无机非金属材料学-复习

1、精选优质文档-倾情为你奉上无机非金属材料学复习题2014.12玻璃： 1. 名词解释：桥氧，非桥氧，网络形成体，网络外体，网络中间体，三T图，TK-100，硼氧反常性，混合碱效应（双碱效应）。 三T图：(温度-时间-转变)硼氧反常性：在R2O-B203二元玻璃中，碱金属氧化物提供的氧，可使硼从三配位转变成四配位，从而加强了网络，使玻璃的各种物理性质出现极值，这种现象称为“硼氧反常性”。Tk-100：电子玻璃体积电阻率为100M·cm时的温度(Tk-100)2. 无机非金属材料与其它材料相比在结构性能上有哪些特点？相对于金属键，共价键与离子键具有较高的能量，约高出金属键键能的一倍左右，

2、所以，离子键或共价键构成的无机非金属材料一般熔点高、硬度高，脆性大，透明度高，导电性低。具有金属键的金属材料有弹性，可延展，导电性高，透明度低。由于共价键的晶体的配位数比离子晶体还要小，所以共价键的晶体的熔点、硬度比离子晶体还要高。碳化物的离子键成分约占525%，氮化物的离子键成分约占2040%，硼化物的离子键成分约占510%。3. 什么是玻璃态物质的四个通性？ 各向同性；介稳性；性质变化的连续性和渐变性；没有固定的熔点4. Tg-Tf玻璃转变温度区域对玻璃的结构、性质有何意义？在转变温度区域内的任一温度，玻璃熔体有对应于该温度的平衡结构。温度越低，粘度越大，达到平衡结构的速度越慢，需要的时间

3、越长。因此，固态玻璃的性质与冷却速度有关，冷却速度越快，玻璃结构偏离平衡结构的程度越大，导致玻璃结构疏松，使玻璃密度、折射率等性质下降，冷却速度减慢，密度、折射率等性质上升，所以说固态玻璃的性质是相对的，并不是一个常数。5. 解释晶子学说和无规则网络学说。无规则网络学说：原子在玻璃中和在晶体中的作用是相同的，应形成连续的、三维空间的网络，但在玻璃中是不规则的，非周期性的，因而玻璃的内能大于晶体的内能，而晶体的结构是规则的、周期性的。晶子学说：在玻璃中存在着有规则排列的微小区域，这种有规则排列的微小区域与晶体的晶格相比又是极度变形的，他是相对的，距晶子中心的距离越远，不规则程度越显著。无规则网络

4、学说着重说明了玻璃结构的连续性，无序性和均匀性，而晶子学说则比较强调玻璃的微观不均匀性和有序性。当前比较统一的看法是:玻璃结构具有近程有序，远程无序的特点。6. 石英玻璃具有哪些结构、性能特点？1. Si04是熔融石英和结晶态石英的基本机构单元 ，2. Si-O键是极性共价键，3. Si-O键的键能非常大，4. Si04正负电荷重心重合，不带极性，5. Si04以顶角相连。6.性能：石英玻璃粘度大，机械强度高，热膨胀系数小，耐热耐化学稳定性好。Na2O - SiO2二元系统玻璃：石英玻璃中，加入R2O使氧的比值增加，玻璃中的氧不可能由两个硅原子所共用，开始出现一个硅原子键合的氧原子，即非桥氧，

5、使硅氧网络发生断裂，结果使玻璃结构减弱、疏松，导致玻璃的物理化学性能下降，如粘度、膨胀系数等。7. 氧化钙加入玻璃中一般来说会削弱玻璃的结构，但在钠硅玻璃中加入氧化钙反而加强了玻璃的结构，这是为什么？此时形成的Na2O-CaO- SiO2玻璃系统非常实用，又是为什么？8. 玻璃中氧化物分成哪三类？常见的玻璃网络生成体有哪些（至少三种）？分类：（1）网络形成体：能单独形成玻璃，在玻璃中能形成各自特有的网络体系（2）网络外体：凡不能单独生成玻璃，一般不进入网络而是处于网络之外（3）中间体：一般不能单独形成玻璃，其作用介于网络形成体和网络外体之间SiO2 B2O3 P2O5 GeO2 As2O59.

