第三章 熔體和非晶態(tài)固體

1、第三章 熔體和非晶態(tài)固體3.1 說明熔體中聚合物形成過程？ 答：聚合物的形成是以硅氧四面體為基礎(chǔ)單位，組成大小不同的聚合體?？煞譃槿齻€階段 初期：石英的分化； 中期：縮聚并伴隨變形； 后期：在一定時間和一定溫度下，聚合和解聚達(dá)到平衡。 3.2 簡述影響熔體粘度的因素？ 答：影響熔體粘度的主要因素：溫度和熔體的組成。 堿性氧化物含量增加，劇烈降低粘度。 隨溫度降低，熔體粘度按指數(shù)關(guān)系遞增。 3.3 名詞解釋（并比較其異同） 答：晶子學(xué)說：玻璃內(nèi)部是由無數(shù)“晶子”組成，微晶子是帶有晶格變形的有序區(qū)域。它們分散在無定形介中質(zhì)，晶子向無定形部分過渡是逐漸完成時，二者沒有明顯界限。 無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說：凡是

2、成為玻璃態(tài)的物質(zhì)和相應(yīng)的晶體結(jié)構(gòu)一樣，也是由一個三度空間網(wǎng)絡(luò)所構(gòu)成。這種網(wǎng)絡(luò)是由離子多面體（三角體或四面體）構(gòu)筑起來的。晶體結(jié)構(gòu)網(wǎng)是由多面體無數(shù)次有規(guī)律重復(fù)構(gòu)成，而玻璃中結(jié)構(gòu)多面體的重復(fù)沒有規(guī)律性。 單鍵強：單鍵強即為各種化合物分解能與該種化合物配位數(shù)的商。 分化過程：架狀SiO4斷裂稱為熔融石英的分化過程。 縮聚過程：分化過程產(chǎn)生的低聚化合物相互發(fā)生作用，形成級次較高的聚合物，次過程為縮聚過程。 網(wǎng)絡(luò)形成劑：正離子是網(wǎng)絡(luò)形成離子，對應(yīng)氧化物能單獨形成玻璃。即凡氧化物的單鍵能/熔點0.74kJ/mol.k 者稱為網(wǎng)絡(luò)形成劑。 網(wǎng)絡(luò)變性劑：這類氧化物不能形成玻璃，但能改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而使玻璃性質(zhì)

3、改變，即單鍵強/熔點 0.125kJ/mol.k者稱為網(wǎng)絡(luò)變形劑。 3.4 試用實驗方法鑒別晶體SiO2、SiO2玻璃、硅膠和SiO2熔體。它們的結(jié)構(gòu)有什么不同？ 答：利用X射線檢測。 晶體SiO2質(zhì)點在三維空間做有規(guī)律的排列，各向異性。SiO2熔體內(nèi)部結(jié)構(gòu)為架狀，近程有序，遠(yuǎn)程無序。 SiO2玻璃各向同性。 硅膠疏松多孔。 3.5 玻璃的組成是13wt%Na2O、13wt%CaO、74wt%SiO2，計算橋氧分?jǐn)?shù)？ 解： Na2O CaO SiO2 wt% 13 13 74 mol 0.21 0.23 1.23 mol% 12.6 13.8 73.6 R=(12.6+13.8+73.6 2)

4、/ 73.6=2.39 Z=4 X=2RZ=2.3924=0.72 Y=ZX= 40.72=3.28 氧橋%=3.28/（3.280.5+0.72） =69.5% 3.6 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(jié)構(gòu)參數(shù)說明兩種玻璃高溫下粘度的大??？ 解：對于1：Z=4 R1=O/Si=2.55 X1=2R14=1.1 Y1=ZX1= 41.1=2.9 對于2：R2= O/Si=2.45 X2=2R24=0.9 Y2= 4X2= 40.9=3.1 Y1Y2 序號1的玻璃組成的粘度比序

5、號2的玻璃小。 3.7 在SiO2中應(yīng)加入多少Na2O，使玻璃的O/Si=2.5，此時析晶能力是增強還是削弱？ 解：設(shè)加入x mol的Na2O，而SiO2的量為y mol。 則O/Si=（x+2y）/ y =2.5 x=y/2 即二者的物質(zhì)量比為1:2時，O/Si=2.5。 因為O/Si增加了，粘度下降，析晶能力增強了。 3.8 有一種平板玻璃組成為14Na2O13CaO73SiO2（wt%重量百分比），其密度為2.5g/cm3, 計算玻璃的原子堆積系數(shù)（AFP）為多少？計算該玻璃的結(jié)構(gòu)參數(shù)值？ 解：該玻璃的平均分子量 GM=0.1462+0.1356+0.7360.02=59.77 在13中

6、原子數(shù)為 n=No/GM=2.510-246.021023/59.77 =0.252個/3 在13原子所占體積 V=0.02524/30.1420.983+0.131.063+0.730.393+（0.14+0.13+0.732）1.323 =0.4685 AFP=0.46 結(jié)構(gòu)參數(shù)： Na2O CaO SiO2 wt% 14 13 73 mol 0.23 0.23 1.22 mol% 13.7 13.7 72.6 R=(13.7+13.7+72.6 2)/ 72.6=2.38 Z=4 X=2RZ=2.3824=0.76 Y=ZX= 40.76=3.24 3.9 試比較硅酸鹽玻璃與硼酸鹽玻璃在

7、結(jié)構(gòu)與性能上的差異。 答：結(jié)構(gòu)差異：硅酸鹽玻璃：石英玻璃是硅酸鹽玻璃的基礎(chǔ)。石英玻璃是硅氧四面體SiO4以頂角相連而組成的三維架狀結(jié)構(gòu)。由于SiOSi鍵角變動范圍大，使石英玻璃中SiO4四面體排列成無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。SiO2是硅酸鹽玻璃中的主要氧化物。 硼酸鹽玻璃：B和O交替排列的平面六角環(huán)的BO集團(tuán)是硼酸鹽玻璃的重要基元，這些環(huán)通過BOB鏈連成三維網(wǎng)絡(luò)。B2O3是網(wǎng)絡(luò)形成劑。這種連環(huán)結(jié)構(gòu)與石英玻璃硅氧四面體的不規(guī)則網(wǎng)絡(luò)不同，任何OB三角體的周圍空間并不完全被臨接的三角體所填充，兩個原子接近的可能性較小。 性能差異：硅酸鹽玻璃：試劑和氣體介質(zhì)化學(xué)穩(wěn)定性好、硬度高、生產(chǎn)方法簡單等優(yōu)點。 硼酸鹽玻璃：硼酸鹽玻璃有某些優(yōu)異的特性。例如：硼酐是唯一能用以制造有吸收慢中子的氧化物玻璃；氧化硼玻璃的轉(zhuǎn)化溫度比硅酸鹽玻璃低得多；硼對中子射線的靈敏度高，硼酸鹽玻璃作為原子反應(yīng)堆的窗口對材料起屏蔽中子射線的作用。 3.10 解釋硼酸鹽玻璃的硼反?，F(xiàn)象？ 答：硼反?，F(xiàn)象：隨著Na2O（R2O）含量的增加，橋氧數(shù)增大，熱膨脹系數(shù)逐漸下降。當(dāng)Na2O含量達(dá)到15%16%時，橋氧又開始減少，熱膨脹系數(shù)重新上升，這種反常現(xiàn)象就是硼反?，F(xiàn)象。 硼反?，F(xiàn)象原因：當(dāng)數(shù)量不多的堿金屬氧化物同B2O3一起熔融時，堿金屬所提供的氧不像熔融SiO2玻璃中