无机材料物理化学：第三章习题课

1、 第三章熔体和非晶态固体习题课1、熔体的聚合物理论： 形成的三阶段 初期：主要是石英颗粒的分化；中期：缩聚反应并伴随聚合物的变形；后期：一定T、t 达到聚合 解聚平衡。 熔体的性质： 粘度和表面张力粘度理论2、玻璃的结构 晶子假说：微不均匀性、有序性、不连续性 无规则网络学说：无序、连续、统计性 玻璃形成条件： 玻璃的结构参数2/3规则 玻璃的组成是13wt%Na2O 、13wt%CaO、74wt%SiO2，计算非桥氧分数。 分析：要应用关系式，必须换算成mol%。 解：玻璃组成 Na2O CaO SiO2 wt% 13 13 74 mol 0.21 0.23 1.23 mol% 12.6 1

2、3.8 73.6 Z4 X2RZ22.3640.72YZX40.723.28非桥氧数 有两种不同配比的玻璃其组成如下：序 号 Na2O (wt%) Al2O3(wt%) SiO2(wt%) 1 8 12 80 2 12 8 80 试用玻璃结构参数说明两种玻璃高温下粘度的大小？解：玻璃组成： 序 号 Na2O Al2O3 SiO2 wt% mol% wt% mol% wt% mol% 1 8 8.18 12 7.48 80 84.3 2 12 12.1 8 4.87 80 83.03 对1玻璃 ， Na2O/Al2O38.18/7.481 Al3+被视为网络形成离子，Z=4 Y=2Z2R2(42

3、.007)3.986对2玻璃， Na2O/Al2O312.1/4.87 1 Al3+被视为网络形成离子，Z=4 X2RZ22.07840.156Y=ZX40.1563. 844讨论： 1玻璃 Y1 3.986 , 2玻璃 Y2 3.844 即有：Y1 Y2 所以在高温下 1玻璃 粘度 2玻璃 粘度 SiO2 熔体的粘度在1000时为1015dpa.s，在1400时为108dpa.s， 玻璃粘滞的活化能是多少？上述数据为恒压下取得，若在恒容下获得，你认为活化能会改变吗？为什么？解：(a) 对 0exp(E/kT)取对数得： Ln Ln 0 E/kT 令 A Ln 0 B E/k 则Ln A B/

4、T 将 、T值代入上式解之得： A32.88 B85828活化能EBk858281.3810231.181018(J/个)粘滞的活化能=1.1810-186.021023=710.3kJ/mol(b) 上述数据是在恒压下取得，在恒容下，预计活化能会有所不同。因为恒容时熔体所受压力应增加，这将使其粘度增大，从而改变了活化能值。 在SiO2中应加入多少Na2O,使玻璃的O/Si2.5，此时析晶能力是增强还是削弱？解；假定引入的Na2O的mol含量为 x ， 则SiO2的mol含量为 1x此时析晶能力增强。 有一种平板玻璃组成为14Na2O-13CaO-73SiO2，其密度为2.5g/cm3，计算该

5、玻璃的原子堆积系数(AFP)为多少？计算该玻璃的结构参数值？解： a 、 该玻璃的平均分子量 在1nm3 中原子数为在1nm3中原子所占体积Y=2Z2R2422.37=3.26 有一组二元硅酸盐熔体，其R值变化规律如下，写出熔体一系列性质的变化规律(用箭头表示) R2； 2.5 ； 3 ; 3.5 ; 4(1) 游离碱含量(2) O/Si (3) 低聚合物数量(4) 熔体粘度(5) 形成玻璃能力(6) 析晶能力 网络变性体(如Na2O)加到石英玻璃中，使O/Si比增加。实验观察到当O/Si2.53 时，即达到形成玻璃的极限。根据结构解释，为什么 2 O/Si2.5的碱硅石混合物可以形成玻璃，而

6、O/Si3的的碱硅石混合物结晶而不形成玻璃？答： 当2 O/Si2.5时，在熔融状态 下SiO44仍可连成网络状，且聚合程度高，故可形成玻璃。但当O/Si3时，由于碱金属氧化物明显增加，使熔体中分子较小的低聚合物增加，熔体粘度变小，故可易结晶而不易形成玻璃。 在硅酸盐熔体析晶的成核速率、生长速率随T变化的关系图中，标出哪一条曲线代表成核速率，哪一条曲线代表生长速率？为什么？速率 TuIV原因：低温熔体粘度大，质点移动困难易聚结在一起而成核， 即低温有利于成核； 高温熔体粘度小，质点移动速率大，晶核易相遇形成 大的晶核而长大，即高温有利于生长。、已知瓷釉与玻璃具有类似的结构，试用无规则网络学说说

7、明瓷釉结构中各离子所处的位置。、 在硅酸盐玻璃和硼酸盐玻璃中，随着R2O的引入(25mol),玻璃熔体的粘度怎样变化？试用聚合物理论解释。、 解释B2O3含量10mol，SiO2含量90mol的熔体，在冷却过程中各自形成两个互不相容的分层玻璃，而加入适量Na2O后，能得到均匀的玻璃。、 论证形成玻璃必须具有混合键。填空题 1、Tg是，它与玻璃形成过程的冷却速率有关，同组分熔体快冷时Tg比慢冷时，淬冷玻璃比慢冷玻璃的密度，热膨胀系数。 2、 三T图中三个T代表、和。 3、 粘滞活化能越大，粘度越。 硅酸盐熔体或玻璃的电导主要决定于。4、 0.2Na2O-0.8SiO2组成的熔体，若保持Na2O含量不变，用CaO置换部分SiO2后，电导。 5、 在Na2OSiO2熔体中加入Al2O3(Na2O