6、 玻璃中加入少量Al2O3的作用？在玻璃中加入少量的Al2O3，可以夺取非桥氧形成AlO4，进入硅氧网络，把断网连接起来，使玻璃结构趋于紧密，从而降低了玻璃的结晶倾向，抑制分相，Al2O3的加入还可以提高玻璃的化学稳定性，热稳定性，机械强度等性能，Al2O3还可以减轻玻璃对耐火材料的侵蚀。10. 玻璃生成的热力学条件：一般来说，同组分的晶体与玻璃的内能差别越大，玻璃越容易结晶，越难形成玻璃。11. 生成玻璃的关键是什么？与哪些因素有关？从动力学上看，生成玻璃的关键是熔体的冷却速度(粘度增大的速度)。冷却速度与哪些因素有关？ 熔体数量，产品大小、厚薄 冷却方式：倾注，喷涂， 冷却介质：铁板，油，

7、水或液态氨等·影响玻璃生成的因素.热力学条件： 有降低内能向晶态转变的趋势，玻璃是不稳定的或亚稳的。 一般来说，同组分的晶体与玻璃的内能差别越大，玻璃越容易结晶，越难形成玻璃。.动力学条件 玻璃析晶必须克服一定的势垒：成核所需建立新界面的界面能+晶核长大所需的质点扩散的活化能 生成玻璃的关键是熔体的冷却速度(粘度增大的速度)。 .晶体化学条件 熔体的聚合程度越大，化学键越强，越不易破坏，越不易形成有规则的排列，因此越容易形成玻璃。 12. 如何理解泰曼将玻璃析晶分为晶核生成与晶体生长两个过程。泰曼认为：玻璃的形成是由于过冷液体中晶核生成最大速度对应的温度低于晶体生长最大速度对应的温度

8、所致。即熔体冷却过程中，首先降到晶体生长最大速率所对应的温度，这时玻璃中晶核数量较少，不至于使玻璃析晶，然后再降到晶核生成最大速率所对应的温度，这时玻璃中有可能产生大量晶核，但此时的温度低于晶体生长最佳温度，致使晶核难以长大。晶核生成最大速率与晶体生长最大速率所对应的温度之间的温差越大，越易形成玻璃；反之，越易析晶。在均匀成核中，存在一临界成核半径，其值越小晶核越易形成，玻璃越易析晶。玻璃成核剂的选择：一般来说，成核剂和初晶相之间的界面张力越小，晶格常数越接近，成核就越容易。贵金属作为玻璃的晶核剂：金属颗粒一般要达到810nm，才能诱导主体玻璃析晶。13. 成核剂分成哪三类、原理？常用的成核剂

9、有哪些？ . 贵金属盐类成核原理：贵金属盐类熔于玻璃后，高温时，贵金属以离子状态存在，低温时，吸收电子而成原子状态，因溶解度小，热处理后而析出金属胶粒晶格参数相近，小于15%易于成核金属胶粒大小，一般在815nmAgCl,AgNO3,AuCl,CuCl2 . 氧化物成核原理：氧化物成核剂电荷高，场强大，对玻璃的结构有较大的积聚作用，从而导致玻璃分相、结晶。五氧化二磷、氧化锆、氧化钛. 氟化物成核原理：氟化物加入导致硅氧键断裂，结构减弱，促使玻璃成核、晶化，产生结晶状的沉淀物，即氟化物晶核 CaF2 、Na3AlF6 、Na2SiF6 14. 什么是玻璃的分相？ 玻璃分相的原因？在硅酸盐熔体中，

