrm{na_{2}co_{3}}

na2?co3?,“soda”)是一种常见的添加剂,用于降低玻璃化转变温度。然而,硅酸钠是水溶性的,所以石灰(

c

a

o

\mathrm{cao}

cao,氧化钙,通常从石灰石中获得)、一些氧化镁(

m

g

o

\mathrm{mgo}

mgo)和氧化铝(

a

l

2

o

3

\mathrm{al_{2}o_{3}}

al2?o3?)是其他常见的添加成分,以提高化学耐久性。钠钙玻璃(

n

a

2

o

\mathrm{na_{2}o}

na2?o) 石灰(

c

a

o

\mathrm{cao}

cao) 氧化镁(

m

g

o

\mathrm{mgo}

mgo) 氧化铝 (

a

l

2

o

3

\mathrm{al_{2}o_{3}}

al2?o3?)占制造玻璃的

75

?

%

75\ \%

75?% 以上,按重量计含有约

70

?

%

70\ \%

70?% 至

74

?

%

74\ \%

74?% 的二氧化硅。钠钙硅酸盐玻璃是透明的,容易成型,最适用于窗玻璃和餐具。然而,它具有高热膨胀和耐热性差。钠钙玻璃通常用于窗户、瓶子、灯泡和罐子。

1.2.1.2 硼硅酸盐(borosilicate)

图 pyrex 硼硅酸盐玻璃量杯

硼硅酸盐玻璃(例如 pyrex、duran)通常含有

5

?

13

?

%

5-13\ \%

5?13?% 三氧化硼(

b

2

o

3

\mathrm{b_{2}o_{3}}

b2?o3?)。硼硅酸盐玻璃具有相当低的热膨胀系数(7740 pyrex cte 为

3.25

×

1

0

?

6

?

/

°

c

3.25×10^{-6}\ /\mathrm{\degree c}

3.25×10?6?/°c,而典型的钠钙玻璃约为

9

×

1

0

?

6

?

/

°

c

9×10^{-6}\ /\mathrm{\degree c}

9×10?6?/°c)。因此,它们较少受到由热膨胀引起的应力,因此较不易因热冲击而开裂。它们通常用于例如实验室器具、家用炊具和密封光束汽车前照灯。

1.2.1.3 铅

在硅酸盐玻璃中添加氧化铅 (ii) 会降低熔体的熔点和粘度。铅玻璃的高密度(二氧化硅 氧化铅(

p

b

o

\mathrm{pbo}

pbo) 氧化钾(

k

2

o

\mathrm{k_{2}o}

k2?o) 苏打(

n

a

2

o

\mathrm{na_{2}o}

na2?o 氧化锌(

z

n

o

\mathrm{zno}

zno) 氧化铝)导致电子密度高,因此折射率高,使外观玻璃器皿更加明亮,并导致明显更多的镜面反射和增加的光学色散。铅玻璃具有很高的弹性,使玻璃器皿更易加工,敲击时会发出清晰的“响”声。然而,铅玻璃不能很好地承受高温。氧化铅还有助于其他金属氧化物的溶解,并用于有色玻璃。铅玻璃熔体的粘度下降非常显着(约为钠玻璃的100倍);这可以更容易地去除气泡并在较低温度下工作,因此它经常用作玻璃搪瓷和玻璃焊料的添加剂。

p

b

2

\mathrm{pb^{2 }}

pb2 离子的高离子半径使其高度固定并阻碍其他离子的运动;因此,铅玻璃具有高电阻,比钠钙玻璃高约两个数量级(

1

0

8.5

?vs?

1

0

6.5

?

ω

?

c

m

10^{8.5}\ \text{vs}\ 10^{6.5}\ \mathrm{\omega\cdot cm}

108.5?vs?106.5?ω?cm,

250

?

°

c

250\ \degree\mathrm{c}

250?°c 时的直流)。

1.2.1.4 铝硅酸盐(aluminosilicate)

铝硅酸盐玻璃通常含有

5

?

10

?

%

5-10\ \%

5?10?% 的氧化铝(

a

l

2

o

3

\mathrm{al_{2}o_{3}}

al2?o3?)。与硼硅酸盐组合物相比,铝硅酸盐玻璃往往更难熔化和成型,但具有出色的耐热性和耐久性。铝硅酸盐玻璃广泛用于玻璃纤维,用于制造玻璃增强塑料(船、钓鱼竿等)、炉顶炊具和卤素灯泡玻璃。

1.2.1.5 其他氧化物添加剂

添加钡也增加了折射率。氧化钍使玻璃具有高折射率和低色散,以前用于生产高质量镜片,但由于其放射性已在现代眼镜中被氧化镧取代。铁可以加入玻璃以吸收红外辐射,例如用于电影放映机的吸热滤光片,而氧化铈 (iv) 可用于吸收紫外线波长的玻璃。氟降低了玻璃的介电常数。氟具有高电负性并降低材料的极化率。氟硅酸盐玻璃在集成电路制造中用作绝缘体。

1.2.1.6 玻璃陶瓷/微晶玻璃(glass-ceramics)

玻璃陶瓷(glass-ceramics)材料包含非晶态玻璃和晶态陶瓷相。它们是通过热处理控制基础玻璃的成核和部分结晶而形成的。结晶晶粒通常嵌入晶界的非晶晶间相中。与金属或有机聚合物相比,玻璃陶瓷具有优越的热、化学、生物和介电性能。

玻璃陶瓷最重要的商业特性是它们不受热冲击的影响。因此,微晶玻璃对于台面烹饪和工业过程非常有用。结晶陶瓷相的负热膨胀系数(cte)可以与玻璃相的正 cte 平衡。在某一点(约

70

?

%

70\ \%

70?% 结晶),玻璃陶瓷的净 cte 接近于零。这种类型的微晶玻璃具有优异的机械性能,可以承受高达

1000

?

°

c

1000\ \degree\mathrm{c}

1000?°c 的重复和快速温度变化。

微晶玻璃是通过控制基础玻璃结晶而生产的多晶材料,在整个块状材料中产生精细均匀的晶体分散。结晶是通过对合适的玻璃进行仔细调节的热处理计划来完成的,从而导致晶相的成核和生长。在许多情况下,结晶过程可以进行到接近完成,但在一小部分过程中,残留的玻璃相通常仍然存在。玻璃陶瓷材料与玻璃和陶瓷有许多??共同的特性。玻璃陶瓷具有无定形相和一个或多个结晶相,并通过所谓的“受控结晶”生产,这与玻璃制造中通常不需要的自发结晶形成对比。微晶玻璃既具有玻璃的制造优势,又具有陶瓷的特殊性能。当用于密封时,一些微晶玻璃不需要钎焊,但可以承受高达

700

?

°

c

700\ \degree\mathrm{c}

700?°c 的钎焊温度。微晶玻璃的结晶度通常在

30

?

%

[

m

/

m

]

30\ \% \mathrm{[m/m]}

30?%[m/m] 和

90

?

%

[

m

/

m

]

90\ \% \mathrm{[m/m]}

90?%[m/m] 之间,并产生一系列具有有趣特性的材料,例如零孔隙率、高强度、韧性、半透明或不透明、色素沉着、乳光、低或甚至负热膨胀、高温稳定性、荧光性、机械加工性、铁磁性、可吸收性或高化学耐久性、生物相容性、生物活性、离子传导性、超导性、隔离能力、低介电常数和损耗、耐腐蚀、高电阻率和断裂下电压。这些特性可以通过控制基础玻璃组成和通过控制基础玻璃的热处理/结晶来调整。在制造过程中,玻璃陶瓷因其具有陶瓷的强度和玻璃的气密性而受到重视。

微晶玻璃的生产主要分为两个步骤:首先,通过玻璃制造工艺形成玻璃,然后将玻璃冷却。其次,玻璃经过受控的热处理计划。在该热处理中,玻璃部分结晶。在大多数情况下,成核剂被添加到玻璃陶瓷的基础组合物中。这些成核剂有助于和控制结晶过程。因为通常没有压制和烧结,微晶玻璃与烧结陶瓷不同,没有气孔。

存在多种微晶玻璃体系,例如

l

i

2

o

×

a

l

2

o

3

×

n

s

i

o

2

\mathrm{li_{2}o \times al_{2}o_{3} \times \mathnormal{n}sio_{2}}

li2?o×al2?o3?×nsio2? 体系(las 体系)、

m

g

o

×

a

l

2

o

3

×

n

s

i

o

2

\mathrm{mgo × al_{2}o_{3} × \mathnormal{n}sio_{2}}

mgo×al2?o3?×nsio2? 体系(mas 体系)、

z

n

o

×

a

l

2

o

3

×

n

s

i

o

2

\mathrm{zno × al_{2}o_{3} × \mathnormal{n}sio_{2}}

zno×al2?o3?×nsio2? 体系(zas 体系)。

1.2.1.6.1 历史

法国化学家 réaumur 早期尝试用玻璃生产多晶材料,证明如果将玻璃瓶装进沙子和石膏的混合物中,并经受几天的红热,玻璃瓶就会变得不透明,像瓷器一样。尽管 réaumur 成功地将玻璃转化为多晶材料,但未能成功控制结晶过程,这是生产具有上述改进性能的真正实用玻璃陶瓷的关键步骤。

玻璃陶瓷的发现归功于一位名叫 donald stookey 的人,他是一位在康宁公司工作了 47 年的著名玻璃科学家。第一次迭代源于一种玻璃材料 fotoform,这也是 stookey 在寻找用于电视屏幕的可光蚀刻材料时发现的。在 fotoform 开始后不久,当 stookey 在 900 摄氏度的炉子中过热 fotoform 板时发现了第一种陶瓷材料,并在炉内发现了一个不透明的乳白色板,而不是预期的熔融混乱。在检查 stookey 恰当地命名为 fotoceram 的新材料时,他注意到它比创建它的 fotoform 强得多,因为它在短暂跌落到混凝土上后幸存下来。

在 1950 年代后期,stookey 开发了另外两种玻璃陶瓷材料,一种被用作导弹鼻锥中的天线罩,而另一种则导致了被称为 corningware 的消费厨具系列。 康宁高管宣布 stookey 发现了后者称为 pyroceram 的“新基础材料”,该材料被吹捧为轻质、耐用、能够作为电绝缘体并且具有抗热震性。当时,只有少数材料能够提供 pyroceram 所做的特定特性组合,并且该材料于 1958 年 8 月 7 日作为 corningware 厨房系列推出。

pyroceram 带来的一些成功激发了康宁努力加强玻璃,这成为康宁技术总监的一项名为 project muscle 的努力。由于 project muscle 的努力,康宁的玻璃团队在 1962 年开发了一种鲜为人知的“超强”玻璃陶瓷材料,称为 chemcor(现称为 gorilla glass)。chemcor 甚至可用于创新 pyroceram 产品线,因为 1961 年康宁推出了 centura ware,这是一条新的 pyroceram 产品线,内衬玻璃层压板(由 john macdowell 发明)并经过 chemcor 工艺处理。stookey 在 1966 年发现如何使材料透明时,在发现微晶玻璃的特性方面继续前进。尽管康宁直到 1970 年代后期才以 visions 的名义发布具有新创新的产品,因为担心会蚕食 pyrex 的销售。

1.2.1.6.2 成核和晶体生长

设计玻璃陶瓷材料的关键是控制基体玻璃中晶体的成核和生长。结晶度将根据存在的核量以及材料加热的时间和温度而变化。重要的是要了解材料中发生的成核类型,无论是均质的还是异质的。

均相成核是由玻璃材料固有的热力学不稳定性引起的过程。当向系统施加足够的热能时,亚稳态玻璃相开始返回到较低能量的结晶状态。此处使用术语“均质”是因为核的形成来自基础玻璃,而没有任何第二相或表面促进它们的形成。

凝聚系统中的均相成核速率可以用 becker 在 1938 年提出的以下方程来描述。

i

?

