武汉理工大学材料工艺与设备答案

填空题(30分）简答题（40分）论述题（20分）推导计算题（10分）

1.三大材料

无机非金属材料、金属材料、有机高分子材料

2.什么是玻璃转变现象

当物质由固体加热或由熔体冷却时，在相当于晶态物质熔点绝对温度的2/3-1/2温度附近出现热膨胀，比热等性能的突变。

3.如何理解玻璃的四个通性

各向同性：玻璃态物质的质点排列是无规则的，是统计均匀的，其理化性质在任何方向都是相同的

无固定熔点：玻璃态物质由固体转变为液体是在一定的温度范围内进行的，并且没有新的晶体生成

亚稳性：玻璃是由熔体几句冷却而得到的，因为温度下降黏度增加。质点来不及做有规则排列形成晶体，没有放出结晶潜热

性质变化的连续性：玻璃的性质随成分发生连续和逐渐变化。

性质变化的可逆性：从熔体状态冷却过程中，可以多次进行，其物理化学性质产生逐渐和连续的变化，而且是可逆的，没有生成新相。

4.玻璃的结构特点

近程有序，远程无序

5.玻璃的结构理论及其学术内容

晶子学说：

a. 玻璃是由极微细的有序区域——“晶子”组成。

b. 晶子分散在无序区域当中，由晶子——到无序区域的过渡是逐步的，没有

严格的界限。

c. 晶子不同于一般微晶，它是尺寸小的晶格极度变形的有序排列的区域。

d. 晶子中心部份，有序程度最高。

e. 晶子大小 7～20A 2～4个[SiO4] [SiO4]玻璃结构单元

f. 晶子占玻璃 10～20%

无规则网络学说

a. 玻璃中的键状态或结构单元和晶体相似。

如石英玻璃，[SiO4]四面体构成三维网络，但缺乏周期性和相对称性。

b. 氧化物成玻有四个条件

△一个氧原子不能够和两个以上的阳离子结合，O的配位数不能大于2。

△中心阳离子周围的氧离子数不能过多，一般是3～4。

△网络中氧配位多面体之间，只以顶角相连，不能共棱，更不能共面。

△网络当中每个氧配位多面体至少有三个顶角共用，以形成向三度空间发展的无规则网络结构

6.什么是铝（硼）反常现象

铝酸盐玻璃（硼酸盐玻璃）与相同条件下的硅酸盐玻璃相比，其性质随三氧化二铝或三氧化二硼加入量的变化规律相反

铝反常：Al2O3在硅酸盐玻璃中也有4和6两种配位状态。

当Na2O / Al2O3>1时，Al3+离子位于四面体中，粘度增加；

当Na2O / Al2O3<1时，Al3+离子位于八面体中，粘度降低。

硼反常：B2O3含量较少时，以[BO4]四面体形式存在。粘度随B2O3 含量的增加而增大。

当硼含量增至Na2O / B2O3<1时，以[BO3]三角体中，使结构疏松，粘度下降。

7.玻璃的熔制过程五个阶段及其特点

（1）硅酸盐的形成（800～1000℃）

Na2O+SiO2→Na2SiO3 CaO+SiO2→CaSiO3

MgO+SiO2→MgSiO3

一系列物理，化学变化；

反应在固体状态下进行；

这一阶段结束时，形成硅酸盐和二氧化硅组成的不透明烧结物

（2）玻璃的形成

当温度继续上升时，硅酸盐烧结物和剩余二氧化硅开始熔融并且互相溶解和扩散，由不透明的半熔融烧结物转变为透明玻璃液。但玻璃液中存在大量的气泡，化学组成和性质不均匀，有很多条纹。平板玻璃形成大约在1200~1400℃完成。

CaCO3→CaO+CO2 Na2CO3→Na2O+CO2

（3）玻璃的澄清

是指使玻璃液继续加热，降低熔体粘度，排除可见气泡的过程。澄清温度一般是1400～1500℃，此时玻璃液粘度约为10Pa.s

（4）玻璃的均化

均化：就是排除条纹（消除不均体），在澄清温度附近，使玻璃达到化学均匀和

热均匀。影响均化的因素：扩散、表面张力、对流。

（5）玻璃的冷却

就是将合格的玻璃液冷却到成型所需要的温度，其温度根据玻璃品种的不同而不同。在冷却的过程中，要防止温度的上下波动，防止二次气泡的产生。二次气泡是直径小于0.1mm 的小气泡。

8. 成分对玻璃的粘度的影响

① 氧硅比

硅氧四面体网络的连接程度与氧硅比的大小有关。当氧硅比增大，硅氧四面体的连接程度降低，导致粘滞活化能降低，熔体黏度下降。反之，黏度上升。 ② 键强与离子的极化

在其他条件相同前提下，黏度随阳离子与氧的键力增大而增大。

当氧硅比很高时，硅氧四面体间连接较少，四面体间很大程度依靠键力R-O 连接。

当氧硅比很低时，熔体中氧硅阴离子团很大，对黏度起主要作用的是硅氧四面体之间的键力。这时R2O 除提供“游离氧”以断裂硅氧网络外，R+离子在网络中还对Si-O 键有反极化作用，减弱Si-O 间的键力，降低熔体的黏度。 ③ 结构的对称性

结构不对称就可能在结构中存在缺陷或者薄弱环节，使黏度下降。

④ 配位数

阳离子的配位状态对玻璃的黏度有重要影响。

9. 玻璃的料性及其对生产的指导意义

料性：随温度变化，粘度变化速率不同，这种情况称为玻璃具有不同的料性。用料性来表示不同成分的玻璃的粘度与温度的关系。

料性短，变化率快，易于机械成型；料性长，变化率慢，不易成型。

10. 粘度如何测量

玻璃的粘度值范围很广，不能用一种方法测定，需要分段测定。

① 旋转法

测定范围1-10^15Pa ·s

将旋转体放到玻璃熔体中，当旋转体以一定角度旋转时，旋转体因玻璃熔体的粘滞阻力而产生扭力矩，通过测量扭力矩，即可获得玻璃熔体的黏度

ωηM K =