10、桥氧离子与硅离子以硅氧四面体的形式结合，并按本身的结构要求进行了排列。如果系统中加入其它阳离子，那么这些阳离子也力图将氧原子吸引到自己周围，按本身的结构要求进行排列。双方对氧离子的争夺，结果产生分相。分相对玻璃性质的影响？1.对具有迁移性能的有关性质会产生影响，如粘度、电导、化学稳定性等，2.对具有加和性能的有关性质影响较小，如密度、折射率、热膨胀系数、弹性模量等。分相的特点：分相是不混溶现象，分相区一般可从几个纳米至几百个纳米，因而属于亚微观结构不均匀性。相同组成的玻璃如热处理条件不同，可以出现连通结构或球形孤立滴状结构。15. 玻璃产生析晶的因素？1.玻璃组成是引起玻璃析晶的内因。2.玻璃

11、结构。3.玻璃分相对玻璃析晶也有一定作用。 .工艺因素：原料成分波动、配合料称量误差、混料不匀等。16. 玻璃粘度与组成的关系？玻璃粘度与温度的关系？转变点，应变点，软化点对应的粘度分别为：1012.4，1013.6，107.6 Pa.S。17. 玻璃的密度与组成、温度、热历史的关系？玻璃密度与温度关系：玻璃密度与温度关系：随着温度的升高，玻璃密度下降玻璃密度与热历史的关系：在退火温度范围内，玻璃的密度与退火温度、保温时间、降温速度呈现比较复杂的关系，可以指出如下规律：(1)玻璃从高温状态冷却时，淬火(急冷)玻璃比退火(缓冷)玻璃的密度低；(2)在一定退火温度下，保温一定时间后，玻璃的密度趋向

12、平衡，而淬火玻璃处于较大的不平衡状态；(3)冷却速度愈快，偏离平衡密度的温度愈高，其瓦温度也愈高。18. 影响玻璃机械强度的主要因素？提高玻璃的强度的方法？1)玻璃的化学组成a) 桥氧越多，强度越高：在玻璃结构中，桥氧形成的键要比非桥氧形成的键强得多。b) 化学组成：玻璃的化学组成是决定玻璃强度的重要因素i. 各氧化物对玻璃抗张强度的作用CaO>B2O3>BaO>Al2O3>SiO2>PbO>K2O>Na2O>(MgO,Fe2O3)ii. 各氧化物对玻璃抗压强度的作用Al2O3>SiO2(MgO,ZnO)>B2O3>Fe2O3&

13、gt;BaO(CaO,PbO)c) 高电荷阳离子：因较高的场强而比低电荷阳离子与氧离子结合的键强得多。2)玻璃的微不均匀性 3)玻璃的宏观缺陷 4)玻璃的表面微裂纹 5)玻璃使用环境的活性介质6)玻璃的使用温度7)玻璃中的应力8)玻璃的疲劳现象 9)随着玻璃几何尺寸的减小，试样表面和内部的缺陷生成的几率也随之减小，因而强度提高·提高玻璃强度的方法：(1)表面脱碱(2)火抛光 (3)化学腐蚀(4)物理钢化 (5)化学钢化 (6)表面涂层(7)微晶化或制成复合材料19. 玻璃的膨胀系数、电阻率与组成、温度、热历史之间的关系？ -膨胀系数（P21;）-电阻率(或电导率)的主要因素：(1)组

14、成·R2O和RO对电阻率的影响·B2O3对电阻率的影响·Al2O3对电阻率的影响·阳离子与玻璃电阻率的一般规律 (1.玻璃网络的断裂程度；2.阳离子的本身大小：R2O和RO的阳离子半径小、浓度高，电导率上升，电阻率下降；3.其它阳离子的影响；4.混合碱效应(双碱效应)：半径相差越大，双碱效应越明显、温度上升，双碱效应逐渐减弱 )(2)温度温度上升，电导率上升，电阻率下降；Tg以上，电导率急速上升。电真空玻璃常用T K-100 表示玻璃的绝缘性能(3)热处理当玻璃中有应力存在时，电导率增加未退火玻璃的电导率约为退火玻璃的三倍电导率：淬火玻璃未退火玻璃退火玻