=

?

a

exp

?

(

?

δ

f

?

q

k

b

t

)

{\displaystyle i\ =\ a\exp \left(-{\frac {\delta f^{*} q}{k_{b}t}}\right)}

i?=?aexp(?kb?tδf? q?)

其中

q

q

q 是跨相边界扩散的活化能,

a

a

a 是常数,

f

?

f^{*}

f? 是形成稳定核的最大活化能,由等式给出以下。

δ

f

?

=

16

π

δ

f

s

3

3

δ

f

v

2

{\displaystyle \delta f^{*}={\frac {16\pi \delta f_{s}^{3}}{3\delta f_{v}^{2}}}}

δf?=3δfv2?16πδfs3??

其中

δ

f

v

\delta f_{v}

δfv? 是从一相到另一相的转变导致的每单位体积自由能的变化,而

δ

f

s

\delta f_{s }

δfs? 可以等同于界面张力。

异相成核是在系统中引入成核剂以帮助和控制结晶过程时使用的术语。这种成核剂以附加相或表面的形式存在,可以作为成核催化剂,如果在核和基板之间存在外延,则特别有效。有许多金属可以作为玻璃中的成核剂,因为它们可以以胶体尺寸的粒子分散形式存在于玻璃中。例子包括铜、金属银和铂。stookey 在 1959 年提出金属成核催化剂的有效性与金属晶体结构和成核相之间的相似性有关。

异质成核的最重要特征是异质性和成核相之间的界面张力最小化。这意味着催化表面对成核速率的影响由界面处的接触角决定。基于此,turnbull 和 vonnegut (1952)修改了均质成核率的方程,给出了异质成核率的表达式。

i

c

?

=

?

a

1

exp

?

(

?

δ

f

?

?

f

(

θ

)

k

b

t

)

{\displaystyle i_{c}\ =\ a^{1}\exp \left(-{\frac {\delta f^{*}\ f(\theta )}{k_{b}t}}\right) }

ic??=?a1exp(?kb?tδf??f(θ)?)

如果按照 stokey(1959a)的建议包括扩散的活化能,则方程变为:

i

c

?

=

?

a

1

exp

?

(

?

δ

f

?

?

f

(

θ

)

q

k

b

t

)

{\displaystyle i_{c}\ =\ a^{1}\exp \left(-{\frac {\delta f^{*}\ f(\theta ) q}{k_{b}t}}\right)}

ic??=?a1exp(?kb?tδf??f(θ) q?)

从这些方程中,异质成核可以用与均质成核相同的参数来描述,形状因子是

θ

\theta

θ(接触角)的函数。

f

(

θ

)

f(\theta)

f(θ) 由下式给出:

f

(

θ

)

=

(

2

cos

?

θ

)

(

1

?

cos

?

θ

)

2

4

{\displaystyle f(\theta )={\frac {(2 \cos \theta )(1-\cos \theta )^{2}}{4}}}

f(θ)=4(2 cosθ)(1?cosθ)2?

如果原子核具有球形帽的形式。

除了成核之外,玻璃陶瓷的形成还需要晶体生长。晶体生长过程对于确定所生产的玻璃陶瓷复合材料的形态具有相当重要的意义。晶体生长主要取决于两个因素。首先,它取决于无序结构可以重新排列成具有更长范围顺序的周期性晶格的速率。其次,它取决于相变中能量释放的速率(本质上是界面处的冷却速率)。

1.2.1.6.3 las system

商业上最重要的系统是

l

i

2

o

×

a

l

2

o

3

×

n

s

i

o

2

\mathrm{li_{2}o × al_{2}o_{3} × \mathnormal{n}sio_{2}}

li2?o×al2?o3?×nsio2? 系统(las system)。las 系统主要是指锂、硅和氧化铝与其他成分的混合物,例如玻璃相形成剂如

n

a

2

o

\mathrm{na_{2}o}

na2?o、katex parse error: unexpected end of input in a macro argument, expected '}' at end of input: \mathrm{k_{2}o 和

c

a

o

\mathrm{cao}

cao 和精炼剂。作为成核剂,最常用的是氧化锆(iv)与氧化钛(iv)的组合。 hummel 和 smoke 首先深入研究了这一重要系统。

结晶后,这种玻璃陶瓷中的主要晶相是高石英固溶体(hq s.s.)。如果微晶玻璃经过更强烈的热处理,此 hq s.s.转变为热液沸石固溶体(k s.s.,有时被错误地命名为 beta-spodumene)。这种转变是不可逆的和重建的,这意味着晶格中的键被破坏并重新排列。然而,这两个晶相显示出与 li 非常相似的结构。

这些玻璃陶瓷的一个有趣特性是它们的热机械耐久性。 las 系统的微晶玻璃是一种机械强度高的材料,可以承受高达

800

1000

?

°

c

800–1000\ \degree\mathrm{c}

800–1000?°c 的反复快速温度变化。 las 微晶玻璃的主要结晶相 hq s.s. 具有很强的负热膨胀系数(cte),热液沸石固溶体(keatite-solid solution)仍然是负 cte,但远高于 hq s.s.。结晶相的这些负 cte 与残余玻璃的正 cte 形成对比。调整这些相的比例可以在成品复合材料中提供广泛的可能 cte。对于当今的应用,大多数情况下需要低甚至零 cte。负 cte 也是可能的,这意味着与大多数材料在加热时相比,这种玻璃陶瓷会收缩。在某一点,通常在

60

?

%

[

m

/

m

]

60\ \% \mathrm{[m/m]}

60?%[m/m] 和 katex parse error: unexpected end of input in a macro argument, expected '}' at end of input: … \mathrm{[m/m]] 结晶度之间,这两个系数平衡,使得整个玻璃陶瓷具有非常接近于零的热膨胀系数。此外,当材料之间的界面将受到热疲劳时,可以调整玻璃陶瓷以匹配它们将要粘合的材料的系数。

las 微晶玻璃最初开发用于天文望远镜的镜子和镜架,通过其在微晶玻璃灶台、炊具和烤盘或数字投影仪的高性能反射器中的应用而广为人知并进入国内市场。

1.2.1.6.4 陶瓷基复合材料(ceramic matrix composites)

玻璃陶瓷的一项特别显着的用途是在陶瓷基复合材料的加工中。对于许多陶瓷基复合材料,不能使用典型的烧结温度和时间,因为随着温度和烧结时间的增加,组成纤维的降解和腐蚀变得更加严重。其中一个例子是 $\mathrm{sic} 纤维,它可以在

1470

?

k

1470\ \mathrm{k}

1470?k 以上的温度下通过热解开始降解。 对此的一种爱游戏平台的解决方案是使用玻璃态陶瓷而不是陶瓷作为烧结原料,因为与陶瓷不同,玻璃颗粒具有软化点,并且通常会在低得多的压力和温度下流动。这允许使用不太极端的加工参数,使通过烧结生产许多具有重要技术意义的新纤维-基体组合(fibre-matrix combinations)成为可能。

las 系统的微晶玻璃是一种机械强度高的材料,可以承受反复和快速的温度变化。然而,它并非完全牢不可破。因为它仍然是玻璃和陶瓷一样的脆性材料,所以它可以破碎。在某些情况下,当表面被坚硬或钝的物体(例如从上方掉落的罐子或其他重物)撞击时,用户报告其灶具损坏。

该材料具有非常低的导热系数,这意味着它在烹饪区域外保持凉爽。对于红外波长的辐射,它可以变得几乎透明(在典型的灶具中损失

15

?

20

?

%

15-20\ \%

15?20?%)。

在可见范围内,玻璃陶瓷可以是透明的、半透明的或不透明的,甚至可以被着色剂着色。

1.2.1.6.5 行业和材料变种

一些著名的微晶玻璃品牌有 pyroceram、ceran、eurokera、zerodur 和 macor。 nippon electric glass 是全球领先的玻璃陶瓷制造商,其在该领域的相关产品包括 firelite 和 neoceram,分别用于建筑和高温应用的陶瓷玻璃材料。 keralite 由 vetrotech saint-gobain 制造,是一种特殊的玻璃陶瓷防火和冲击安全等级材料,用于防火应用。在苏联/俄罗斯制造的玻璃陶瓷以 sitall 的名称而闻名。 macor 是一种白色、无味、类似瓷器的玻璃陶瓷材料,最初由康宁公司开发,旨在最大限度地减少载人航天期间的热传递。stellashine 由 nippon electric glass co. 于 2016 年推出,是一种耐热玻璃陶瓷材料,耐热冲击性高达 800 摄氏度。这是作为 nippon 耐热灶具系列以及 neoceram 等材料的补充而开发的。 kangertech 是一家电子烟制造商,始于中国深圳,生产玻璃陶瓷材料和其他特殊硬化玻璃应用,如汽化器改装罐。

visions 和 corningware 玻璃陶瓷炊具也使用了相同类别的材料,可以将其从冰箱直接带到炉灶或烤箱,同时保持玻璃器皿的透明外观,同时不会产生热冲击。

1.2.1.7 玻璃纤维

玻璃纤维(fibreglass 也称为玻璃纤维增??强塑料(glass fibre reinforced plastic,grp))是一种复合材料,由玻璃纤维增??强塑料树脂制成。它是通过熔化玻璃并将玻璃拉伸成纤维制成的。这些纤维一起编织成一块布,然后放置在塑料树脂中。玻璃纤维具有重量轻、耐腐蚀的特性,是一种良好的绝缘体,可用作建筑绝缘材料和消费产品的电子外壳。玻璃纤维最初在二战期间在英国和美国用于制造天线罩。玻璃纤维的用途包括建筑材料、船体、车身部件和航空航天复合材料。

玻璃纤维棉是一种出色的隔热和隔音材料,通常用于建筑物(例如阁楼和空心墙隔热)和管道(例如管道隔热)和隔音。它是通过向心力迫使熔融玻璃通过细网,并使用高速空气流将挤出的玻璃纤维打断成短长度来生产的。纤维用粘合剂喷雾粘合,然后将所得的羊毛垫切割并包装成卷或面板。

1.2.2 非硅酸盐(non-silicate)

图 一张 cd-rw (cd)。硫属化物玻璃是可重写 cd 和 dvd 固态存储器技术的基础。

除了普通的二氧化硅基玻璃外,许多其他无机和有机材料也可以形成玻璃,包括金属、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐、硫属化物、氟化物、锗酸盐(基于

g

e

o

2

\mathrm{geo_{2}}

geo2? 的玻璃)、亚碲酸盐(基于

t

e

o

2

\mathrm{teo_{2}}

teo2? 的玻璃)、锑酸盐(基于玻璃

s

b

2

o

3

\mathrm{sb_{2}o_{3}}

sb2?o3?)、砷酸盐(基于

a

s

2

o

3

\mathrm{as_{2}o_{3}}

as2?o3? 的玻璃)、钛酸盐(基于

t

i

o

2

\mathrm{tio_{2}}

tio2? 的玻璃)、钽酸盐(基于

t

a

o

5

\mathrm{tao_{5}}

tao5? 的玻璃)、硝酸盐、碳酸盐、塑料、丙烯酸和许多其他物质。其中一些玻璃(例如二氧化锗(

g

e

o

2

\mathrm{geo_{2}}

geo2?,germania),在许多方面是二氧化硅、氟化物、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐和硫属化物玻璃的结构类似物)具有可用于其在光纤波导中的应用的物理化学性质。通信网络和其他专业技术应用。

无二氧化硅玻璃通常可能具有较差的玻璃形成倾向。新技术,包括通过空气动力学悬浮(在熔体漂浮在气流上冷却熔体)或飞溅淬火(将熔体压在两个金属砧或辊之间)的无容器处理,可用于提高冷却速度,或减少晶体成核触发因素。

1.2.2.1 非晶金属(无定形金属,amorphous metals)

