玻璃熔体习题

答：
－ 当2< O/Si<2.5时，在熔融状态 下[SiO4]4－仍可连成 时
网络状，且聚合程度高，故可形成玻璃。但当 网络状，且聚合程度高，故可形成玻璃。但当O/Si＝3时， ＝ 时 由于碱金属氧化物明显增加， 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。 物增加，熔体粘度变小，故可易结晶而不易形成玻璃。
3、 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 、 在硅酸盐熔体析晶的成核速率、生长速率随∆ 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？ 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？ 为什么？ u
速 率
IV
∆T
原因：低温熔体粘度大，质点移动困难易聚结在一起而成核， 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； 即低温有利于成核； 高温熔体粘度小，质点移动速率大， 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。 大的晶核而长大，即高温有利于生长。
填空题 1、Tg是－－－－－，它与玻璃形成过程的冷却速率有关，同组分 、 是 它与玻璃形成过程的冷却速率有关， 熔体快冷时Tg比慢冷时 熔体快冷时 比慢冷时－－，淬冷玻璃比慢冷玻璃的密度－－，热 膨胀系数－－。 2、同温度下，组成分别为：(1) 0.2Na2O－0.8SiO2 ；(2) 0.1Na2O 、同温度下，组成分别为： － 的三种熔体， －0.1CaO－0.8SiO2 ;(3) 0.2CaO－0.8SiO2 的三种熔体，其粘度 － － 大小的顺序为－－－－－－－。 3、 三T图中三个 代表－－－－、－－－－－－和－－－－－－。 、 图中三个T代表－－－－ 图中三个 －－－－－－ 4、 粘滞活化能越－－－，粘度越－－。 、 硅酸盐熔体或玻璃的电导主要决定于－－。 5、 0.2Na2O-0.8SiO2组成的熔体，若保持 2O含量不变，用CaO 、 组成的熔体，若保持Na 含量不变 含量不变， 置换部分SiO2后，电导－－－。 置换部分 6、 在Na2O－SiO2熔体中加入 2O3(Na2O/Al2O3<1),熔体粘度－－。 、 熔体中加入Al － 熔体粘度 7、 组成Na2O . 1/2Al2O3 . 2SiO2的玻璃中氧多面体平均非桥氧数 、 组成 为－－－－。
7.36 × 6.02 × 10 23 n＝ ＝ ＝1.57 × 10 22 个/cm 3 M 283.2
在正硅酸铅PbSiO3中氧的密度为 所以 在正硅酸铅
ρN 0
3n × M O 3 × 1.57 × 10 22 × 16 ρ PbSiO3 −O＝ ＝ ＝1.25g/cm 3 No 6.02 × 10 23 2n × M O 2 × 2.20 × 10 22 × 16 同理 ρ SiO − O＝ ＝ ＝1.17g/cm 3 2 No 6.02 × 10 23 结论： 中氧的密度高于 高于SiO 中氧的密度， 结论： PbSiO3中氧的密度高于 2中氧的密度，则Pb为 为 网络变性离子， 网络外。 网络变性离子，在Si－O网络外。 － 网络外
M ＝0.14 × 62 + 0.13 × 56 + 0.72 × 60.02 = 59.17
在1nm3 中原子数为
2.5 × 10－21 × 6.02 × 10 23 n＝ ＝ = 25.4个/nm 3 M 59.17
在1nm3中原子所占体积
ρN 0
∴ AFP＝V＝25.4 × 4π/3[0.14 × 2 × 0.099 3 + 0.13 × 0.10 3 + 0.73 × 0.026 3 + 0.14 × 0.142 3 + 0.13 × 0.140 3 + 0.73 × 2 × 0.135 3 = 0.492
对1＃玻璃 ，
Na2O/Al2O3＝8.18/7.48>1
被视为网络形成离子， ∴ Al3+被视为网络形成离子，Z=4 8.18 + 7 .48 × 3 + 84.3 × 2 R＝ = 2 . 007 2 × 7.48 + 84.3 Y=2Z－2R＝2(4－2.007)＝3.986 － ＝ － ＝
玻璃， 对2＃玻璃， Na2O/Al2O3＝12.1/4.87 >1 被视为网络形成离子， ∴ Al3+被视为网络形成离子， Z=4 12.1 + 4 . 87 × 3 + 83.03 × 2 R＝ = 2 . 078 83.03 + 4 . 87 × 2 X＝2R－Z＝2×2.078－4＝0.156 ＝ － ＝ × － ＝ Y=Z－X＝4－0.156＝3. 844 － ＝ － ＝ 讨论： 讨论 1＃玻璃 Y1＝ 3.986 即有： 即有：Y1> Y2 粘度> 所以在高温下 1＃玻璃 粘度 2＃玻璃 粘度 , 2＃玻璃 Y2＝ 3.844
第二、三章 熔体和玻璃体 第二、
习题课