15、璃20. 玻璃的化学稳定性：高碱玻璃的耐酸性小于耐水性，高硅玻璃的耐酸性大于耐水性。温度上升10,侵蚀介质对玻璃的侵蚀速度增加50150%。21. 玻璃折射率：玻璃的密度越大，光在玻璃中的传播越慢，折射率越大，反之密度越小，则折射率越小。离子极化率越高，摩尔折射度越大，玻璃折射率越高。22. 玻璃配方中常用的辅助原料有哪些？常用的玻璃着色剂、澄清剂、乳浊剂、氧化剂有哪些？（P30）玻璃的辅助原料:a) 1.澄清剂（氧化物，硝酸盐，硫酸盐，氟化物等）b) 2.着色剂c) 3.脱色剂d) 4.氧化剂和还原剂（氧化剂：氧化物，硝酸盐等；还原剂: 碳，酒石酸钾等）e) 5.乳浊剂f) 6.碎玻璃23.

16、 过渡金属离子着色机理：过渡金属在玻璃中以离子状态存在，它们的价电子在不同能级间跃迁，由此引起对可见光的选择性吸收，导致着色。24. 玻璃熔制过程中可分为哪五个阶段？硅酸盐形成阶段的特征，发生哪些物理化学反应？玻璃的熔制过程分为:1.硅酸盐形成阶段 2.玻璃形成阶段 3.玻璃液的澄清阶段 4.玻璃液的均化阶段 5.玻璃液的冷却阶段n 物理过程：有配合料的加热、吸附水的排除、组分的熔化、多晶转变及个别组分的挥发。n 化学过程：有固相反应、各种盐类的分解、水化物的分解、化学结合水的排除、组分间的相互作用及硅酸盐的形成。n 物理化学过程：低共熔物的生成、组分或生成物间的相互溶解、玻璃液与炉气介质间的

17、相互作用，玻璃液与耐火材料间的相互作用等。25. 玻璃形成过程的速度取决于什么？为什么？玻璃形成过程的速度取决于石英砂粒的溶解扩散速度;石英砂粒的溶解扩散速度又取决于扩散速度(P39)26. 玻璃液的均化是如何实现的？玻璃液冷却的目的、要求、应注意事项？熔制时：1）玻璃组成的熔解和扩散过程2）玻璃液的对流均化过程3）气泡上升引起的搅拌均化过程 冷却的目的：使玻璃液的粘度增加，达到成型所需的粘度范围（10001100) 。冷却后的要求：玻璃液的温度均匀一致，有利于成型。冷却应注意事项：冷却阶段应控制热均匀性和二次气泡的产生27. 玻璃熔制设备：分为坩埚窑和池窑28. 日用空心制品的机械成型：分为

18、供料和成型两部分，各有哪些方法？吹制法有哪四种？（P48）供料：液流供料、真空吸料、滴料供料。成型：压制法、吹制法。吹制：压吹法、吹吹法、带式吹次法、转吹法29. 平板玻璃的成型有哪些方法？简述浮法玻璃的成型过程？浮法成型、垂直引上法成型、平拉法成型、压延法成型熔窑的配合料经熔化、澄清均化、冷却为11501100左右的玻璃液，连续流至锡槽，浮在金属锡液上，摊成厚度均匀平整玻璃带，冷却硬化后脱离金属液，再经退火切割而成的透明无色。30. 什么是玻璃中的暂时应力、永久应力？暂时应力：热应力随着温度梯度的存在(或消失)而存在(或消失)，所以称为暂时应力。永久应力：常温下，玻璃内外层温度均衡后，（即温

19、度梯度消失后），仍然残留的热应力称为永久应力(也叫做残余应力)。31. 玻璃退火的目的：玻璃的退火就是消除或减小玻璃中热应力至允许值的热处理过程。32. 解释图4-3。(P61)33. 什么是钢化玻璃？通过玻璃淬火，在冷却后，使玻璃内部具有均匀分布的内应力，从而提高玻璃的强度和热稳定性，这种淬火玻璃又称为钢化玻璃。影响玻璃物理钢化的因素:n1.淬火温度，2.冷却速度，3.玻璃的化学组成，4.玻璃的厚度。34. 玻璃常见的缺陷及产生的原因？(P65)气泡：1.残留气泡的形成2.二次气泡的形成3.耐火材料引起的气泡4.铁引起的气泡5.其它气泡的形成 结石：1.配合料结石2.耐火材料结石3.析晶结石