过去,通过实施极快的冷却速度,已经生产了小批量的具有高表面积结构(带、线、薄膜等)的非晶态金属。非晶金属线是通过将熔融金属溅射到旋转金属盘上来生产的。

许多合金已被生产成厚度超过 1 毫米的层。这些被称为块状金属玻璃(bmg)。 liquidmetal technologies 销售许多锆基 bmg(zirconium-based bmgs)。

还生产了一批非晶钢,其机械性能远远超过传统合金钢。

实验证据表明,系统 al-fe-si 在从熔体快速冷却时可能经历一级转变为无定形形式(称为“q-glass”)。透射电子显微镜(tem)图像表明 q-glass 从熔体中成核为离散颗粒,在所有方向上呈均匀的球形生长。虽然 x 射线衍射揭示了 q-glass 的各向同性性质,但存在成核屏障,这意味着玻璃相和熔体相之间存在界面不连续性(或内表面)。

1.2.2.2 聚合物(polymers)

重要的聚合物玻璃包括无定形和玻璃状药物化合物。这些是有用的,因为与相同的结晶组合物相比,当它是无定形的时,化合物的溶解度大大增加。许多新兴药物实际上不溶于其结晶形式。日常使用中熟悉的许多聚合物热塑性塑料都是玻璃。对于许多应用,如玻璃瓶或眼镜,聚合物玻璃(丙烯酸玻璃、聚碳酸酯或聚对苯二甲酸乙二醇酯)是传统玻璃的更轻替代品。

1.2.3 分子液体和熔盐(molecular liquids and molten salts)

分子液体、电解质、熔盐和水溶液是不同分子或离子的混合物,它们不形成共价网络,但仅通过弱范德华力或通过瞬态氢键相互作用。在三种或多种不同大小和形状的离子物质的混合物中,结晶可能非常困难,以至于液体很容易被过冷成玻璃。示例包括组成范围为

4

<

r

<

8

4

4

l

i

c

l

:

r

h

2

o

\mathrm{licl}:r\mathrm{h_{2}o}

licl:rh2?o(氯化锂盐和水分子的溶液)。糖玻璃(sugar glass)或

c

a

0.4

k

0.6

(

n

o

3

)

1.4

\mathrm{ca_{0.4}k_{0.6}(no_{3})_{1.4}}

ca0.4?k0.6?(no3?)1.4?。已经提出以掺钡锂玻璃和掺钡钠玻璃形式的玻璃电解质作为现代锂离子电池中使用的有机液体电解质所发现的问题的爱游戏平台的解决方案。

1.3 玻璃的粘性

流体流动过程中产生的粘性力不同于固体中响应剪切、压缩或拉伸应力而产生的弹性力。在后者中,应力与剪切变形量成正比,而在流体中,应力与随时间变化的变形率成正比。出于这个原因,麦克斯韦使用术语“逃逸弹性”(fugitive elasticity)来表示流体粘度。

然而,许多液体(包括水)在受到突然的压力时会像弹性固体一样短暂地发生反应。相反,许多“固体”(甚至花岗岩)会像液体一样流动,尽管速度非常缓慢,即使在任意小的压力下也是如此。这种材料最好被描述为粘弹性——即同时具有弹性(对变形的反应)和粘度(对变形速率的反应)。

粘弹性固体可以表现出剪切粘度(shear viscosity)和体积粘度(bulk viscosity)。拉伸粘度(extensional viscosity)是剪切粘度和体积粘度的线性组合,描述了固体弹性材料对伸长的反应。它广泛用于表征聚合物。

在地质学中,表现出粘性变形至少比其弹性变形大三个数量级的地球材料有时被称为 rheids。

图 普通玻璃粘度曲线

在高温和低温范围内,无定形材料(例如玻璃和熔体)中的粘性流动具有 arrhenius 形式:

μ

=

a

e

q

/

(

r

t

)

{\displaystyle \mu =ae^{q/(rt)}}

μ=aeq/(rt)

其中

q

q

q 是相关的活化能,以分子参数给出;

t

t

t 是温度;

r

r

r 是摩尔气体常数;

a

a

a 近似为常数。活化能

q

q

q 取不同的值,具体取决于是否考虑了高温或低温极限:它从低温(玻璃态)时的高值

q

h

q_{h}

qh? 变为高温(液态)时的低值

q

l

q_{l}

ql? )。

图 b2o3的粘度对温度的公对数,显示两种状态

对于中间温度,

q

q

q 随温度变化不平凡,简单的 arrhenius 形式失效。另一方面,二指数方程:

μ

=

a

t

exp

?

(

b

r

t

)

[

1

c

exp

?

(

d

r

t

)

]

{\displaystyle \mu =at\exp \left({\frac {b}{rt}}\right)\left[1 c\exp \left({\frac {d}{rt}}\right)\right]}

μ=atexp(rtb?)[1 cexp(rtd?)]

其中

a

a

a,

b

b

b,

c

c

c,

d

d

d 都是常数,可以很好地拟合整个温度范围内的实验数据,同时在低温和高温极限下,时间减少到正确的 arrhenius 形式。这种表达可以从原子水平上非晶材料的各种理论模型中得到启发。

可以在过冷液体的 dyre shoving model 中推导出粘度的双指数方程,其中 arrhenius energy barrier 由高频剪切模量乘以特征推挤体积(characteristic shoving volume)来确定。通过热膨胀和分子间势的排斥部分指定剪切模量的温度依赖性后,推导到另一个双指数方程:

μ

=

exp

?

{

v

c

c

g

k

b

t

exp

?

[

(

2

λ

)

α

t

t

g

(

1

?

t

t

g

)

]

}

{\displaystyle \mu =\exp {\left\{{\frac {v_{c}c_{g}}{k_{b}t}}\exp {\left[(2 \lambda )\alpha _{ t}t_{g}\left(1-{\frac {t}{t_{g}}}\right)\right]}\right\}}}

μ=exp{kb?tvc?cg??exp[(2 λ)αt?tg?(1?tg?t?)]}

其中

c

g

c_{g}

cg? 表示在等于玻璃化转变温度

t

g

t_{g}

tg?,

v

c

v_{c}

vc? 是所谓的推挤体积(shoving volume),即它是参与推挤事件的原子群的特征体积,原子通过这个过程从最近邻的笼子中逸出,通常在几个原子占据的体积的数量级上。此外,

α

t

\alpha _{t}

αt? 是材料的热膨胀系数,

λ

\lambda

λ 是一个测量径向分布函数第一个峰的上升面幂律上升的陡度的参数,在数量上与原子间势的排斥部分相关。最后,

k

b

k_{\mathrm{b}}

kb? 表示玻尔兹曼常数。

1.4 玻璃的机械强度

玻璃通常具有 7 兆帕(megapascals)(

1000

?

p

s

i

1000\ \mathrm{psi}

1000?psi )的拉伸强度。然而,其强度的理论上限要高几个数量级:17 吉帕斯卡(gigapascals)($2,500,000\ \mathrm{psi})。 这个高值是由于二氧化硅的强化学

s

i

-

o

\mathrm{si\text{-}o}

si-o 键。 玻璃的缺陷,如气泡,特别是表面缺陷,如划痕,对玻璃的强度有很大的影响,甚至比其他脆性材料更能降低玻璃的强度。玻璃的化学成分也会影响其拉伸强度。热钢化和化学钢化过程可以提高玻璃的抗拉强度。

玻璃的抗压强度为 1,000 兆帕(

150

,

000

?

p

s

i

150,000\ \mathrm{psi}

150,000?psi )。

1.4.1 玻璃纤维(glass fiber)强度

玻璃纤维的拉伸强度比普通玻璃高得多(比普通玻璃强 200-500 倍)。这是由于减少了玻璃纤维中的缺陷,并且玻璃纤维的表面积比普通玻璃小。

1.4.2 纤维玻璃(fiberglass)强度

玻璃纤维(fiberglass(the common composite material reinforced with glass fibers))的强度取决于类型。 s 玻璃的强度为每平方英寸 700,000 磅(4,800 兆帕),而 e 玻璃和 c 玻璃的强度为每平方英寸 500,000 磅(3,400 兆帕)。

1.4.3 硬度

玻璃的莫氏矿物硬度为 6.5。

2. 玻璃转变(glass transition)

玻璃-液体转变(glass–liquid transition)或玻璃化转变(glass transition)是无定形材料(amorphous materials,或半结晶材料内的无定形区域)从坚硬且相对脆的“玻璃状”状态随着温度升高而逐渐且可逆地转变为粘性或橡胶状状态。表现出玻璃化转变的无定形固体称为玻璃。通过将粘性液体过冷到玻璃态而实现的反向转变称为玻璃化。

材料的玻璃化转变温度

t

g

t_{\mathrm{g}}

tg? 表征了发生这种玻璃化转变的温度范围。它总是低于材料结晶状态的熔化温度

t

m

t_{\mathrm{m}}

tm?(如果存在的话)。

聚苯乙烯和聚(甲基丙烯酸甲酯)等硬质塑料的使用温度远低于其玻璃化转变温度,即当它们处于玻璃态时。它们的

t

g

t_{\mathrm{g}}

tg? 值都在

100

°

c

100\degree\mathrm{c}

100°c(

212

?

°

f

212\ \degree\mathrm{f}

212?°f) 左右。聚异戊二烯和聚异丁烯等橡胶弹性体在其

t

g

t_{\mathrm{g}}

tg? 以上使用,即处于橡胶态,柔软而有弹性;交联(crosslinking)阻止了它们分子的自由流动,从而使橡胶在室温下具有固定的形状(与粘性液体相反)。

尽管材料的物理性质通过其玻璃化转变而发生变化,但这种转变不被视为相变。相反,它是一种在一定温度范围内延伸的现象,并由几个约定之一定义。此类约定包括恒定的冷却速率(

20

20

20 开尔文每分钟 (

36

?

°

f

/

m

i

n

36\ \degree\mathrm{f/min}

36?°f/min))和

1

0

12

?

p

a

?

s

10^{12}\ \mathrm{pa\cdot s}

1012?pa?s 的粘度阈值等。在通过该玻璃化转变范围进行冷却或加热时,材料在热膨胀系数和比热方面也表现出平稳的台阶,这些影响的位置再次取决于材料的历史。某些相变是否是玻璃化转变的基础的问题是一个持续研究的问题。

iupac definition glass transition (in polymer science): process in which a polymer melt changes on cooling to a polymer glass or a polymer glass changes on heating to a polymer melt.[8] note 1: phenomena occurring at the glass transition of polymers are still subject to ongoing scientific investigation and debate. the glass transition presents features of a second-order transition since thermal studies often indicate that the molar gibbs energies, molar enthalpies, and the molar volumes of the two phases, i.e., the melt and the glass, are equal, while the heat capacity and the expansivity are discontinuous. however, the glass transition is generally not regarded as a thermodynamic transition in view of the inherent difficulty in reaching equilibrium in a polymer glass or in a polymer melt at temperatures close to the glass-transition temperature.

note 2: in the case of polymers, conformational changes of segments, typically consisting of 10–20 main-chain atoms, become infinitely slow below the glass transition temperature.

note 3: in a partially crystalline polymer the glass transition occurs only in the amorphous parts of the material.

note 4: the definition is different from that in ref.[9]

note 5: the commonly used term “glass-rubber transition” for glass transition is not recommended.

