检查玻璃的结晶和相分离

尽管历史上对于玻璃生产商来说，相位分离的现象一直是一个问题，但现在众所周知，它在生产某些材料（例如玻璃陶瓷和多孔玻璃杯）方面具有优势。亚博网站下载

无论是理想的还是不希望的，知道如何控制玻璃制造过程中的相位分​​离至关重要。在本文中，基础相分离讨论并概述了如何操纵它以生产许多应用的高级材料。亚博网站下载

什么是相分离？

在物理和化学中，“阶段”一词提到了化学上均匀且物理上不同的材料区域。通常在液体中观察到的相分离是均匀的混合物分裂成两个或多个相。

一个常见的例子是，当室温下的水和油的混合物自然地“分离”成两个相，由纯油和另一个由纯水组成。可以说，这种混合物是“不混乱的”。

根据两个组分的相对浓度，该相分离的形态可能会大大变化。

如果混合物大部分是水，则将油相通过在互连（或“连续”）水相中以不同（或“不连续”）液滴的分散（或“不连续”）滴来形成。如果混合物主要是油，则会发生相反的效果。当每量的油和水大致相同时，这些相会往往是连续的。

玻璃中的相分离

相位分离通常发生在玻璃熔体中。硼硅酸盐玻璃（由二氧化硅和硼酸盐作为网络组合者组成）是一个众所周知的例子。^1,2

与水/石油示例相反，玻璃融化的相并非总是化学上纯净的。例如，硼硅酸盐玻璃通常会在“富有硼酸盐”相和“富含二氧化硅富的”相中的相位分​​离，这两个阶段均由每个网络的不同比例组成。

另外，玻璃中分离相的形态可能会波动。虽然液滴样相可以通过经典成核和生长形成，但突然的“旋转”相可导致连续形成的卷须样相。³

在左侧，旋律分解产生不同阶段的“卷须”。在右侧，成核会在较轻相中产生较暗相的液滴。（Gebauer等，2014）⁴。

这种相分离通常在熔融玻璃中的高温下呈现，将玻璃冷却成固体时持续并“冻结”。如果可玻璃化，则两个阶段在冷却后都可能形成玻璃（此过程称为玻璃玻璃相分离）。

但是，如果一个相可能会结晶，则混合物可能会冷却到玻璃晶相分离固体。⁵

长期以来，玻璃中的相位分​​离被认为是不受欢迎的 - 对于许多应用，仍然如此。⁶各个阶段的存在改变了玻璃融化的物理化学特性，因此很难塑造和降低最终玻璃的质量。

玻璃形成材料中的相位分​​离物理学非常复杂，即使在今天，具体细节也是激烈争论的主题。亚博网站下载⁷但是，玻璃制造商仍然发现了在整个玻璃制造过程中预防或最小化相位分离的方法。

这通常是通过自定义玻璃熔体组合物来实现的，而对于特定组成保留的相位分离发生。在na中₂O – B₂o₃–Sio₂例如，玻璃系统以下三元相图显示了将发生相位分离的不混溶性区域。

NA的简化三元相图₂O – B₂o₃–Sio₂系统。（Bartl等，2001）⁸。

相位分离（和混乱的结晶）也可以通过添加玻璃修饰符和调节热处理和冷却速率方法来调节。⁹

控制和利用玻璃中的相位分​​离

在上图中的不信用性区域内，有两个普通的商业玻璃成分明显标记。现在被广泛接受了阶段分离在特定应用中提供某些好处。

如今，异质相分离的眼镜涵盖了包括玻璃陶瓷在内的广泛的商业应用，多孔玻璃，pyrex^®，Vycor^®和蛋白石玻璃。

玻璃陶瓷与眼镜和陶瓷具有许多特性，并且是一类已知的多晶材料。亚博网站下载理想情况下，它们提供了玻璃的可可陶瓷，例如陶瓷的其他独特特性，例如高强度。

玻璃陶瓷是通过在无定形基玻璃（即晶体玻璃相分离）内形成的晶体相产生的。工程玻璃陶瓷取决于控制基本材料内的结晶。¹⁰

控制相分离还发现在生产多孔眼镜中的应用。多孔玻璃通常是高硅玻璃，由毛孔组成，孔具有特定的尺寸分布，范围从Angstrom到毫米尺度。

多孔玻璃通常是由碱性硼硅酸盐玻璃的相分离产生的，其中混合物在应用热处理后会经历旋转相分离以产生两个连续的相。¹¹

一旦相分离完成，就可以使用酸来溶解富含碱的硼酸盐相，以将其从固体中清除。这留下了高度纯净的多孔二氧化硅玻璃“骨架”。

示意图显示从相分开的碱（钠）硼硅酸盐混合物形成多孔玻璃。（Hasanuzzaman等人2016）¹¹。

相对于普通的散装玻璃，多孔玻璃表现出增强的机械和热稳定性，使其成为熔融石英的首选替代品，这很难形成。其他应用本身使用毛孔：例如催化剂支持，固定材料和靶向药物输送。亚博网站下载^12–16

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参考

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9. Liu，S.，Zhang，Y。＆Yue，Y。冷却速率对铝磷硅酸盐熔体中结晶的影响。眼镜的物理和化学 - 欧洲玻璃科学与技术杂志B部分亚博老虎机网登录52，（2011年）。
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16. 使用多孔玻璃微球进行靶向药物递送Mo-SCI公司。https://mo-sci.com/porous-glass-microsphers-targeted-drug-delivery/。

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