20、4.其它结石 条纹：1.熔制不均匀2.窑碹上的玻璃滴3.耐火材料的侵蚀4.结石熔化引起的条纹35. 镀膜玻璃的制备方法有哪些？气溶胶法，溶胶凝胶法，真空镀膜法，阴极溅射法，离子镀膜法等36. 光电功能玻璃有哪些？有通讯光纤，基板玻璃，激光玻璃，导电玻璃等37. 玻璃配方计算。综合题：1. 科研人员在开发一新的玻璃系统时，发现玻璃出现析晶现象，请从组成、结构以及玻璃工艺条件等方面分析析晶的可能原因和解决办法。（p10）2. 为了制造某一玻璃产品，试选择一个三元玻璃系统，并说明选择的理由（只要合理就行）。经初步实验和性能测试，如果玻璃的膨胀系数或耐水性没有达到预期效果，这时将如何改进（只讨论性能测

21、试数据比预期偏小的情况）？3. SiO2 、Al2O3、CaO是玻璃、陶瓷、水泥的主要组成，试比较它们在玻璃、陶瓷、水泥中的作用？对材料结构、性能、制备工艺的影响？4. 玻璃熔制、陶瓷烧成、水泥煅烧是制备相应材料的重要一环，试说明它们各自的特点，以及它们之间的异同。陶瓷：1. 什么是粘土的可塑性? 粘土的烧结特性?粘土的颗粒越细，表面积越大，分散程度越高，可塑性越好。干燥收缩和烧成收缩构成了粘土的总收缩。陶瓷原料中的粘土，石英，长石按其主要作用分别为可塑料，瘠性料，熔剂。陶瓷的不同性能可通过改变坯料配比（控制瘠性料和熔剂）、坯料的细度和坯体的致密度来获得。2. 石英在陶瓷生产中的作用?a) 石

22、英是瘠性料，可降低可塑性，减少收缩变形，加快干燥b) 高温时，增加粘度，减小坯体变形c) 未熔石英与莫来石一起构成坯体骨架，增加强度d) 在釉料中增加石英含量可提高釉的熔融温度，提高釉的耐磨性和抗化学腐蚀性3. 氧化铝的三种晶型及特点？氧化铝预烧目的和注意事项。- Al2O3 - Al2O3 - Al2O3 预烧的目的：帮助碎化原料；减少坯料收缩；改变结构形态；稳定晶型4. 碳化物的特点：熔点高、硬度高、热膨胀系数小、电阻率小、导热系数高。碳化物的制备方法：金属和碳直接化合，氧化物与碳反应，气相沉积等5. 陶瓷坯料的混合制备包括哪几个过程：混合制备分为细粉碎，泥浆的脱水，造粒，陈腐，练泥及真空

23、处理。6. 特种陶瓷的坯料组成：主料：Si3N4,SiC,BaTiO3,Al2O3,ZrO2,BeO，辅料：解凝剂、塑化剂，改性料：展宽剂、移动剂等7. 常用的陶瓷成型方法及其坯料含水量？（p114）8. 影响陶瓷坯料可塑性的因素：液相含量与性质，颗粒尺寸和形状，矿物种类。9. 影响陶瓷注浆成型吸浆速度的因素：颗粒的比表面积，压力差，泥浆的粘度，注浆温度，模型中的气孔数量。解释图9-4。（p119）10. 影响陶瓷坯体压制成型的与粉料有关的因素？粒度和粒度分布，粉料的流动性，粉料的含水率，解释图9-6。11. 釉的作用：改善陶瓷制品的表面性能，保护釉下彩绘，提高制品的机械强度、电学性能、化学稳