[9] iupac, compendium of chemical terminology, 2nd ed. (the “gold book”) (1997). online corrected version: (2006–) “glass transition”. doi:10.1351/goldbook.g02640

2.1 介绍

液体到固态的玻璃化转变可能发生在冷却或压缩中。这种转变包括在

500

?

k

500\ \mathrm{k}

500?k 的温度范围内材料粘度平稳增加多达

17

17

17 个数量级,而材料结构没有任何明显变化。这种显着增加的结果是玻璃在实际观察的时间尺度上表现出类似固体的机械性能。这种转变与冷冻或结晶转变相反,后者是 ehrenfest 分类中(ehrenfest classification)的一级相变并且涉及热力学和动态特性的不连续性,例如体积、能量和粘度。在许多通常经历冷冻转变的材料中,快速冷却将避免这种相变,而是在较低温度下导致玻璃化转变。其他材料,如许多聚合物,缺乏明确的结晶状态,即使在非常缓慢的冷却或压缩下也很容易形成玻璃。材料在淬火时形成玻璃的趋势称为玻璃形成能力(glass forming ability)。这种能力取决于材料的成分,可以通过刚性理论来预测。

在转变温度范围以下,玻璃状结构不会根据所使用的冷却速度而松弛。玻璃态的膨胀系数大致相当于结晶固体的膨胀系数。如果使用较慢的冷却速率,则发生结构松弛(或分子间重排)的时间增加可能会导致更高密度的玻璃产品。类似地,通过退火(并因此允许缓慢的结构弛豫),玻璃结构及时接近与同一温度下的过冷液体对应的平衡密度。

t

g

t_{\mathrm{g}}

tg? 位于玻璃态和过冷液体的冷却曲线(体积与温度)之间的交点处。

在这个温度范围内,玻璃的构型会随着时间缓慢地向平衡结构变化。吉布斯自由能最小化原理提供了最终变化所需的热力学驱动力。在略高于

t

g

t_{\mathrm{g}}

tg? 的温度下,对应于任何温度下的平衡的结构都非常迅速地实现。相反,在相当低的温度下,玻璃的构型在越来越长的时间内保持明显稳定。

因此,液体-玻璃化转变(liquid-glass transition)不是热力学平衡状态之间的转变。人们普遍认为,真正的平衡状态总是结晶的。玻璃被认为以动力学锁定状态(kinetically locked state)存在,其熵、密度等取决于热历史。因此,玻璃化转变主要是一种动态现象。在处理玻璃时,时间和温度是可互换的量(在某种程度上),这一事实经常用时间-温度叠加原理(time-temperature superposition)来表达。在冷却液体时,内部自由度逐渐失去平衡。然而,在无限长弛豫时间的假设极限中是否存在潜在的二阶相变一直存在争议。

在较新的玻璃化转变模型中,玻璃化转变温度对应于当温度降低时,液体基质中振动元素之间的最大开口,变得小于元素或它们的一部分的最小横截面的温度。由于热能涨落输入到液体基质中,振荡的谐波不断受到干扰,并且在元素之间产生临时空腔(“自由体积”),其数量和大小取决于温度。以这种方式定义的玻璃化转变温度

t

g

0

t_{\mathrm{g0}}

tg0? 是无序(非晶态)状态的固定材料常数,仅取决于压力。由于在接近

t

g

0

t_{\mathrm{g0}}

tg0? 时分子基质(molecular matrix)的惯性增加,热平衡的状态逐渐延迟,因此用于确定玻璃化转变温度的常用测量方法原则上提供过高的

t

g

t_{\mathrm{g}}

tg? 值。原则上,测量过程中设置的温度变化率越慢,测量的

t

g

t_{\mathrm{g}}

tg? 值

t

g

0

t_{\mathrm{g0}}

tg0? 越接近。动态力学分析(dynamic mechanical analysis)等技术可用于测量玻璃化转变温度。

2.2 退火(annealing)

退火(annealing)是在热玻璃物体形成后缓慢冷却它们的过程,以减轻制造过程中引入的残余内应力。特别是对于更小、更简单的物体,退火可能是制造过程中附带的,但在更大或更复杂的产品中,通常需要在称为 lehr 的温控窑(kiln)中进行特殊的退火过程。玻璃的退火对其耐用性至关重要。未经适当退火的玻璃会保留由淬火引起的热应力,这将无限期地降低产品的强度和可靠性。当受到相对较小的温度变化或机械冲击或应力时,退火不足的玻璃可能会破裂或破碎。它甚至可能会自发地失败。

要将玻璃退火,必须将其加热到退火温度,在该温度下,其粘度

η

\eta

η 降至

1

0

13

?

p

o

i

s

e

10^{13}\ \mathrm{poise}

1013?poise (

1

0

13

?

d

y

n

e

-

s

e

c

o

n

d

/

c

m

2

10^{13}\ \mathrm{dyne\text{-}second/cm^{2}}

1013?dyne-second/cm2)。对于大多数种类的玻璃,该退火温度在

454

482

?

°

c

454–482\ \degree\mathrm{c}

454–482?°c(

850

900

?

°

f

850–900\ \degree\mathrm{f}

850–900?°f)的范围内,是玻璃的所谓应力释放点(stress-relief point)或退火点(annealing point)。在这样的粘度下,玻璃仍然太硬,无法在不破裂的情况下发生显着的外部变形,但它足够柔软,可以通过微观流动来缓解内部应变,以响应它们在内部引入的强烈应力。然后将工件热浸,直到其温度均匀且应力松弛足够。此步骤所需的时间取决于玻璃的类型及其最大厚度。然后允许玻璃以预定速率冷却,直到其温度低过应变点(

η

=

1

0

14.5

?

p

o

i

s

e

\eta= 10^{14.5}\ \mathrm{poise}

η=1014.5?poise),低于该应变点,即使是微观内部流动也有效停止,退火也随之停止。然后以受玻璃热容量、厚度、热导率和热膨胀系数限制的速率将产品冷却到室温是安全的。退火完成后,可以将材料切割成一定尺寸、钻孔或抛光,而不会有内部应力将其破坏的风险。

在退火点(

η

=

1

0

13

?

p

o

i

s

e

\eta = 10^{13}\ \mathrm{poise}

η=1013?poise),应力在几分钟内放松,而在应变点(strain point,

η

=

1

0

14.5

?

p

o

i

s

e

\eta = 10^{14.5}\ \mathrm{poise}

η=1014.5?poise),应力在几小时内放松。在高于应变点的温度下获得的应力不会因退火而松弛,会无限期地保留在玻璃中,并可能导致短期或很长时间的失效。由于在应变点以下过快冷却而产生的应力在很大程度上被认为是暂时的,尽管它们可能足以导致短期问题。

2.3 转变温度

t

g

t_{\mathrm{g}}

tg?

图 通过膨胀法([dilatometry](https://en.wikipedia.org/wiki/dilatometer))测定 $t_{\mathrm{g}}$ 。

\

图 通过差示扫描量热法(differential scanning calorimetry)测量 $t_{\mathrm{g}}$ (a点温度)

上图中,将热容量绘制为温度的函数。在这种情况下,

t

g

t_{\mathrm{g}}

tg? 是曲线上

a

a

a 点对应的温度。

测量玻璃化转变温度

t

g

t_{\mathrm{g}}

tg? 的方法有很多,其中一些被认可为公认的科学标准。然而,所有定义都是任意的,并且都产生不同的数值结果:给定物质的

t

g

t_{\mathrm{g}}

tg? 值最多在几个开尔文的范围内一致。一种定义是指粘度,将

t

g

t_{\mathrm{g}}

tg? 固定在

1

0

13

?

p

o

i

s

e

10^{13}\ \mathrm{poise}

1013?poise(或

1

0

12

?

p

a

?

s

10^{12}\ \mathrm{pa\cdot s}

1012?pa?s)的值。实验证明,该值接近许多玻璃的退火点(annealing point)。

与粘度相比,无机玻璃的热膨胀、热容量、剪切模量和许多其他性能在玻璃化转变温度下表现出相对突变。任何此类步骤或扭结(kink)都可用于定义

t

g

t_{\mathrm{g}}

tg?。为了使该定义具有可重复性,必须指定冷却或加热速率。

最常用的

t

g

t_{\mathrm{g}}

tg? 定义使用差示扫描量热法(dsc)中加热时的能量释放。通常,样品首先以

10

?

k

/

m

i

n

10\ \mathrm{k/min}

10?k/min 的速度冷却,然后以相同的速度加热。

t

g

t_{\mathrm{g}}

tg? 的另一个定义使用膨胀测量中的扭结(也称为热膨胀):请参阅右上角的图。在这里,

3

5

?

k

/

m

i

n

3–5\ \mathrm{k/min}

3–5?k/min(

5.4

9.0

?

°

f

/

m

i

n

5.4–9.0\ \degree\mathrm{f/min}

5.4–9.0?°f/min)的加热速率很常见。低于和高于

t

g

t_{\mathrm{g}}

tg? 的线性部分被涂成绿色。

t

g

t_{\mathrm{g}}

tg? 是红色回归线交点处的温度。

2.4 kauzmann 悖论(kauzmann’s paradox)

图 晶体与过冷熔体的熵差

当液体过冷时,液相和固相之间的熵差减小。通过将过冷液体的热容量外推到其玻璃化转变温度以下,可以计算熵差变为零的温度。这个温度被命名为 kauzmann 温度。

如果液体可以在 kauzmann 温度以下过冷,并且它确实显示出比晶相更低的熵,那么后果将是矛盾的。自从 walter kauzmann 于 1948 年首次提出这个 kauzmann 悖论以来,这个悖论一直是许多争论和许多出版物的主题。

kauzmann 悖论的一个爱游戏平台的解决方案是说在液体的熵减少之前必须有一个相变。在这种情况下,转变温度称为量热理想玻璃化转变温度(calorimetric ideal glass transition temperature)

t

0

c

t_{\mathrm{0c}}

t0c? 。从这种观点来看,玻璃化转变不仅仅是一种动力学效应,即仅仅是熔体快速冷却的结果,而且还有玻璃形成的潜在热力学基础。玻璃化转变温度:

t

g

t

0

c

?as?

d

t

d

t

0

{\displaystyle t_{\mathrm{g}} \to t_{\mathrm{0c}}{\text{ as }}{\frac {\mathrm{d}t}{\mathrm{d}t}}\to 0}

tg?→t0c??as?dtdt?→0

1958 年的 gibbs–dimarzio 模型具体预测过冷液体的构型熵(configurational entropy)在极限

t

t

k

t\to t_{k}^{ }

t→tk ?,当液体的存在状态结束时,其微观结构变得与晶体相同,并且它们的特性曲线在真正的二阶相变中相交。由于难以在避免意外结晶的同时实现足够慢的冷却速度,这从未得到实验验证。1965 年的 adam-gibbs 模型提出了对 kauzmann 悖论的爱游戏平台的解决方案,根据该悖论,弛豫时间在 kauzmann 温度下发散,这意味着在这里永远无法平衡亚稳态过冷液体。2009 年对 kauzmann 悖论和 adam-gibbs 模型进行了批判性讨论。几种过冷有机液体的数据并不能证实 adam-gibbs 预测的任何有限温度下的发散弛豫时间,例如 kauzmann 温度。

kauzmann 悖论至少还有其他三种可能的爱游戏平台的解决方案。可能是 kauzmann 温度附近的过冷液体的热容量平稳地降低到一个较小的值。也可能是在 kauzmann 温度之前发生了向另一种液态的一级相变,这种新状态的热容量小于从更高温度外推获得的热容量。最后,kauzmann 自己通过假设所有过冷液体必须在达到 kauzmann 温度之前结晶来解决了熵悖论

2.5 在特定材料中

2.5.1 二氧化硅(silica),

s

i

o

2

\mathrm{sio_{2}}

sio2?

除石英结构外,二氧化硅(化合物

s

i

o

2

\mathrm{sio_{2}}

sio2?)还有许多不同的结晶形式。几乎所有的晶体形式都包含由不同排列的共享顶点连接在一起的四面体

s

i

o

4

\mathrm{sio_{4}}

sio4? 单元(主要的例外是由连接的

s

i

o

6

\mathrm{sio_{6}}

sio6? 八面体组成的 stishovite)。

s

i

-

o

\mathrm{si\text{-}o}

si-o 键长在不同晶型之间有所不同。例如,在

α

-

\alpha\text{-}

α-石英中,键长为

161

161

161 皮米(

6.3

×

1

0

?

