什麼是約化玻璃轉移溫度
玻璃轉移溫度Tg除以液相線溫度Tl的值 Trg = Tg/Tl。越大熔液越容易成為玻璃,以約2/3以上為標準。
日文名稱: 換算ガラス転移温度
「約化玻璃轉移溫度」出現在1領域的1道練習題中(玻璃與非晶質材料等)。
這個名詞所屬的領域: 玻璃與非晶質材料
玻璃轉移溫度Tg除以液相線溫度Tl的值 Trg = Tg/Tl。越大熔液越容易成為玻璃,以約2/3以上為標準。
日文名稱: 換算ガラス転移温度
「約化玻璃轉移溫度」出現在1領域的1道練習題中(玻璃與非晶質材料等)。
這個名詞所屬的領域: 玻璃與非晶質材料
約化玻璃轉移溫度 Trg 是玻璃轉移溫度 Tg 除以液相線溫度 Tl 的值,兩者都以絕對溫度表示。冷卻熔液時,在 Tl 以下可能形成晶體,但冷到 Tg 時原子幾乎無法移動,就不會再形成晶體。也就是說,有結晶化危險的過冷液體溫度範圍是從 Tl 到 Tg,Trg 越大,表示這個範圍越窄,而且其間液體的黏度越高。因此 Trg 一直被用作表示成為玻璃之難易(玻璃形成能力)的簡單指標。
Turnbull在1969年由均質成核理論,估算 Trg 要多大才容易成為玻璃。假設液體的黏度在 Tg 達到約10¹² Pa·s,並以某種形式隨溫度變化,結果是 Trg 大於約2/3的液體,冷卻途中晶體的成核速率非常小,即使緩慢冷卻也容易成為玻璃。Trg 約為1/2的液體,則需要非常快的急冷才能成為玻璃。純金屬的 Trg 被認為非常小,以一般的急冷不會成為玻璃。
在金屬玻璃的合金中,接近深共晶的組成時,Tl 大幅下降而 Tg 變化不大,因此 Trg 變大。例如 Tg 為650 K、Tl 為1000 K 的合金,Trg 為0.65。若改變組成使 Tl 降到900 K,Trg 約為0.72,可以期待更容易成為玻璃。實際上,塊狀金屬玻璃多數的 Trg 約在0.6以上,也有報告指出臨界冷卻速度越小的合金,Trg 有越大的傾向。以多成分降低液相線溫度,與井上經驗法則的想法也相通。
Trg 簡單方便,但不一定能正確排出玻璃形成能力的順序。不只成核,晶體成長的速度也很重要,而且 Tg 會隨加熱速率改變數K〜十幾K,Tl 也隨量測條件而變。因此在金屬玻璃中,也一併使用加熱時開始結晶化的溫度 Tx 與 Tg 之差 ΔTx(過冷液體區的寬度),以及以 Tx/(Tg + Tl) 表示的 γ 等指標。一般的做法是比較多個指標,最後再以實際鑄造、求出能成為玻璃的最大厚度來確認。
正確答案:A. Tg = 625 K、Tl = 940 K 的合金
計算Trg,Tg = 625 K、Tl = 940 K 的合金為 625/940 ≈ 0.665,Tg = 700 K、Tl = 1300 K 的合金約為0.538,Tg = 420 K、Tl = 820 K 的合金約為0.512。從Tl到Tg的溫度範圍越窄,越能在短時間內通過晶體可成核與成長的過冷液體溫度區,而且這段期間液體的黏度高,因此容易成為玻璃。Turnbull估計Trg達到約2/3以上時,結晶化會被強烈抑制。並不是選Tg最高或Tl最低的合金,重要的是兩者的比。這是經驗上的標準,也有例外。
會。純物質與化合物使用熔點 Tm,有時寫成 Tg/Tm。合金中固體開始熔化的溫度與完全熔化的溫度不同,因此一般使用完全成為液體的液相線溫度 Tl,作為應避免結晶化之溫度範圍的上限。
不一定。2/3是由成核理論得到的參考值,實際的玻璃形成能力也受晶體成長速度、以雜質為起點的異質成核,以及冷卻速度的影響。也有 Trg 大卻不易成為玻璃的合金,或相反的合金。
有。許多結晶性高分子有 Tg 約為熔點 Tm(絕對溫度)的1/2〜2/3的經驗法則。例如聚對苯二甲酸乙二酯(PET)的 Tg 約為350 K、Tm 約為530 K,比值約為0.66。