CN107228857A - 一种判断玻璃形成的方法 - Google Patents

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岳远征
袁政
陶海征
单志涛
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Abstract

本发明公开了一种判断玻璃形成的方法。按照待判断组成进行称量、配料，并制成适合气动悬浮加热装置评测用的球形样品；启动气动悬浮加热装置将球形样品悬起，并加热熔融，使球形样品温度处于液相线温度以上；停止加热，继续使熔体保持悬浮状态，使其在气动悬浮条件下自然冷却；调节装置位置获取清晰图像；观察图像，球形样品中央若始终观察到圆形亮斑现象，则该冷却条件下能形成玻璃。本发明直接观察高速摄像机所获得的图像，快速简单，能直观的判断玻璃形成。

Description

一种判断玻璃形成的方法
技术领域
本发明属于玻璃材料领域，特别涉及一种判断玻璃形成的方法。
背景技术
玻璃不同于晶体材料，具有许多特殊的性能。如各项同性，介稳性，可逆性，连续性等。在生活中应用十分广泛，随处可见。其在凝聚态物理上也有其独特的研究价值，被认为是介于固态与液态之间的一种材料。在科研与生产中判断所获得的材料是否是玻璃具有重要意义。
判断玻璃形成的方法主要有X射线衍射分析和差示扫描量热法。X射线衍射分析是利用晶体形成的X射线衍射，对物质进行内部原子在空间分布状况的结构分析方法。将具有一定波长的X射线照射到结晶性物质上时，X射线因在结晶内遇到规则排列的原子或离子而发生散射，散射的X射线在某些方向上相位得到加强，从而显示与结晶结构相对应的特有的衍射现象。玻璃不同于晶体结构，在X射线衍射分析中无衍射峰，可据此判断是否形成玻璃。差示扫描量热法，一种热分析法。在程序控制温度下，测量输入到试样和参比物的功率差(如以热的形式)与温度的关系。差示扫描量热仪记录到的曲线称DSC曲线，它以样品吸热或放热的速率，即热流率dH/dt为纵坐标，以温度T或时间t为横坐标，可以测定多种热力学和动力学参数。玻璃在玻璃转变温度区间发生玻璃转变具有热效应，可通过差式扫描量热发判定。以上两种方法成本较高，且较为耗时。
发明内容
本发明的目的是提供一种判断玻璃形成的方法，该方法简单、快速。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种判断玻璃形成的方法，包括如下步骤：
1)制样：按照待判断组成进行称量、配料，并制成适合气动悬浮加热装置评测用的球形样品；
2)悬浮：启动气动悬浮加热装置将球形样品悬起，并加热熔融，使球形样品温度处于液相线温度以上；
3)淬冷：停止加热，继续使熔体保持悬浮状态，使其在气动悬浮条件下自然冷却；
4)图片记录：按照下述顺序放置成像装置，背景平行光源、球形样品、凸透镜、小孔光阑、带通滤光片、成像屏、高速摄像机；各装置的中心共线且小孔光阑置于凸透镜焦点处，调节凸透镜与球形样品之间距离，使小孔光阑对球形样品热辐射的滤光效果达到最佳，调节各装置位置获取清晰图像；
5)判断：观察图像，球形样品中央若始终观察到圆形亮斑现象，则该冷却条件下能形成玻璃。
按上述方案，步骤2所述气动悬浮加热装置包括圆锥喷嘴和激光加热装置；球形样品放置于圆锥喷嘴上，气体由下向上喷出将样品悬浮于圆锥喷嘴上而不与之接触,且激光加热装置从上下两个方向同时加热球形样品。
按上述方案，步骤2中球形样品温度处于液相线温度以上保持一分钟。
按上述方案，步骤2加热方式为CO2激光加热。
按上述方案，步骤3自然冷却过程中不与器皿接触，充分避免异相成核。
按上述方案，步骤3气动悬浮条件下自然冷却接近1000k/s的冷却速率。
按上述方案，所述背景平行光源发射的激光波长是532nm。
按上述方案，所述的带通滤光片允许通过的中心波长是532nm。
本发明的有益效果是：
本发明操作过程中，熔滴悬浮于气流中的，淬冷过程，不与器皿接触，极大程度避免了异相成核对玻璃形成的干扰。
熔滴悬浮于气流中，淬冷时关闭激光，高速气流使熔滴快速降温，实现近1000k/s的冷却速率。如此大的冷却速度结合不接触器皿成玻，可以极大拓展被判断材料的种类。
本发明直接观察高速摄像机所获得的图像，快速简单，能直观的判断玻璃形成。
附图说明
图1：图片记录摄像装置示意图；
图2：实施例1图片记录摄像装置所记录图片；
其中，1-背景平行光源；2-球形样品；3-圆锥喷嘴；4-激光加热装置；5-凸透镜；6-小孔光阑；7-带通滤光片；8-成像屏；9-高速摄像机；10-气流。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1：
一种判断物质能形成玻璃方法，它包括如下步骤：
1)熔制:将一定比例的氧化钙、氧化铝粉末混合均匀，压成片状,取约15mg的原料置于悬浮熔炉内，打开上激光从原料上部进行加热熔融，在表面张力的作用下，熔融液体自动接近于球状。关闭激光，取出球形样品。
2)悬浮：将上述球形样品置于喷嘴上，打开气流使球形样品悬浮，然后打开上下激光同时加热，球形样品熔融成熔滴悬浮于气流中。
3)淬冷：关闭激光，保留气流。高速摄像机记录淬冷过程图像。
如图1所示图片记录摄像装置示意图。其中，气动悬浮熔炉装置包括球形样品2放置于圆锥喷嘴3上，气流10由下向上喷出，将样品悬浮于喷嘴上而不与喷嘴接触，且激光加热装置4从上下两个方向同时加热样品。背景平行光源1发射平行激光，依次通过球形样品2、凸透镜5、小孔光阑6、带通滤光片7、成像8屏，到达高速摄像机9并记录图片。
其中高速摄像机以每秒不少于500张照片的帧数连续记录，并在计算机上播放，实际形成的是一段样品淬冷过程的录像。若观察到录像中样品中央始终出现圆形亮斑，则该样品在该冷却条件下形成玻璃。图2为实施例1中图片记录摄像装置所记录图片。
实施例2：
一种判断物质能形成玻璃方法，它包括如下步骤：
1)熔制:将一定比例的氧化钇、氧化铝粉末混合均匀，压成片状,取约15mg的原料置于悬浮熔炉内，打开上激光从原料上部进行加热熔融，在表面张力的作用下，熔融液体自动接近于球状。关闭激光，取出球形样品。
2)悬浮：将上述球形样品置于喷嘴上，打开气流使球形样品悬浮，然后打开上下激光同时加热，球形样品熔融成熔滴悬浮于气流中。
3)淬冷：关闭激光，保留气流。高速摄像机记录淬冷过程图像。