9

6.3\times10^{-9}

6.3×10?9 英寸),而在

α

-

\alpha\text{-}

α-鳞石英(tridymite)中,键长范围为

154

?

171

?

p

m

154-171\ \mathrm{pm}

154?171?pm(

6.1

×

1

0

?

9

?

6.7

×

1

0

?

9

6.1\times10^{-9}-6.7\times10^{-9}

6.1×10?9?6.7×10?9 英寸)。

s

i

?

o

?

s

i

\mathrm{si-o-si}

si?o?si 键角也从

α

-

\alpha\text{-}

α- 鳞石英的 140° 到

α

-

\alpha\text{-}

α-石英的

144

°

144\degree

144° 到

β

-

\beta\text{-}

β- 鳞石英的

180

°

180\degree

180° 不等。与这些标准参数的任何偏差都构成微观结构差异或变化,代表接近无定形、玻璃状或玻璃状固体。硅酸盐的转变温度

t

g

t_{g}

tg? 与在共价键的无定形(或随机网络)晶格中断裂和重新形成共价键所需的能量有关。

t

g

t_{g}

tg? 明显受玻璃化学性质的影响。例如,向石英玻璃中添加元素如

b

\mathrm{b}

b、

n

a

\mathrm{na}

na、

k

\mathrm{k}

k 或

c

a

\mathrm{ca}

ca,其化合价小于

4

4

4,有助于破坏网络结构,从而降低

t

g

t_{g}

tg?。或者,化合价为

5

5

5 的

p

\mathrm{p}

p 有助于加强有序晶格,从而增加

t

g

t_{g}

tg?。

t

g

t_{g}

tg? 与粘合强度成正比,例如它取决于键的准平衡热力学参数,例如关于配置的焓

h

d

h_{\mathrm{d}}

hd? 和熵

s

d

s_{\mathrm{d}}

sd? – 断裂键:

t

g

=

h

d

/

[

s

d

r

ln

?

[

(

1

?

f

c

)

/

f

c

]

t_{\mathrm{g}} = h_{\mathrm{d}} / [s_{\mathrm{d}} r \ln[(1 - f_{\mathrm{c}})/ f_{\mathrm{c}}]

tg?=hd?/[sd? rln[(1?fc?)/fc?] 其中

r

r

r 是气体常数,

f

c

f_{\mathrm{c}}

fc? 是渗透阈值(percolation threshold)。对于像

s

i

o

2

\mathrm{sio_{2}}

sio2? 这样的强熔体,上述方程中的渗透阈值是 3-d 空间中的通用 scher-zallen 临界密度,例如

f

c

=

0.15

f_{\mathrm{c}} = 0.15

fc?=0.15,但是对于易碎材料,渗透阈值取决于材料并且

f

c

?

1

f_{\mathrm{c}}\ll 1

fc??1。配置(configurons)的焓

h

d

h_{\mathrm{d}}

hd? 和熵

s

d

s_{\mathrm{d}}

sd? - 断裂键可以从可用的粘度实验数据中找到。

2.5.2 聚合物

在聚合物中,玻璃化转变温度

t

g

t_{\mathrm{g}}

tg? 通常表示为吉布斯自由能超过聚合物中

50

50

50 个左右元素协同运动的活化能时的温度。这允许分子链在施加力时相互滑过。从这个定义可以看出,相对刚性的化学基团(如苯环)的引入会干扰流动过程,从而增加

t

g

t_{\mathrm{g}}

tg?。由于这种效应,热塑性塑料的刚度会降低当达到玻璃温度时,刚度会在一段时间内保持不变,即在

e

2

e_{2}

e2? 处或附近,直到温度超过

t

m

t_{\mathrm{m}}

tm?,并且材料熔化。这个区域被称为橡胶平台(rubber plateau)。

图 在熨烫过程中,织物通过玻璃-橡胶过渡层加热。

从低温侧来看,剪切模量在玻璃化转变温度

t

g

t_{\mathrm{g}}

tg? 下下降了许多数量级。 alessio zaccone 和 eugene terentjev 开发了聚合物玻璃在从下方接近

t

g

t_{\mathrm{g}}

tg? 时与温度相关的剪切模量的分子水平数学关系。即使剪切模量并没有真正下降到零(它下降到橡胶平台的低得多的值),在 zaccone-terentjev 公式中将剪切模量设置为零时,获得了

t

g

t_{\mathrm{g}}

tg? 的表达式,它恢复了 flory–fox 方程(flory–fox equation),也表明

t

g

t_{\mathrm{g}}

tg? 与玻璃态的热膨胀系数成反比。该程序提供了另一种操作协议来定义聚合物玻璃的

t

g

t_{\mathrm{g}}

tg?,方法是通过将其与剪切模量下降许多数量级直至橡胶状平台的温度进行识别。

图 刚度与温度关系

在熨烫过程中,织物通过这种转变被加热,使聚合物链变得可移动。然后熨斗的重量强加了一个优选的方向。通过在聚合物基质中添加增塑剂可以显着降低

t

g

t_{\mathrm{g}}

tg?。较小的增塑剂分子嵌入聚合物链之间,增加间距和自由体积,即使在较低温度下也允许它们相互移动。添加增塑剂可以有效地控制聚合物链动力学并控制相关自由体积的量,因此聚合物末端的流动性增加并不明显。在聚合物中添加非反应性侧基也可以使链彼此分离,从而降低

t

g

t_{\mathrm{g}}

tg?。如果具有某些理想特性的塑料的

t

g

t_{\mathrm{g}}

tg? 太高,有时可以将其与另一种塑料组合成共聚物或复合材料,其

t

g

t_{\mathrm{g}}

tg? 低于预期使用温度。请注意,一些塑料在高温下使用,例如,在汽车发动机中,而另一些在低温下使用。

在粘弹性材料中,类液体行为的存在取决于其性质,因此随施加载荷的速率而变化,即施加力的速度。根据施加力的时间速率,硅胶玩具弹性橡皮泥(silly putty)的行为完全不同:缓慢拉动它会流动,就像一种非常粘稠的液体;用锤子敲打它,它就会碎裂,就像玻璃一样。

冷却时,橡胶经历液体-玻璃化转变,也称为橡胶-玻璃化转变(rubber-glass transition)。

2.6 玻璃化力学(mechanics of vitrification)

凝聚态物质中的分子运动可以用傅里叶级数来表示,其物理解释包括具有不同方向和波长的原子位移的纵波和横波的叠加。在单原子系统中,这些波被称为密度波动。(在多原子系统中,它们还可能包括成分波动。)

因此,液体中的热运动可以分解为基本的纵向振动(或声子),而横向振动(或剪切波)最初仅在具有高度有序结晶状态的弹性固体中描述。换句话说,简单的液体不能支持以剪切应力形式施加的力,并且会通过宏观塑性变形(或粘性流动)产生机械屈服。此外,固体在保持其刚度的同时局部变形——而液体在施加剪切力时会产生宏观粘性流动——这一事实被许多人接受为两者之间的机械区别。

然而,frenkel 在修订固体动力学理论和液体弹性理论时指出了这一结论的不足之处。这一修订直接遵循从液态到固态的粘弹性交叉的连续特征,当转变不伴随结晶时,即过冷粘性液体。因此,我们看到了横向声子(或剪切波)与玻璃化后刚性开始之间的密切相关性,正如 bartenev 在他对玻璃化过程的机械描述中所描述的那样。这一概念导致根据低频剪切模量的消失或显着降低来定义玻璃化转变,正如 zaccone 和 terentjev 在聚合物玻璃示例中的工作中定量地显示的那样。事实上,推挤模型(shoving model)规定弛豫时间的活化能与高频平台剪切模量成正比,这个量在冷却时增加,从而解释了弛豫普遍存在的非阿伦尼乌斯温度(non-arrhenius temperature)依赖性在玻璃形成液体中的时间。

凝聚态物质中纵向声子的速度直接决定了热导率,该热导率平衡了压缩和膨胀体积元素之间的温差。kittel 提出,玻璃的行为可以用晶格声子的近似恒定“平均自由程”来解释,平均自由程的值是液体或固体分子结构中无序尺度的数量级。已经绘制了许多玻璃形成剂(glass formers)的热声子平均自由程或弛豫长度与玻璃化转变温度的关系,表明两者之间存在线性关系。这为基于声子平均自由程值的玻璃形成提出了一个新标准。

经常有人提出,介电固体中的热传输是通过晶格的弹性振动发生的,并且这种传输受到晶格缺陷(例如随机间隔的空位)对声学声子的弹性散射的限制。这些预测得到了商业玻璃和玻璃陶瓷实验的证实,其中平均自由程明显受到“内部边界散射”的限制,长度尺度为

10

?

100

10-100

10?100 微米(

0.00039

?

0.00394

0.00039-0.00394

0.00039?0.00394 英寸)。几位作者已经描述了这些横波与玻璃化机制之间的关系,他们提出这种声子之间相关性的开始导致玻璃形成液体中局部剪切应力的定向排序或“冻结”,从而产生玻璃。

2.6.1 电子结构

热声子的影响及其与电子结构的相互作用是在讨论液态金属电阻时适当引入的一个主题。参考了 lindemann 的熔化理论,并提出从结晶态变为液态的电导率下降是由于原子振动幅度增加导致传导电子的散射增加。这种局部化理论已应用于金属玻璃中的传输,其中电子的平均自由程非常小(在原子间距的数量级上)。

基于金属键的性质,通过从熔体中快速淬火的方法形成非晶态金硅合金导致进一步考虑电子结构对玻璃形成能力的影响。

其他工作表明,动态声子模式(dynamic phonon modes)的存在增强了局域电子的迁移率。反对这种模型的一种说法是,如果化学键很重要,那么几乎自由电子模型不应该适用。但是,如果该模型包括所有原子对之间的电荷分布的累积,就像化学键一样(例如,硅,当一个带中充满电子时),那么它应该适用于固体。

因此,如果电导率低,则电子的平均自由程非常短。电子只会对玻璃中的短程有序敏感,因为它们没有机会从相距很远的原子散射。由于玻璃和晶体的短程有序相似,因此这两种状态下的电子能量应该相似。对于具有较低电阻率和较长电子平均自由程的合金,电子可能开始感觉到玻璃中存在无序,这将提高它们的能量并使玻璃在结晶方面不稳定。因此,某些合金的玻璃形成趋势可能部分归因于电子平均自由程非常短的事实,因此只有短程有序对电子的能量很重要。

也有人认为,金属系统中的玻璃形成与不同原子之间相互作用势的“柔软性(softness")”有关。一些作者强调玻璃的局部结构与相应晶体之间的强烈相似性,认为化学键有助于稳定无定形结构。

其他作者认为,电子结构通过键的方向特性对玻璃形成产生影响。因此,非结晶性在具有大量多晶型和高度键合各向异性的元素中是有利的。随着键合各向异性从各向同性金属键到各向异性金属键再到共价键键的增加,结晶变得更不可能,因此表明元素周期表中的基团数与元素固体中的玻璃形成能力之间存在关系。

3. 过度冷却(supercooling)

过冷(supercooling or undercooling,注意与 subcooling 相区别),是将液体或气体的温度降低到其熔点以下而不变成固体的过程。它在没有可以形成晶体结构的晶种或晶核的情况下实现这一点。无需任何除化学脱盐以外的特殊技术即可实现水的过冷,低至

?

48.3

?

°

c

(

?

55

?