1、熔体的聚合物理论： 形成的三阶段 、熔体的聚合物理论： 初期：主要是石英颗粒的分化； 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； 中期：缩聚反应并伴随聚合物的变形； 后期：一定 、 达到聚合 解聚平衡 平衡。 后期：一定T、t 达到聚合 ⇔ 解聚平衡。 熔体的性质： 熔体的性质： 粘度和表面张力
b、 R ＝ 14 + 13 + 73 × 2 = 2 . 37 73
Y=2Z－2R＝2×4－2×2.37=3.26 － ＝ × － ×
3－11 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 － 有一组二元硅酸盐熔体， 值变化规律如下， 值变化规律如下 变化规律(用箭头表示 用箭头表示) 变化规律 用箭头表示 R＝2； 2.5 ； ＝ ； 3 ; 3.5 ; 4
3－6 有两种不同配比的玻璃其组成如下： － 有两种不同配比的玻璃其组成如下： 序 号 1 2 Na2O (wt%) 8 12 Al2O3(wt%) 12 8 SiO2(wt%) 80 80
试用玻璃结构参数说明两种玻璃高温下粘度的大小？ 试用玻璃结构参数说明两种玻璃高温下粘度的大小？ 玻璃组成： 解：玻璃组成： 序 号 Na2O wt% 1 2 8 12 mol% 8.18 12.1 Al2O3 wt% 12 8 mol% 7.48 4.87 SiO2 wt% 80 80 mol% 84.3 83.03
3－7 －
SiO2 熔体的粘度在 熔体的粘度在1000℃时为 15dpa.s，在1400℃时为 8dpa.s， ℃时为10 ， ℃时为10 ，
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， 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？ 你认为活化能会改变吗？为什么？ 取对数得： 解：(a) 对η＝ η0exp(∆E/kT)取对数得： ∆ 取对数得 Ln η＝Ln η0＋ ∆E/kT 令 A＝ Ln η0 ＝ 将η 、T值代入上式 值代入上式 B＝ ∆E/k ＝
O 12.6 + 13.8 + 73.6 × 2 R＝ ＝ ＝2.36 Si 73.6
Z＝4 ＝ X＝2R－Z＝2×2.36－4＝0.72 ＝ － ＝ × － ＝ Y＝Z－X＝4－0.72＝3.28 ＝ － ＝ － ＝ 非桥氧数％＝ 非桥氧数％＝
X 0.72 ＝ ＝30.5% X＋Y/2 0.72 + 3.28/2
2、 网络变性体 如Na2O)加到石英玻璃中，使O/Si比增加。实 、 网络变性体(如 加到石英玻璃中， 加到石英玻璃中 比增加。 验观察到当O/Si＝2.5～3 时，即达到形成玻璃的极限。根据结 ＝ ～ 即达到形成玻璃的极限。 验观察到当 构解释， 的碱－ 构解释，为什么 2< O/Si<2.5的碱－硅石混合物可以形成玻璃， 的碱 硅石混合物可以形成玻璃， 而O/Si＝3的的碱－硅石混合物结晶而不形成玻璃？ ＝ 的的碱－硅石混合物结晶而不形成玻璃？
(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
补充习题
1、 正硅酸铅玻璃密度为 、 正硅酸铅玻璃密度为7.36g/cm3，求这个玻璃中氧的密度为多少？试把它 求这个玻璃中氧的密度为多少？ 与熔融石英(密度为 密度为2.2g/cm3)中的氧密度比较，试指出铅离子所在位置？ 中的氧密度比较， 与熔融石英 密度为 中的氧密度比较 试指出铅离子所在位置？ 解：正硅酸铅PbSiO3的分子量 正硅酸铅 M＝207.2＋28＋16×3＝283.2 ＝ ＋ ＋ × ＝ 在1cm3中PbSiO3的个数
粘度理论
∆E η = η o exp( ) kT KV 0 η = Bexp Vf D η = C exp( ) TS o
2、玻璃的结构 、 晶子假说 无规则网络学说 玻璃形成条件： 玻璃形成条件： ∆E 2/3规则 规则 玻璃的结构参数
η (TM )
{
X＝ R－ 2 Z Y＝ Z－ R 2 2
3－5 玻璃的组成是 － 玻璃的组成是13wt%Na2O 、13wt%CaO、74wt%SiO2，计算非桥氧分数。 计算非桥氧分数。 、 分析：要应用关系式，必须换算成 分析：要应用关系式，必须换算成mol%。 。 解：玻璃组成 Na2O wt% mol mol% 13 0.21 12.6 CaO 13 0.23 13.8 SiO2 74 1.23 73.6
解；假定引入的Na2O的mol含量为 x ， 假定引入的 的 含量为 则SiO2的mol含量为 1－x 含量为 －
O x + 2(1 − x ) ∴R = = = 2.5 Si 1− x 1 解得 x = 3
此时析晶能力增强。 此时析晶能力增强。
3－10 有一种平板玻璃组成为 － 有一种平板玻璃组成为14Na2O-13CaO-73SiO2，其密度为 其密度为2.5g/cm3，计 算该玻璃的原子堆积系数(AFP)为多少？计算该玻璃的结构参数值？ 为多少？ 算该玻璃的原子堆积系数 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