无机材料科学基础非晶态结构与性质

1、第4章非晶态结构与性质、名词解释1 .熔体与玻璃体：熔体即具有高熔点的物质的液体。熔体快速冷却形成玻璃体。2 .聚合与解聚：聚合：各种低聚物相互作用形成高聚物解聚：高聚物分化成各种低聚物3 .晶子学说与无规则网络学说：晶子学说（有序、对称、具有周期性的网络结构）：1硅酸盐玻璃中含有无数的晶子2晶子的互相组成取决于玻璃的化学组成3晶子不同于一般微晶，而是带有晶体变形的有序区域，在晶子中心质点排列较有规律，远离中心则变形程度增大4晶子分散于无定形物质中，两者没有明显界面无规则网络学说（无序不对称不具有周期性的网络结构）1形成玻璃态的物质与晶体结构相类似，形成三维的空间网格结构2这种网络是离子多面体

2、通过氧桥相连进而向三维空间规则4 .网络形成体与网络变性体：网络形成体：能够单独形成玻璃的氧化物网络变性体：不能单独形成玻璃的氧化物5 .桥氧与非桥氧：桥氧：玻璃网络中作为两个成网多面体所共有顶角的氧非桥氧：玻璃网络中只与一个成网多面体相连的氧二、填空与选择1 .玻璃的通性为：各向同性、介稳性、由熔融态向玻璃态转化是可逆与渐变的，无固定熔点、由熔融态向玻璃态转化时，物理、化学性质随温度的变化连续性和物理化学性质随成分变化的连续性。2 .氧化物的键强是形成玻璃的重要条件。根据单键强度的大小可把氧化物中的正离子分为三类：网络形成体、网络中间体和网络改变体；其单键强度数值范围分别为单键强度335KJ

3、/mol、单键强度介于250335KJ/mol和单键强度v250335KJ/mol。3 .聚合物的形成可分为三个阶段，初期：石英颗粒的分化；中期:缩聚与变形;后期：在一定时间内分化与缩聚达到平衡。4 .熔体结构的特点是：近程有序、远程无序。5 .熔体是物质在液相温度以上存在的一种高能量状态，在冷却的过程中可以出现结晶化、玻璃化和分相三种不同的相变过程。6 .在玻璃性质随温度变化的曲线上有二个特征温度Tg（脆性温度）禾3Tf（软化温度），与这二个特征温度相对应的粘度分别为1012Pas和108Pas。7 .在SiO2玻璃中加入N*O后，析晶能力将A,玻璃形成能力将Bo（A增强B减弱C不变）（在熔

4、点粘度越大，越不容易析晶，容易形成玻璃）8 .能单独形成玻璃的氧化物（网络形成体），其单键强度为B；不能单独形成玻璃的氧化物（网络变性体），其单键强度为A。（A小于250KJ/mol;B大于335KJ/mol;C250335KJ/mol）9 .当温度不变时，硅酸盐熔体中的聚合物种类、数量与熔体组成（O/Si比）有关。O/Si比值大，表示碱性氧化物含量高，这时熔体中的Bo（A高聚体数量增多；B高聚体数量减少；C高聚体数量多于低聚体；D高聚体数量少于低聚体）10 .按照在形成氧化物玻璃中的作用，下列氧化物网络变体（单键强度v250）有NaQCaOBaQ中间体有Al2C3,网络形成体（单键强度335

5、）有：SiO2、BQ、P2Q0（SiO2、NaORQ、CaOAlzQ、PzQ、KOBaO）三、简述硅酸盐熔体聚合物结构形成的过程和结构特点。初期：主要是石英（或硅酸盐）的分化；中期：缩聚反应并伴随聚合物的变形;下达到缩聚、分化后期：在一定温度（高温）和一定时间（足够长）平衡。结构特点：近程有序，远程无序四、试用实验方法鉴别晶体SiO2、SiO2玻璃、硅胶和SiO2熔体。它们的结构有什么不同？可以通过X射线衍射的方法鉴别晶体SiO2衍射强度时强时弱SiO2玻璃和SiO2熔体呈现宽阔的衍射峰，而熔体的强度较玻璃强硅胶：具有小角度散射的衍射峰五、在SiO2熔体中，随N&O加入量的不同，粘度将

6、如何变化，为什么？CaO、MgOAI2Q、BQ与SiO2对熔体的粘度又有何影响，为什么？1、随着NaO的增加；在NaO含量少的时候，提供游离氧使硅,；一氧比上升，粘度下降，由于离子半径小，反极化作用强，下降速率快；在NaO含量多的时候，提供游离氧使硅氧比上升，粘度下降，由于C2-含量高，离子半径小的具有较大的作用力矩，下降速率慢；2、对于MgO即为RO能够提供O",使硅氧比上升，粘度下降，由于离子势较大，使粘度上升，但上升量不及下降量，故MgO能使粘度下降，但并非为迅速下降3、RQ在含量低的时候增加含量，粘度上升，原因在于形成了BO4;含量较高的时候，增加含量，粘度下降，原因在于形成