°

f

)

-48.3\ \degree\mathrm{c} (-55\ \degree\mathrm{f})

?48.3?°c(?55?°f)。过冷水滴常存在于层云和积云中。飞行在这种云层中的飞机会看到这些液滴突然结晶,这可能导致飞机机翼上结冰或堵塞仪器和探测器。

动物利用过冷在极端温度下生存。有许多机制有助于维持液态,例如抗冻蛋白的产生,这些蛋白与冰晶结合,以防止水分子结合而扩散冰的生长。冬季比目鱼就是这样一种鱼类,它利用这些蛋白质在其寒冷的环境中生存。在植物中,细胞屏障如木质素、木栓质和角质层会抑制冰成核剂并迫使水进入过冷组织。

过冷的一种商业应用是制冷。冰柜可以将饮料冷却到过冷水平,因此当它们打开时,它们会形成雪泥。过冷也成功地应用于马萨诸塞州总医院/哈佛医学院的器官保存。后来移植到受体动物的肝脏通过过冷保存长达

96

96

96 小时(

4

4

4 天),是传统肝脏保存方法所能达到的极限的四倍。

3.1 解释

超过其标准冰点的液体将在存在晶种(seed crystal)或晶核的情况下结晶,在晶种或晶核周围可以形成晶体结构,从而形成固体。缺少任何这样的核,液相可以一直保持到晶体均匀成核(crystal homogeneous nucleation)发生的温度。

均匀成核可以在玻璃化转变温度(glass transition temperature)以上发生,但如果在该温度以上未发生均匀成核,则会形成无定形(非结晶)固体。

水通常在

273.15

?

k

(

0

?

°

c

?or?

32

?

°

f

)

273.15\ \mathrm{k}(0\ \degree\mathrm{c}\ \text{or}\ 32\ \degree\mathrm{f})

273.15?k(0?°c?or?32?°f) 时结冰,但它可以在标准压力下“过冷”到几乎

224.8

?

k

224.8\ \mathrm{k}

224.8?k(

?

48.3

?

°

c

/

?

55

?

°

f

-48.3\ \degree\mathrm{c}/-55\ \degree\mathrm{f}

?48.3?°c/?55?°f)时的晶体均匀成核。过冷过程要求水是纯净的并且没有成核位点,这可以通过反渗透或化学脱盐等过程来实现,但冷却本身不需要任何专门的技术。如果水以大约

1

0

6

?

k

/

s

10^{6}\ \mathrm{k/s}

106?k/s 的速度冷却,则可以避免晶体成核,水变成玻璃,即无定形(非结晶)固体。它的玻璃化转变温度要低得多,也更难确定,但研究估计它约为

136

?

k

136\ \mathrm{k}

136?k(

?

137

?

°

c

/

?

215

?

°

f

-137\ \degree\mathrm{c}/-215\ \degree\mathrm{f}

?137?°c/?215?°f)。玻璃状水可以加热到大约

150

?

k

150\ \mathrm{k}

150?k (

?

123

°

c

/

?

189.4

?

°

f

-123\degree\mathrm{c}/-189.4\ \degree\mathrm{f}

?123°c/?189.4?°f) 而不会发生成核。在

231

?

k

231\ \mathrm{k}

231?k (

?

42

?

°

c

/

?

43.6

?

°

f

-42\ \degree\mathrm{c}/-43.6\ \degree\mathrm{f}

?42?°c/?43.6?°f) 和

150

?

k

150\ \mathrm{k}

150?k (

?

123

?

°

c

/

?

189.4

?

°

f

-123\ \degree\mathrm{c}/-189.4\ \degree\mathrm{f}

?123?°c/?189.4?°f) 之间的温度范围内,实验只发现结晶冰。

过冷水滴常存在于层云和积云中。飞行在这种云层中的飞机会看到这些液滴突然结晶,这可能导致飞机机翼上结冰或堵塞仪器和探测器,除非飞机配备了适当的除冰系统。冻雨也是由过冷的水滴引起的。

与过冷相反的过程,即高于冰点的固体熔化要困难得多,并且对于给定的压力,固体几乎总是在相同的温度下熔化。因此,通常使用熔点仪来确定熔点;即使论文的主题是“冰点测定”,实际的方法论也是“观察冰的消失而不是形成的原理”。在给定压力下,有可能将液体过热至高于其沸点而不变成气态。

过冷不应与冰点降低相混淆。过冷是将液体冷却到其冰点以下而不变成固体。凝固点降低是指溶液由于溶质的存在而可以冷却到相应纯液体的凝固点以下;这方面的一个例子是当盐添加到纯水中时发生的冰点降低。

3.2 组分过冷(constitutional supercooling)

图 组分过冷相图,浓度与温度

凝固过程中发生的组分过冷是由于固体成分的变化,导致液体在固-液界面前冷却到冰点以下。当液体凝固时,界面往往不稳定,为了避免组分过冷,固液界面的速度必须很小。

当界面处的液相线温度梯度(位置

x

=

0

x=0

x=0)大于施加的温度梯度时,会观察到组分过冷:

?

t

l

?

x

x

=

0

>

?

t

?

x

{\displaystyle \left.{\frac {\partial t_{l}}{\partial x}}\right|_{x=0}>{\frac {\partial t}{\partial x}}}

?x?tl??∣

∣?x=0?>?x?t?

二元相图中的液相线斜率由

m

=

?

t

l

/

?

c

l

m=\partial t_{l}/\partial c_{l}

m=?tl?/?cl? 给出,因此本组分过冷二元合金的判据可以用界面处的浓度梯度表示:

m

?

c

l

?

x

x

=

0

>

?

t

?

x

{\displaystyle m\left.{\frac {\partial c_{l}}{\partial x}}\right|_{x=0}>{\frac {\partial t}{\partial x}}}

m?x?cl??∣

∣?x=0?>?x?t?

平面界面前面的浓度梯度由下式给出

?

c

l

?

x

x

=

0

=

?

(

c

l

s

?

c

s

l

)

v

d

{\displaystyle \left.{\frac {\partial c_{l}}{\partial x}}\right|_{x=0}=-(c^{ls}-c^{sl}){\frac {v}{d}}}

?x?cl??∣

∣?x=0?=?(cls?csl)dv?

其中

v

v

v 是界面速度,

d

d

d 是扩散系数,

c

l

s

c^{ls}

cls 和

c

s

l

c^{sl}

csl 分别是界面处液体和固体的成分(即

c

l

s

=

c

l

(

x

=

0

)

c^{ls}=c_{l}(x=0)

cls=cl?(x=0))。

对于平面界面的稳态增长,固体成分等于标称合金成分(nominal alloy composition),

c

s

l

=

c

0

c^{sl}=c_{0}

csl=c0?,并且配分系数(partition coefficient)

k

=

c

s

l

/

c

l

s

k=c^{sl}/c^{ls}

k=csl/cls 可以假设为常数。因此,产生稳定固体前沿所需的最小热梯度由下式给出:

?

t

?

x

=

m

c

0

(

1

?

k

)

v

k

d

{\displaystyle {\frac {\partial t}{\partial x}}={\frac {mc_{0}(1-k)v}{kd}}}

?x?t?=kdmc0?(1?k)v?

3.3 在动物中

为了在某??些环境中的极低温度下生存,一些动物利用过冷现象使它们保持解冻状态并避免细胞损伤和死亡。有许多技术可以帮助维持液态,例如生产抗冻蛋白或 afp,它们与冰晶结合以防止水分子结合和扩散冰的生长。冬季比目鱼就是这样一种鱼类,它利用这些蛋白质在其寒冷的环境中生存。noncolligative 蛋白质由肝脏分泌到血液中。其他动物使用依数性防冻剂,这会增加它们体液中溶质的浓度,从而降低它们的冰点。依靠过冷生存的鱼也必须生活在水面以下,因为如果它们接触到冰核,它们会立即结冰。经历过冷才能生存的动物还必须从体内去除冰核剂,因为它们是冷冻的起点。过冷也是一些昆虫、爬行动物和其他变温物种的共同特征。马铃薯胞囊线虫幼虫(globodera rostochiensis)可以在过冷状态下在其胞囊内存活至低至

?

38

?

°

c

-38\ \degree\mathrm{c}

?38?°c(

?

36

?

°

f

-36\ \degree\mathrm{f}

?36?°f)的温度,即使胞囊被冰包裹。

随着动物在其熔点以下越来越远,其内部液体自发冻结的机会急剧增加,因为这是一种热力学不稳定状态。流体最终达到过冷点,这是过冷溶液由于远低于其正常凝固点而自发冻结的温度。动物无意中经历了过冷,并且只有在过冷后才能降低冻结的几率。尽管过冷对于生存至关重要,但也存在许多与之相关的风险。

3.4 在植物中

植物也可以在冬季带来的极端寒冷条件下生存。许多位于北方气候的植物物种可以通过过冷在这些寒冷条件下适应环境,因此这些植物可以在低至

?

40

?

°

c

-40\ \degree\mathrm{c}

?40?°c 的温度下生存。尽管人们对这种过冷现象知之甚少,但已通过红外热成像技术对其进行了识别。冰成核发生在某些植物器官和组织中,有争议的是从木质部组织开始并蔓延到植物的其余部分。红外热成像允许在水滴在细胞外空间结晶时对其进行可视化。

过冷通过冰核化抑制组织内冰的形成,并允许细胞将水保持在液态,并进一步允许细胞内的水与细胞外冰保持分离。木质素、木栓质和角质层等细胞屏障抑制冰成核剂并迫使水进入过冷组织。由于细胞中水的比例很大,植物的木质部和初级组织对低温非常敏感。北方气候中的许多北方硬木树种具有防止冰扩散到枝条中的能力,从而使植物能够忍受寒冷。在常绿灌木 rhododendron ferrugineum 和 vaccinium v??itis-idaea 以及冷杉、云杉和落叶松物种中已经发现过冷。在细胞外和细胞壁内冷冻不会影响植物的生存。然而,细胞外冰可能导致植物脱水。

3.5 在海水中

海水中盐分的存在会影响冰点。因此,海水有可能在低于熔点的温度下保持液态。这是“伪过冷”,因为这种现象是由于盐的存在导致冰点降低的结果,而不是过冷。这种情况最常见于南极洲周围的海洋,在高压下冰架底部的融化导致液态融水可能低于冰点温度。假设由于缺乏成核位点,水不会立即重新冻结。这对海洋仪器提出了挑战,因为冰晶很容易在设备上形成,可能会影响数据质量。最终,极冷海水的存在会影响海冰的生长。

3.6 应用

过冷的一种商业应用是制冷。冰柜可以将饮料冷却到过冷水平,因此当它们打开时,它们会形成雪泥。另一个例子是一种产品,它可以使传统冰箱中的饮料过冷。可口可乐公司在英国短暂地销售了含有雪碧的特殊自动售货机,在新加坡销售了可口可乐,这些自动售货机将瓶子储存在过冷状态,以便打开后它们的内容物会变成雪泥。

过冷在马萨诸塞州总医院/哈佛医学院成功应用于器官保存。后来移植到受体动物的肝脏通过过冷保存长达 96 小时(4 天),是传统肝脏保存方法所能达到的极限的四倍。肝脏在专门的爱游戏平台的解决方案中被过冷至

6

?

