無機材料物理化學：第三章習題課

1、 第三章熔體和非晶態(tài)固體習題課1、熔體的聚合物理論： 形成的三階段 初期：主要是石英顆粒的分化；中期：縮聚反應并伴隨聚合物的變形；后期：一定T、t 達到聚合 解聚平衡。 熔體的性質(zhì)： 粘度和表面張力粘度理論2、玻璃的結構 晶子假說：微不均勻性、有序性、不連續(xù)性 無規(guī)則網(wǎng)絡學說：無序、連續(xù)、統(tǒng)計性 玻璃形成條件： 玻璃的結構參數(shù)2/3規(guī)則 玻璃的組成是13wt%Na2O 、13wt%CaO、74wt%SiO2，計算非橋氧分數(shù)。 分析：要應用關系式，必須換算成mol%。 解：玻璃組成 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非橋氧數(shù) 有兩種不同配比的玻璃其組成如下：序 號 Na2O (wt%) Al2O3(wt%) SiO2(wt%) 1 8 12 80 2 12 8 80 試用玻璃結構參數(shù)說明兩種玻璃高溫下粘度的大?。拷猓翰ＡЫM成： 序 號 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 對1玻璃 ， Na2O/Al2O38.18/7.481 Al3+被視為網(wǎng)絡形成離子，Z=4 Y=2Z2R2(42

3、.007)3.986對2玻璃， Na2O/Al2O312.1/4.87 1 Al3+被視為網(wǎng)絡形成離子，Z=4 X2RZ22.07840.156Y=ZX40.1563. 844討論： 1玻璃 Y1 3.986 , 2玻璃 Y2 3.844 即有：Y1 Y2 所以在高溫下 1玻璃 粘度 2玻璃 粘度 SiO2 熔體的粘度在1000時為1015dpa.s，在1400時為108dpa.s， 玻璃粘滯的活化能是多少？上述數(shù)據(jù)為恒壓下取得，若在恒容下獲得，你認為活化能會改變嗎？為什么？解：(a) 對 0exp(E/kT)取對數(shù)得： Ln Ln 0 E/kT 令 A Ln 0 B E/k 則Ln A B/

4、T 將 、T值代入上式解之得： A32.88 B85828活化能EBk858281.3810231.181018(J/個)粘滯的活化能=1.1810-186.021023=710.3kJ/mol(b) 上述數(shù)據(jù)是在恒壓下取得，在恒容下，預計活化能會有所不同。因為恒容時熔體所受壓力應增加，這將使其粘度增大，從而改變了活化能值。 在SiO2中應加入多少Na2O,使玻璃的O/Si2.5，此時析晶能力是增強還是削弱？解；假定引入的Na2O的mol含量為 x ， 則SiO2的mol含量為 1x此時析晶能力增強。 有一種平板玻璃組成為14Na2O-13CaO-73SiO2，其密度為2.5g/cm3，計算該

5、玻璃的原子堆積系數(shù)(AFP)為多少？計算該玻璃的結構參數(shù)值？解： a 、 該玻璃的平均分子量 在1nm3 中原子數(shù)為在1nm3中原子所占體積Y=2Z2R2422.37=3.26 有一組二元硅酸鹽熔體，其R值變化規(guī)律如下，寫出熔體一系列性質(zhì)的變化規(guī)律(用箭頭表示) R2； 2.5 ； 3 ; 3.5 ; 4(1) 游離堿含量(2) O/Si (3) 低聚合物數(shù)量(4) 熔體粘度(5) 形成玻璃能力(6) 析晶能力 網(wǎng)絡變性體(如Na2O)加到石英玻璃中，使O/Si比增加。實驗觀察到當O/Si2.53 時，即達到形成玻璃的極限。根據(jù)結構解釋，為什么 2 O/Si2.5的堿硅石混合物可以形成玻璃，而

6、O/Si3的的堿硅石混合物結晶而不形成玻璃？答： 當2 O/Si2.5時，在熔融狀態(tài) 下SiO44仍可連成網(wǎng)絡狀，且聚合程度高，故可形成玻璃。但當O/Si3時，由于堿金屬氧化物明顯增加，使熔體中分子較小的低聚合物增加，熔體粘度變小，故可易結晶而不易形成玻璃。 在硅酸鹽熔體析晶的成核速率、生長速率隨T變化的關系圖中，標出哪一條曲線代表成核速率，哪一條曲線代表生長速率？為什么？速率 TuIV原因：低溫熔體粘度大，質(zhì)點移動困難易聚結在一起而成核， 即低溫有利于成核； 高溫熔體粘度小，質(zhì)點移動速率大，晶核易相遇形成 大的晶核而長大，即高溫有利于生長。、已知瓷釉與玻璃具有類似的結構，試用無規(guī)則網(wǎng)絡學說說

7、明瓷釉結構中各離子所處的位置。、 在硅酸鹽玻璃和硼酸鹽玻璃中，隨著R2O的引入(25mol),玻璃熔體的粘度怎樣變化？試用聚合物理論解釋。、 解釋B2O3含量10mol，SiO2含量90mol的熔體，在冷卻過程中各自形成兩個互不相容的分層玻璃，而加入適量Na2O后，能得到均勻的玻璃。、 論證形成玻璃必須具有混合鍵。填空題 1、Tg是，它與玻璃形成過程的冷卻速率有關，同組分熔體快冷時Tg比慢冷時，淬冷玻璃比慢冷玻璃的密度，熱膨脹系數(shù)。 2、 三T圖中三個T代表、和。 3、 粘滯活化能越大，粘度越。 硅酸鹽熔體或玻璃的電導主要決定于。4、 0.2Na2O-0.8SiO2組成的熔體，若保持Na2O含量不變，用CaO置換部分SiO2后，電導。 5、 在Na2OSiO2熔體中加入Al2O3(Na2O