7、BO3。4、加入SiO2使硅氧比下降，粘度上升。5、加入CaO低温增加粘度，高温时含量1012%曾加粘度，v1012时降低粘度6、Al2Q能够使粘度上升六、一种熔体在1300c的粘度是3100dPas,在800c是108dPas,在1050c时其粘度为多少？在此温度下急冷能否形成玻璃？lgn=A+：Blg3100=A+B;lg108=A+B1573.151073.153.5_AB1573.15B1073.154.5=3104B;B=15000;A=-6c15000-6-1323.15n=218776Pa.Sn介于103107可以形成玻璃七、简述晶子学说与无规则网络学说的主要内容，并比较两种学说

8、在解释玻璃结构上的相同点和不同点。晶子学说(有序对称有周期性重复结构)1)硅酸盐玻璃中存在无数“晶子”；2) “晶子”的化学性质取决于玻璃的化学组成；3) “晶子”不同于一般微晶，而是带有晶格变形的有序区域，在“晶子”中心质点排列较有规律，愈远离中心则变形程度愈大；4) “晶子”分散在无定形介质中，两者无明显界线，逐渐过渡无规则网络学说(无序不对称无周期性重复结构)(1)形成玻璃态的物质与相应的晶体结构类似，形成连续的三维空间网络结构；(2)这种网络是由离子多面体通过桥氧相连，向三维空间无规律的发展而构筑起来的；相同点：玻璃的结构是近程有序、远程无序的。八、根据玻璃形成条件，对下列几种物质形成

9、玻璃的难易程度进行排序,并说明理由。SiO2、N32O-SiO2、NaO-2SiO2、NaClX:非桥氧Y:桥氧Z:配位数R:硅氧比SO2Na2OSO2Na2Oo2SiO2=4;R=2Z=4;R=3Z=4;R=2.5XY=ZXY=Z0.5Y二RX0.5Y=RX0.5Y=RY=4;XY=2;X=2Y=3;X=1,硅酸盐玻璃不能构成三维网络，即不成玻;Y值越高，刀越大，玻璃形成能力越强；故SiO2>Na2Oo2SiO2>Na2OoSiO2>NaCl九、试计算下列玻璃的结构参数与非桥氧分数:NaO1/3AI2O-2SiO2；(a)NaOSiO2；(b)NaOCaO-AI2Q2SQ2

10、；(c)(d)10mol%N&O-18moI%CaO-72mol%SiO2;(e)13wt%NaO-13wt%CaO74wt%SiO2。(a)Na2O*SiO2(b)(d)3Z=4;R=310.5Y=Z-R=1Y=2；X=210mol%Na?Oj8moI%CaONa2OCaO小12O31SiO?Na20<aO-2>1；即网络形成体AI2O3r-1卜：招、clZ-4;R=2.25一一22一0.5YzzZ_R=4.75Y=3.5;X=0.5*2mol%SiO210H8-722Z-4;R-2.3972一0.5Y二Z_R=1.61YT.2；X-0.8(e)(C)Na2O.3AI2O

11、3*SiO2Na2O；1>3；即网络形成体AI2O3口/311：；4Z;R-孕50.5Y=Z-R=1.75Y3.5；X=0.513wt%Na2O，3wt%CaO*4wt%SiO2M(NazO)n(Na2。)mol%f三2；M(CaO)zz56；M(SiO2)Z0=0.21；n(CaO)=0.23；n(2)=1.23(Na?O)=12.6%；moI%(CaO)T3.8%；moI%(SiOpd3.7%12.6%Na2O，3.8%CaO，3.7%SiO2,-12.6-13.8473.72cccZ=4;R=2.3673.70.5YzzZ-R364Y428；Xzz0.72非桥氧分数A=X/(X+0

12、.5Y);Aa=67%;Ab=22%;Ac=22%;Ad=33%;Ae=31%十、有两种不同配比的玻璃，其组成如下:序号NaaO(wt%)AI2O(wt%)SiO2(wt%)181280212880试用玻璃结构参数说明两种玻璃高温下粘度的大小?8wt%Na2O12wt%Al2O3/0wt%SiO2M(Na2o)心2；M(ai2o?=02；M(Si"/0n(Na2。)壬.129；n(Al2O3)ZZ0-118；n(SiO2)i33mol%(Na2O)=8-2%；mol%(caO)=7.5%；mol%(siO2)=84.3%8.2%Na2O«.5%Al2O3.4.3%SiO2Na20_8£>1;即网络形成体Al2O3"7.512wt%Na2Owt%Al2O3和wt%SiO2M(Na2O)-62；M(Al2O3)=02；M(SOp_6n(Na2O)0.194；n(AlzOs)0.078；n(SiOj二mol%(Na?O)=2.1%；mol%(