24、定性、热稳定性。釉料配方的原则：1.釉料应在坯体烧结范围内成熟，2.熔化范围要宽些，3.釉的膨胀系数要与坯体相适应，4.形成良好的中间层，5.釉料性质应符合工艺要求，6.正确选用原料。釉料配方选用的一般规律：酸性强的坯体配酸性弱的釉，酸性弱的坯体配偏碱性的釉，含SiO2高的坯体配长石釉，含Al2O3高的坯体配石灰釉。还原气氛对陶瓷烧成釉料的表面张力有提高作用,一般可达2025%。12. 什么是坯釉中间层，它的作用？由于坯和釉化学组成上的差异，在高温烧成时，某些成分通过溶解、渗透与扩散作用，使接触面的化学组成和物理性质介于坯体和釉层之间，结果形成中间层，它吸收溶解了坯体中的SiO2、 Al2O3

25、，釉层中的R2O、B2O3等成分，中间层的厚度1520m，存在莫来石、钙长石、硅灰石等析晶相，起到改善坯釉结合性，缓冲坯釉间应力的作用。13. 干燥的作用降低水分，提高强度，提高坯体吸附釉层的能力，提高烧成窑的效率，缩短烧成周期。14. 影响干燥速度的因素：坯料的性质，坯体形状大小和厚度，坯体温度，干燥介质的性质，热扩散与湿扩散的方向。解释图11-1。（p137）常用的干燥方法？1.对流干燥 2.工频电干燥 3.远红外干燥 4.微波干燥15. 陶瓷烧成中液相的作用：1 促进晶粒长大，2 促进致密化、性能提高，3 使坯体变成白色或半透明，釉面有光泽。16. 陶瓷烧成的冷却阶段可分为急冷、缓冷、快

26、冷，这是为什么？冷却初期急冷：1 缩短烧成周期，2 抑制莫来石长大，3 防止釉层析晶，4 防止低价铁的再度氧化。冷却中期缓冷：防止液相凝固、石英晶型转化，产生应力。后期因温差小可快冷。17. 陶瓷烧成制度的拟定应考虑的因素？原料颗粒度与活性，添加剂，坯料在加热过程中的性状变化，坯体形状、厚度和入窑水分，窑炉结构、燃料性质、装窑密度，烧成方法。18. 压力制度的影响：陶瓷烧成中，通常负压有利于氧化气氛的形成，正压有利于还原气氛的形成。19. 等静压成型的特点：密度高，强度大，尺寸精确，可压制形状复杂、H/D大的坯体。等静压成型的缺点：设备费用高，产量低。等静压分为：常温等静压和高温等静压。20.

27、 热等静压烧结的特点？热等静压烧结的陶瓷制品的烧结温度仅为熔点的5060%。热等静压烧结可使陶瓷瓷件的致密度基本上达100%。热等静压烧结的陶瓷制品只需很少的精加工甚至无需加工就能使用。21. 特种陶瓷烧成的新方法主要有哪些？1·热压烧结，2·热等静压烧结，3·气氛烧结等22. 目前研究较多的结构陶瓷有哪些？Si3N4，SiC，BaTiO3，Al2O3，ZrO2等23. 功能陶瓷有哪些？铁电陶瓷（压电陶瓷，热释电陶瓷）等，敏感陶瓷（热敏、压敏、光敏陶瓷等），磁性陶瓷（软磁铁氧体，硬磁铁氧体等）。敏感陶瓷多属半导体陶瓷。水泥：1. 硅酸盐水泥生产的主要流程：两磨一烧

28、。煅烧窑有回转窑、立窑、机械化立窑。2. 硅酸盐水泥的主要活性成分是什么?水泥主要活性组分的粒径在330m.国标规定：硅酸盐水泥初凝不得早于45min，终凝不得迟于12h，普通水泥分别为45min和10h.3. 水泥的主要原料有哪些：石灰质原料，粘土质原料，校正原料 4. 生料配制的主要依据是熟料的率值。水泥熟料的性能由水泥的矿物组成决定，矿物组成由率值决定。5. 硅酸盐水泥熟料尽管是多种矿物集合体，但主要氧化物只有四种，哪四种？SiO2 CaO Al2O3 Fe2O3 6. CaO含量的高低，对水泥性能有何影响：一般来说，增加水泥熟料中的CaO含量，能增加水泥的强度，加速水泥的硬化过程。但不是CaO含量越多，质量越好。CaO含量过多，反应不完全，残