Claims (7)

1.一种判断玻璃形成的方法，其特征在于包括如下步骤：
1)制样：按照待判断组成进行称量、配料，并制成适合气动悬浮加热装置评测用的球形样品；
2)悬浮：启动气动悬浮加热装置将球形样品悬起，并加热熔融，使球形样品温度处于液相线温度以上；
3)淬冷：停止加热，继续使熔体保持悬浮状态，使其在气动悬浮条件下自然冷却；
4)图片记录：按照下述顺序放置成像装置，背景平行光源、球形样品、凸透镜、小孔光阑、带通滤光片、成像屏、高速摄像机；各装置的中心共线且小孔光阑置于凸透镜焦点处，调节凸透镜与球形样品之间距离，使小孔光阑对球形样品热辐射的滤光效果达到最佳，调节各装置位置获取清晰图像；
5)判断：观察图像，球形样品中央若始终观察到圆形亮斑现象，则该冷却条件下能形成玻璃。
按上述方案，步骤2所述气动悬浮加热装置包括圆锥喷嘴和激光加热装置；球形样品放置于圆锥喷嘴上，气体由下向上喷出将样品悬浮于圆锥喷嘴上而不与之接触,且激光加热装置从上下两个方向同时加热球形样品。
2.如权利要求1所述判断玻璃形成的方法，其特征在于步骤2中球形样品温度处于液相线温度以上保持一分钟。
3.如权利要求1所述判断玻璃形成的方法，其特征在于步骤2加热方式为CO2激光加热。
4.如权利要求1所述判断玻璃形成的方法，其特征在于步骤3自然冷却过程中不与器皿接触，充分避免异相成核。
5.如权利要求1所述判断玻璃形成的方法，其特征在于步骤3气动悬浮条件下自然冷却接近1000k/s的冷却速率。
6.如权利要求1所述判断玻璃形成的方法，其特征在于所述背景平行光源发射的激光波长是532nm。
7.如权利要求1所述判断玻璃形成的方法，其特征在于所述的带通滤光片允许通过的中心波长是532nm。
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