°

c

–6\ \degree\mathrm{c}

–6?°c 的温度,以防止低温冻结和伤害。

另一个潜在的应用是药物输送。 2015 年,研究人员在特定时间使膜结晶。液体包裹的药物可以被运送到现场,随着环境的轻微变化,液体会迅速变成释放药物的结晶形式。

2016 年,爱荷华州立大学的一个团队提出了一种“无热焊接”的方法,通过使用封装的过冷液态金属液滴来修复热敏电子设备。2019 年,同一团队展示了使用过冷金属在从极性(纸和果冻)到超疏水(玫瑰花瓣)的表面上打印固体金属互连,所有表面的模量都低于金属。

eftekhari 等人。提出了一个经验理论,解释离子液晶的过冷可以为能量存储应用建立有序的扩散通道。在这种情况下,电解质具有与固体电解质相当的刚性结构,但扩散系数可以与液体电解质一样大。过冷会增加介质粘度,但会保持定向通道打开以进行扩散。

在航天应用中,该术语的使用略有不同。这里它指的是低温燃料或氧化剂,它们被冷却到远低于其沸点(但不低于熔点)。 这导致更高的燃料密度,并因此在不增加其重量的情况下增加燃料箱的容量。同时减少了汽化损失。

4. gardner transition

在凝聚态物理中,gardner transition 是指温度诱导的跃迁,其中无序系统的自由能盆地(basin)被分为许多边缘稳定的子盆地(marginally stable sub-basins)。它以 1985 年首次描述它的 elizabeth gardner 的名字命名。

放大一个晶体,你会发现一个有序的原子阵列,像帝国大厦的窗户一样均匀分布。但是放大一块玻璃,图片看起来有点混乱——更像是一堆随机的沙子,或者可能是弗兰克·盖里大楼的窗户。

晶体的高度有序性使它们在数学上相当容易理解,物理学家已经开发出捕捉各种晶体特性的理论,从它们如何吸收热量到它们破裂时会发生什么。

但对于玻璃状、无定形或其他“无序”材料,例如窗户和花瓶中的玻璃、冷冻食品和某些塑料,情况就不同了。没有广泛认同的理论来解释他们的身体行为。

近 30 年来,物理学家一直在争论是否存在于无序材料理论模型中的神秘相变,是否也存在于现实生活中的眼镜中。借助从粒子物理学中借来的一些数学魔法——加上数十页的代数计算,全部由手工完成——杜克大学博士后研究员 sho yaida 揭开了这个谜团。

yaida 的见解开启了一种可能性,即某些类型的玻璃可能在低温下以新的物质状态存在,影响它们对热、声音和压力的反应,以及它们破裂的方式和时间。

杜克大学化学副教授兼 yaida 的顾问 patrick charbonneau 说:“我们发现了我们不敢说是这种转变的证据的过渡迹象,因为社区的一部分人说它不可能存在。” “sho 表明它可以存在。”

图 早期的计算未能找到三个维度的“固定点”,或所有线重叠的点(左)。通过将这些计算更进一步,yaida 能够找到固定点(右),这表明在低温下玻璃中可能存在新的相变。

charbonneau 说,尽管看起来令人难以置信,但通过假设这些材料存在于假设的无限维宇宙中,眼镜和其他无序系统背后的数学实际上更容易解决。在无限维度中,它们的属性可以相对容易地计算出来——就像如何为我们的三维宇宙计算晶体的属性一样。

“问题是这个模型是否与现实世界有任何关联。”夏博诺说。对于进行这些计算的研究人员来说,“赌注是,当你改变维度时,事物变化得足够慢,以至于你可以看到当你从无限数量的维度变为三个维度时它们是如何变形的,”他说。

这些无限维计算的一个特征是存在相变——在先驱物理学家 elizabeth gardner 之后被称为“gardner transition”——如果存在于玻璃中,它可能会在低温下显着改变它们的特性。

但是,这种明显存在于无限维度中的相变是否也存在于三个维度中?早在 1980 年代,一组物理学家进行的数学计算表明,不,它不能。三十年来,流行的观点仍然是这种转变虽然在理论上很有趣,但与现实世界无关。

也就是说,直到最近 charbonneau 和其他人的实验和模拟开始在 3d 眼镜中显示出它的暗示。

“研究这一点的新动力是,在解决玻璃形成问题时,他们发现了一个非常类似于这些研究中出现的转变,”charbonneau 说。 “在这种情况下,它可以有重要的材料应用。”

拥有粒子物理学背景的 yaida 重新审视了旧的数学证明。这些计算未能在三个维度上找到一个“固定点”,这是相变存在的先决条件。但如果他再计算一步,他想,答案可能会改变。

一个月 30 页的计算后,他得到了。

“像这样的时刻是我从事科学工作的原因,”yaida 说。 “这只是一个点,但对这个领域的人来说意义重大。它表明,人们在七八十年代发现的这种奇异的东西,确实与这个三维世界有物理关联。”

经过一年的检查和重新检查,再加上另外 60 多页的支持计算,结果于 5 月 26 日发表在《物理评论快报》上。

“这种转变实际上可能存在于三个维度,这意味着我们可以开始认真寻找它,”charbonneau 说。 “它影响声音的传播方式,可以吸收多少热量,通过它传输信息。如果你开始剪切玻璃,它会如何产生,它会如何破裂。”

“它深刻地改变了我们对一般无定形材料的理解,无论它们是无定形塑料还是成堆的沙子或窗玻璃,”他说。

5. 相关最新进展

5.1 玻璃态分形

“曾经有过漂亮的数学模型,但有时与真实的结构玻璃之间的联系很微弱。现在我们有了一个更接近真实玻璃的模型,”共同作者之一,化学和物理学助理教授 patrick charbonneau 说。杜克大学。

新模型表明玻璃材料中的分子会形成分形的状态层次结构,它将数学、理论和以前玻璃的几种不同特性结合在一起。

将玻璃与其他相变区分开来的一件事是其组成分子之间缺乏秩序。它们冷却的粒子变得越来越迟钝,直到被它们的邻居困住,分子停止移动——但没有可预测的排列。研究人员将其可视化的一种方法是使用能量景观,即系统中所有可能的分子配置的地图。

图 研究证实,当分子被卡在分形“井”中时,就会形成玻璃,如右图所示,而不是光滑或略显粗糙的井(左)。

charbonneau 说,一个简单的玻璃能量景观可以想象成一系列池塘或水井。当水高(温度较高)时,里面的颗粒可以随心所欲地漂浮,从一个池塘到另一个池塘没有问题。但是当您开始降低水位(通过降低温度或增加密度)时,颗粒会被困在一个小池塘中。最终,当池塘排空时,分子被堵塞成无序和僵硬的构型。

“当你拿沙子挤压它时,就会发生堵塞,”charbonneau 说。 “一开始很容易挤,过了一段时间就变得很硬,最后就变得不可能了。”

就像干旱揭示的湖床图案一样,研究人员长期以来一直想知道玻璃能量景观底部究竟是什么“形状”,分子堵塞的地方。以前的理论预测盆地的底部可能是光滑的或有点粗糙。

“在这些湖泊或水井的底部,你会发现粒子具有力接触或键合的变化,”charbonneau 说。 “所以即使你从一个单一的配置开始,当你走到底部或压缩它们时,你会得到不同的认识,即哪些粒子对实际上是接触的。”

charbonneau 和他在巴黎和罗马的合著者使用计算机模拟和数值计算表明,玻璃分子基于井内井的分形状态而堵塞。

新的描述解释了玻璃中的几种行为,比如被称为雪崩的特性,它描述了导致结晶的分子的随机重排。

5.2 发现素数

伦敦大学玛丽皇后学院和布里斯托大学的一组科学家表示,负责将液体转化为玻璃的相同冻结有助于预测在素数中观察到的某些模式。

在足够低的温度下,水通过将其分子排列成称为晶体的非常规则的模式而冻结成冰。然而,许多其他液体不会冻结成晶体,而是在称为玻璃的不太规则的结构中 - 窗玻璃是最熟悉的例子。物理学家已经开发出解释冻结现象的理论,并建立了理解玻璃特性的模型。

现在,玛丽皇后学院数学科学学院的一名研究人员和他在布里斯托尔的同事们发现,冷冻玻璃可能与素数及其背后的模式有一些共同之处。

费奥多罗夫博士解释说:“素数是算术的元素或组成部分。我们的工作为物理学中某些复杂材料的质数和冻结之间的惊人联系提供了证据。”

素数是一个大于 1 的整数,只能被 1 或它自己整除。素数在纯数学及其应用中起着至关重要的作用;许多数学家试图预测在素数中观察到的模式。一种称为黎曼 zeta 函数的理论被认为是最成功地揭示和解释素数性质的理论。

黎曼 zeta 函数检测素数模式的方式与您在音乐中发现和声的方式相同。它可以被认为是一系列波峰和波谷——可以合理地称为“景观”——编码素数的属性。

fyodorov 博士继续说道:“关于黎曼 zeta 函数的一个重要问题与确定景观中最高的山峰有多大有关。在我们的论文中,我们认为,出乎意料的是,回答这个问题与描述物理学中某些复杂材料(如玻璃)的冻结转变性质的问题有关。

该团队希望了解冻结可以帮助数学家在应对数论的一些重大挑战方面取得进展。

fyodorov 博士总结道:“寻找随机能量景观的统计力学、随机矩阵理论和黎曼 zeta 函数理论之间的联系似乎是一种富有成效且有前途的方法。”

参考文献

gardner transition

gardner, e. (1985). “spin glasses with p-spin interactions”. nuclear physics b. 257: 747–765.

30 pages of calculations settle a 30-year debate over a mysterious new phase of matter. may 30, 2017

wiki: glass

wiki: fused quartz

glass under a microscope (1) | dave’s glass

fractured glass edge and surface by dennis kunkel microscopy/science photo library

wiki: subcooling

wiki: viscosity

wiki: glass-ceramic

wiki: glass fiber

wiki: fiberglass

wiki: strength of glass

fractal free energy landscapes in structural glasses," patrick charbonneau, jorge kurchan, giorgio parisi, et al. nature communications, april 24, 2014.

freezing liquids help to predict properties of prime numbers. may 3, 2012.

wiki: glass transition

wiki: amorphous solid

wiki: annealing (glass)

wiki: silly putty

题库来源:安全生产模拟考试一点通公众号小程序

材料员-通用基础(材料员)考试总结是安全生产模拟考试一点通总题库中随机出的一套材料员-通用基础(材料员)试题及解析,在公众号安全生产模拟考试一点通上点击材料员-通用基础(材料员)作业手机同步练习。2021年材料员-通用基础(材料员)考试总结及材料员-通用基础(材料员)试题及解析

1、【判断题】施工图识读方法包括总揽全局、循序渐进、相互对照、重点细读四个部分。(??√??)

2、【判断题】材料出库时,材料的发放应本着先进后出的原则,先用新料再用旧料。(??×??)

3、【判断题】因果分析图的绘制是从“结果”开始绘制。(??√??)

4、【判断题】在生产性建设工程中,设备、工器具购置费用占工程造价的比重的增大,意味着生产技术的进步和资本有机构成的提高。(??√??)

5、【判断题】通常规定,轴力拉为正,压为负。(??√??)

6、【判断题】按照不同的合成顺序,力可以合成得到形状不同的力多边形,因此应选择合成的最小的边作为合力大小。(??×??)

7、【判断题】建设项目管理的对象是建设项目。(??√??)

8、【判断题】框架梁、牛腿及柱帽等钢筋,应放在柱的纵向钢筋外侧。(??×??)

9、【判断题】砖砌体的施工流程的第三步是放线。(??×??)

10、【判断题】安全生产检查制度是上级管理部门或企业自身对安全生产状况进行定期或不定期检查的制度。(??√??)

