《材料科學(xué)基礎(chǔ)》3

《材料科學(xué)基礎(chǔ)》31.試述石英晶體、石英熔體、Na2O?2SiO2熔體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上的區(qū)別。.某熔體粘度在727°。時是108泊，1156℃時是104泊，要獲得粘度為107泊的熔體,要加熱到什么溫度？.在Na2O—SiCh系統(tǒng)及RO—SiO2系統(tǒng)中隨著SiO2含量的增加，熔體的粘度將升高而表面張力則降低，說明原因。.說明在一定溫度下同組成的玻璃比晶體具有較高的內(nèi)能及晶體具有一定的熔點而玻璃體沒有固定熔點的原因。.某窗玻璃含14Na2。一14CaO—72SiO2（重量百分?jǐn)?shù)），求非橋氧百分?jǐn)?shù)。.網(wǎng)絡(luò)外體（如Na2O）加到SiO2熔體中,使氧硅比增加，當(dāng)O/Si=2.5?3時，即達(dá)到形成玻璃的極限，O/Si>3時，則不能形成玻璃，為什么？.按照在形成氧化物玻璃中的作用，把下列氧化物分為網(wǎng)絡(luò)變體，中間體和網(wǎng)絡(luò)形成體：SiC）2,Na2。，B2O3,CaO,AI2O3,P2O5,K2O,BaOo.以B203為例解釋具有混合鍵氧化物容易形成玻璃的原因。.試述微晶學(xué)說與無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說的主要觀點，并比較兩種學(xué)說在解釋玻璃結(jié)構(gòu)上的共同點和分歧。.什么是硼反?，F(xiàn)象？為什么會產(chǎn)生這些現(xiàn)象？.已知石英玻璃的密度為2.3g/cn?,假定玻璃中原子尺寸與晶體SiO2相同，試計算該玻璃的原于堆積系數(shù)是多少？.根據(jù)教材的T—T—T曲線，計算A、B、C三種物質(zhì)的臨界冷卻速度，哪一種物質(zhì)易形成玻璃?哪一種難形成玻璃？1.1、解：石英晶體石英熔體Na2O>2SiO2結(jié)構(gòu)[SiO4]按共頂方式對稱有規(guī)律有序排列，基本結(jié)構(gòu)單元[SiO4]呈架狀結(jié)構(gòu)，遠(yuǎn)程無序基本結(jié)構(gòu)單元[Si6Oi8]12-呈六節(jié)環(huán)或八節(jié)環(huán)，遠(yuǎn)程有序遠(yuǎn)程無序性質(zhì)固體無流動性，熔點高，硬度大，導(dǎo)電性差，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，化學(xué)穩(wěn)定性好有流動性，n大，電導(dǎo)率大，表面張力大有流動性，n較石英熔體小，電導(dǎo)率大，表面張力大2、解：根據(jù)lnn=A+B/T,727℃時，r|=108P0,1156℃時，r)=l04P0,??.A=-5.32,B=13324,當(dāng)『107P0時，則t=80℃。3、解：Na2O-SiO2系統(tǒng)中，SiO2含量增加，r|增大，。減??；因為SiO2含量增加，聚合離子團(tuán)尺寸增大，遷移阻力增大，n增大，e/r減小，相互作用力減小，。減?。籖O-SiO2系統(tǒng)中，SiO2含量增加，口增大，。減小；因為無SiO2時R0-02系統(tǒng)q很低，表面張力大;加入siO2,系統(tǒng)中出現(xiàn)聚合離子團(tuán)，siO2增加，聚合離子團(tuán)尺寸增大，數(shù)目增大，n增大,O減小。4、解：玻璃的介穩(wěn)性：熔體轉(zhuǎn)變?yōu)椴Ａн^程中，是快速冷卻，使玻璃在低溫下保留了高溫時的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，玻璃態(tài)是能量的介穩(wěn)態(tài)，有自發(fā)放熱而轉(zhuǎn)變?yōu)榫w的趨勢；玻璃無固定熔點：熔體的結(jié)晶過程中，系統(tǒng)必有多個相出現(xiàn)，有固定熔點；熔體向玻璃體轉(zhuǎn)變時，其過程是漸變的，無多個相出現(xiàn)，無固定的熔點，只有一個轉(zhuǎn)化溫度范圍。5.化成mol百分?jǐn)?shù)，8Na:O-14CaO-78SiOcd_8+14+78x2^全部氧離子78 . 全部網(wǎng)絡(luò)形成離子數(shù)平均非橋氧數(shù)：x=2R-z,平均橋氧數(shù)：y=2z-2R,非橋氧百分含量二一-一x+y/26、解：在熔體結(jié)構(gòu)中，不O/Si比值對應(yīng)著一定的聚集負(fù)離子團(tuán)結(jié)構(gòu)，如當(dāng)O/Si比值為2時，熔體中含有大小不等的歪扭的［SiO2］n聚集團(tuán)（即石英玻璃熔體）；隨著O/Si比值的增加，硅氧負(fù)離子集團(tuán)不斷變小，當(dāng)O/Si比值增至4時，硅-氧負(fù)離子集團(tuán)全部拆散成為分立狀的［Si04。，這就很難形成玻璃。7、解：網(wǎng)絡(luò)變體Na2OCaOK2OBaO中間體AI2O3網(wǎng)絡(luò)形成體Si02B2O3P2O58、略。9、解：微晶學(xué)說：玻璃結(jié)構(gòu)是一種不連續(xù)的原子集合體，即無數(shù)“晶子”分散在無定形介質(zhì)中；“晶子”的化學(xué)性質(zhì)和數(shù)量取決于玻璃的化學(xué)組成，可以是獨立原子團(tuán)或一定組成的化合物和固溶體等微晶多相體，與該玻璃物系的相平衡有關(guān)；“晶子”不同于一般微晶，而是帶有晶格極度變形的微小有序區(qū)域，在“晶子”中心質(zhì)點排列較有規(guī)律，愈遠(yuǎn)離中心則變形程度愈大；從“晶子”部分到無定形部分的過渡是逐步完成的，兩者之間無明顯界限。無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說：玻璃的結(jié)構(gòu)與相應(yīng)的晶體結(jié)構(gòu)相似，同樣形成連續(xù)的三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。但玻璃的網(wǎng)絡(luò)與晶體的網(wǎng)絡(luò)不同，玻璃的網(wǎng)絡(luò)是不規(guī)則的、非周期性的，因此玻璃的內(nèi)能比晶體的內(nèi)能要大。由于玻璃的強(qiáng)度與晶體的強(qiáng)度屬于同一個數(shù)量級，玻璃的內(nèi)能與相應(yīng)晶體的內(nèi)能相差并不多，因此它們的結(jié)構(gòu)單元（四面體或三角體）應(yīng)是相同的，不同之處在與排列的周期性。微晶學(xué)說強(qiáng)調(diào)了玻璃結(jié)構(gòu)的不均勻性、不連續(xù)性及有序性等方面特征，成功地解釋了玻璃折射率在加熱過程中的突變現(xiàn)象。網(wǎng)絡(luò)學(xué)說強(qiáng)調(diào)了玻璃中離子與多面體相互間排列的均勻性、連續(xù)性及無序性等方面結(jié)構(gòu)特征。10、解：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玻璃中作為非橋氧出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)中，而是使硼氧三角體轉(zhuǎn)變?yōu)橛蓸蜓踅M成的硼氧四面體,致使