11、【单选题】下列哪一项不属于固定资产投资( )。(??a??)

a、经营项目铺底流动资金

b、建设工程费

c、预备费

d、建设期贷款利息

12、【单选题】单层建筑物在计算建筑面积时,建筑物高度在( )及以上时应计算全面积。(??c??)

a、2.0m

b、2.1m

c、2.2m

d、2.5m

13、【单选题】在低碳钢拉伸试验中比例极限对应的阶段是( )。(??a??)

a、弹性阶段

b、屈服阶段

c、强化阶段

d、颈缩阶段

14、【单选题】在低碳钢拉伸试验中强化阶段的最高点对应的应力称为( )。(??b??)

a、屈服强度

b、强度极限

c、比例极限

d、破坏强度

15、【单选题】下列说法错误的是( )。(??b??)

a、梁的抗弯界面系数与横截面的形状和尺寸有关。

b、危险截面为弯矩最大值所在截面。

c、挠度是指横截面形心的竖向线位移

d、梁的变形可采用叠加法

16、【单选题】圆形截面的抗弯截面系数wz等于:( )。(??b??)

a、πd4/64

b、πd3/32

c、πd4/64(1-a4)

d、πd3/32(l-a4)

17、【单选题】以下不属于施工项目管理内容的是( )。(??d??)

a、建立施工项目管理组织

b、编制施工项目管理规划

c、施工项目的目标控制

d、建筑物的结构设计

18、【单选题】关于混凝土拌合料运输过程说法不正确的是( )。(??a??)

a、搅拌车在行走过程中可转可不转

b、运到浇筑地点时应具有设计配合比所规定的坍落度

c、应在混凝土初凝前浇人模板并捣实完毕

d、保持其均匀性,不离析、不漏浆

19、【单选题】下列关于毛石砌体施工工艺的基本规定中,错误的是( )。(??a??)

a、毛石料和粗石料砌体的灰缝厚度不宜大于10mm,细石料砌体的灰缝厚度不宜小于10mm

b、施工工艺流程为:施工准备一试排撂底一砌筑毛石(同时搅拌砂浆)一勾缝一检验评定

c、每日砌筑高度不宜超过1.2m,在转角处及交接处应同时砌筑,如不能同时砌筑时,应留斜槎

d、毛石挡土墙一般按3~4皮为一个分层高度砌筑,每砌一个分层高度应找平一次

20、【单选题】下列关于建筑总平面图图示内容的说法中,正确的是( )。(??a??)

a、新建建筑物的定位一般采用两种方法,一是按原有建筑物或原有道路定位;二是按坐标定位

b、在总平面图中,标高以m为单位,并保留至小数点后三位

c、新建房屋所在地区风向情况的示意图即为风玫瑰图,风玫瑰图不可用于表明房屋和地物的朝向情况

d、临时建筑物在设计和施工中可以超过建筑红线

21、【单选题】下列关于沥青混合料的分类的说法中错误的是( )。(??b??)

a、按使用的结合料不同,沥青混合料可分为石油沥青混合料、煤沥青混合料、改性沥青混合料和乳化沥青混合料

b、按沥青混合料中剩余空隙率大小的不同分为开式沥青混合料和密闭式沥青混合料

c、按矿质混合料的级配类型可分为连续级配沥青混合料和间断级配沥青混合料

d、按沥青混合料施工温度,可分为热拌沥青混合料和常温沥青混合料

22、【单选题】下列关于铝合金分类和特性的说法中正确的是( )。(??d??)

a、铝合金可以按合金元素分为二元、三元和多元合金

b、建筑装饰工程中常用铸造铝合金

c、各种变形铝合金的牌号分别用汉语拼音字母和顺序号表示,其中,顺序号可以直接表示合金元素的含量

d、常用的硬铝有11个牌号,ly12是硬铝的典型产品

23、【单选题】砌块按产品主规格的尺寸,可分为大型砌块、中型砌块和小型砌块。其中,中型砌块的高度( )。(??b??)

a、大于980mm

b、为380~980mm

c、小于380mm

d、大于115mm、小于380mm

24、【单选题】按照标准制作方法制成边长为150mm的标准立方体试件,在标准条件(温度20℃±2℃,相对湿度为95%以上)下养护( ),然后采用标准试验方法测得的极限抗压强度值,称为混凝土的立方体抗压强度。(??d??)

a、3d

b、7d

c、30d

d、28d

25、【单选题】按照《劳动合同法》的规定,在下列选项中,用人单位提前30天以书面形式通知劳动者本人或额外支付1个月工资后可以解除劳动合同的情形是( )。(??d??)

a、劳动者患病或非工伤在规定的医疗期满后不能胜任原工作的

b、劳动者试用期间被证明不符合录用条件的

c、劳动者被依法追究刑事责任的

d、劳动者不能胜任工作,经培训或调整岗位仍不能胜任工作的

26、【单选题】下列关于生产经营单位安全生产保障的说法中,正确的是( )。(??c??)

a、生产经营单位可以将生产经营项目、场所、设备发包给建设单位指定认可的不具有相应资质等级的单位或个人

b、生产经营单位的特种作业人员经过单位组织的安全作业培训方可上岗作业

c、生产经营单位必须依法参加工伤社会保险,为从业人员缴纳保险费

d、生产经营单位仅需要为工业人员提供劳动防护用品

27、【单选题】按用途和性能对水泥的分类中,下列哪项是错误的( )。(??d??)

a、通用水泥

b、专用水泥

c、特性水泥

d、多用水泥

28、【单选题】对于左缓坡型直方图,其可能的原因是:( )。(??c??)

a、分组组数不当

b、原材料发生变化,或者临时他人顶班作业

c、操作中对上限控制太严

d、数据收集不正常

29、【单选题】直方图法将收集到的质量数进行分组整理,绘制成频数分布直方图,又称为:( )。(??b??)

a、分层法

b、质量分布图法

c、频数分布图法

d、排列图法

30、【单选题】下列哪项不是常用的数据特征值( )。(??c??)

a、算术平均值

b、中位数

c、样品

d、变异系数

31、【单选题】机械设备寿命相同时,机械设备租赁与购置的经济比选可选择( )。(??b??)

a、年值法

b、净现值法

c、净现金流量法

d、最小值比较法

32、【单选题】材料采购计划是( )根据所编制的主要材料、大宗材料计划、市场供应信息等,由( )物资部门做出订货或采购计划。(??b??)

a、施工单位,施工单位项目部

b、工程项目部,施工单位物资部门

c、施工单位,物资部门施工单位项目部

d、建设单位,施工单位物资部门

33、【单选题】下列哪项不属于施工单位在建筑材料采购管理的模式( )。(??a??)

a、部分分散采购管理

b、集中采购管理

c、分散采购管理

d、部分集中采购管理

34、【单选题】材料计划按计划的用途分可以分为材料需用量计划、材料采购计划及( )等。(??b??)

a、材料月度计划

b、材料申报计划

c、主体材料计划

d、材料使用计划

35、【多选题】机械设备技术保养的原则有( )。(??abce??)

a、以养代修

b、科学性

c、强制性、预见性

d、经济性

e、防患于未然

36、【多选题】构成材料费的基本要素是( )。(??bcd??)

a、原材料费

b、材料消耗量

c、材料基价

d、检验试验费

e、辅助材料费

37、【多选题】按主编单位和管理权限分类,工程定额可分为全国统一定额及( )。(??abde??)

a、行业统一定额

b、地区统一定额

c、部门地区统一定额

d、补充定额

e、企业定额

38、【多选题】结构和构件的承载能力包括:( )。(??abd??)

a、强度

b、刚度

c、挠度

d、稳定性

e、屈曲

39、【多选题】下列哪项是不正确的( )。(??bc??)

a、力偶在任一轴上的投影恒为零。

b、力偶的合力可以用一个力来代替。

c、力偶可在其作用面内任意移动,但不能转动。

d、只要两个力偶转向和作用平面相同,力偶矩大小相同,它们就是等效的。

e、力偶系中所有各力偶矩的代数和等于零。

40、【多选题】项目规模达到以下标准时,才实行施工项目管理( )。(??acde??)

a、1万m2以上的公共建筑

b、2万m2以上的工业建筑

c、项目投资在500万元以上

d、项目投资在5000万元以上

e、1万m2以上的工业建筑

41、【多选题】下列关于防水卷材的相关说法中,正确的是( )。(??bde??)

a、sbs改性沥青防水卷材适用于工业与民用建筑的屋面和地下防水工程,及道路、桥梁等建筑物的防水,尤其适用于较高气温环境的建筑防水

b、根据构成防水膜层的主要原料,防水卷材可以分为沥青防水卷材、高聚物改性沥青防水卷材和合成高分子防水卷材三类

c、app改性沥青防水卷材主要用于屋面及地下室防水,尤其适用于寒冷地区

d、铝箔塑胶改性沥青防水卷材在20~80℃范围内适应性较强,抗老化能力强,具有装饰功能

e、三元乙丙橡胶防水卷材是目前国内外普遍采用的高档防水材料,用于防水要求高、耐用年限长的防水工程的屋面、地下建筑、桥梁、隧道等的防水

42、【多选题】下列关于石油沥青的技术性质的说法中,正确的是( )。(??abd??)

a、石油沥青的黏滞性一般采用针人度来表示

b、延度是将沥青试样制成8字形标准试件,在规定温度的水中,以5cm/min的速度拉伸至试件断裂时的伸长值,以cm为单位

c、沥青的延度决定于其组分及所处的温度

d、沥青脆性指标是在特定条件下,涂于金属片上的沥青试样薄膜,因被冷却和弯曲而出现裂纹时的温度,以“℃”表示

e、通常用软化点来表示石油沥青的温度稳定性,软化点越高越好

43、【多选题】研究平面汇交力系的方法有:( )。(??abcd??)

a、平行四边形法则

b、三角形法

c、几何法

d、解析法

e、二力平衡法

44、【多选题】《建筑法》规定( )。(??abcd??)

a、承包企业应当持有依法取得的资质证书

b、应在其资质等级许可的爱游戏官网登录入口的业务范围内承揽工程

c、禁止超越本企业资质等级许可的爱游戏官网登录入口的业务范围承揽工程

d、禁止其他单位或个人以本企业名义承揽工程

e、建筑工程安全生产管理必须坚持安全第一、预防为主的方针

45、【多选题】建筑业企业资质分为( )。(??abc??)

a、施工总承包

b、专业承包

c、施工劳务

d、土石方承包

e、脚手架作业承包

46、【多选题】下列有关建筑平面图的图示内容的表述中,错误的是( )。(??ad??)

a、定位轴线的编号宜标注在图样的下方与右侧,横向编号应用阿拉伯数字,从左至右顺序编写,竖向编号应用大写拉丁字母,从上至下顺序编写

b、对于隐蔽的或者在剖切面以上部位的内容,应以虚线表示

c、建筑平面图上的外部尺寸在水平方向和竖直方向各标注三道尺寸

d、在平面图上所标注的标高均应为绝对标高

e、屋面平面图一般内容有:女儿墙、檐沟、屋面坡度、分水线与落水口、变形缝、楼梯间、水箱间、天窗、上人孔、消防梯以及其他构筑物、索引符号等

47、【多选题】下列尺寸标注形式的基本规定中,正确的是( )。(??acd??)

a、半圆或小于半圆的圆弧应标注半径,圆及大于半圆的圆弧应标注直径

b、在圆内标注的直径尺寸线可不通过圆心,只需两端画箭头指至圆弧,较小圆的直径尺寸,可标注在圆外

c、标注坡度时,在坡度数字下应加注坡度符号,坡度符号为单面箭头,一般指向下坡方向

d、我国把青岛市外的黄海海平面作为零点所测定的高度尺寸成为绝对标高

e、在施工图中一般注写到小数点后两位即可

48、【多选题】下列措施中,属于生产经营单位安全生产保障措施中管理保障措施的有( )。(??bcde??)

a、对新工艺、新技术、新材料或者使用新设备的管理

b、对主要负责人和安全生产管理人员的管理

c、生产经营项目、场所的协调管理

d、对特种作业人员的管理

e、生产经营项目、场所、设备的转让管理

49、【多选题】生产经营单位安全生产保障措施有( )组成。(??abce??)

a、经济保障措施

b、技术保障措施

c、组织保障措施

d、法律保障措施

e、管理保障措施

50、【多选题】数理统计方法常用的统计分析方法有( )。(??abde??)

a、统计调查表法

b、分层法

c、数值分析法

d、直方图法

e、控制图法

以上是2021年材料员-通用基础(材料员)考试总结及材料员-通用基础(材料员)试题及解析。支持全国各地区精准材料员-通用基础考试试题,支持安全资格证,特种作业操作证,职业技能鉴定等工种题库练习。

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