无机材料科学基础第四章非晶态结构与性质

第4章非晶态结构与性质

一、名词解释

1．熔体与玻璃体：

熔体即具有高熔点的物质的液体。

熔体快速冷却形成玻璃体。

2．聚合与解聚：

聚合：各种低聚物相互作用形成高聚物

解聚：高聚物分化成各种低聚物

3．晶子学说与无规则网络学说：

晶子学说（有序、对称、具有周期性的网络结构）：

1硅酸盐玻璃中含有无数的晶子

2晶子的互相组成取决于玻璃的化学组成

3晶子不同于一般微晶，而是带有晶体变形的有序区域，在晶子中心质点排列较有规律，远离中心则变形程度增大

4晶子分散于无定形物质中，两者没有明显界面

无规则网络学说（无序不对称不具有周期性的网络结构）

1形成玻璃态的物质与晶体结构相类似，形成三维的空间网格结构

2这种网络是离子多面体通过氧桥相连进而向三维空间规则

4．网络形成体与网络变性体：

网络形成体：能够单独形成玻璃的氧化物

网络变性体：不能单独形成玻璃的氧化物

5．桥氧与非桥氧：

桥氧：玻璃网络中作为两个成网多面体所共有顶角的氧

非桥氧：玻璃网络中只与一个成网多面体相连的氧

二、填空与选择

1.玻璃的通性为：各向同性、介稳性、由熔融态向玻璃态转化是可逆与渐变的，无固定熔点、

由熔融态向玻璃态转化时，物理、化学性质随温度的变化连续性和物理化学性质随成分变化的连续性。

2．氧化物的键强是形成玻璃的重要条件。根据单键强度的大小可把氧化物中的正离子分为三类：网络形成体、网络中间体和网络改变体；其单键强度数值范围分别为单键强度＞335KJ/mol、单键强度介于250~335KJ/mol 和单键强度＜250~335KJ/mol。

3．聚合物的形成可分为三个阶段，初期：石英颗粒的分化；中期：缩聚与变形；后期：在一定时间内分化与缩聚达到平衡。

4．熔体结构的特点是：近程有序、远程无序。

5．熔体是物质在液相温度以上存在的一种高能量状态，在冷却的过程中可以出现结晶化、玻璃化和分相三种不同的相变过程。

6．在玻璃性质随温度变化的曲线上有二个特征温度Tg（脆性温度）和Tf （软化温度），与这二个特征温度相对应的粘度分别为1012Pa·s和108Pa·s。7．在SiO2玻璃中加入Na2O后，析晶能力将A，玻璃形成能力将B。（A 增强 B减弱 C不变）（在熔点粘度越大，越不容易析晶，容易形成玻璃）

8．能单独形成玻璃的氧化物（网络形成体），其单键强度为B；不能单独形成玻璃的氧化物（网络变性体），其单键强度为A。（A 小于250KJ/mol；

B 大于335KJ/mol；

C 250～335KJ/mol ）

9．当温度不变时，硅酸盐熔体中的聚合物种类、数量与熔体组成（O/Si 比）有关。O/Si比值大，表示碱性氧化物含量高，这时熔体中的B。（A 高聚体数量增多；B 高聚体数量减少；C 高聚体数量多于低聚体；D 高聚体数量少于低聚体）

10．按照在形成氧化物玻璃中的作用，下列氧化物网络变体（单键强度＜250）有Na2O、CaO、K2O、BaO，中间体有Al2O3，网络形成体（单键强度＞335）有：SiO2、B2O3、P2O5。（SiO2、Na2O、B2O3、CaO、Al2O3、P2O5、K2O、BaO ）三、简述硅酸盐熔体聚合物结构形成的过程和结构特点。

初期：主要是石英（或硅酸盐）的分化；

中期：缩聚反应并伴随聚合物的变形；

后期：在一定温度（高温）和一定时间（足够长）下达到缩聚、分化

平衡。

结构特点：近程有序，远程无序

四、试用实验方法鉴别晶体SiO2、SiO2玻璃、硅胶和SiO2熔体。它们的结

构有什么不同？

可以通过X射线衍射的方法鉴别

晶体SiO2衍射强度时强时弱

SiO2玻璃和SiO2熔体呈现宽阔的衍射峰，而熔体的强度较玻璃强

硅胶：具有小角度散射的衍射峰

五、在SiO2熔体中，随Na2O加入量的不同，粘度将如何变化，为什么？ CaO、

MgO、Al2O3、B2O3与SiO2对熔体的粘度又有何影响，为什么？

1、随着Na

2O的增加；在Na2O含量少的时候，提供游离氧使硅氧比上升，粘度下降，由于离子半径小，反极化作用强，下降

速率快；在Na2O含量多的时候，提供游离氧使硅氧比上升，

粘度下降，由于O2-含量高，离子半径小的具有较大的作用力矩，下降速率

慢；

2、对于MgO；即为RO；能够提供O2-，使硅氧比上升，粘度下降，由于离

子势较大，使粘度上升，但上升量不及下降量，故MgO能使粘度下降，但

并非为迅速下降

3、、B2O3在含量低的时候增加含量，粘度上升，原因在于形成了[BO4]；含

量较高的时候，增加含量，粘度下降，原因在于形成[BO3]。

4、加入SiO2使硅氧比下降，粘度上升。

5、加入CaO，低温增加粘度，高温时含量＞10~12%增加粘度，＜10~12时

降低粘度

6、Al2O3能够使粘度上升

六、一种熔体在1300℃的粘度是3100dPa·s，在800℃是108dPa·s，在

1050℃时其粘度为多少？在此温度下急冷能否形成玻璃？

七、简述晶子学说与无规则网络学说的主要内容，并比较两种学说在解释玻璃结构上的相同点和不同点。 晶子学说（有序对称有周期性重复结构） 1）硅酸盐玻璃中存在无数“晶子”；

2）“晶子”的化学性质取决于玻璃的化学组成；

3）“晶子”不同于一般微晶，而是带有晶格变形的有序区域，在“晶子”中心质点排列较有规律，愈远离中心则变形程度愈大； 4）“晶子”分散在无定形介质中，两者无明显界线，逐渐过渡 无规则网络学说（无序不对称无周期性重复结构）

(1)形成玻璃态的物质与相应的晶体结构类似，形成连续的三维空间网络结构；

(2)这种网络是由离子多面体通过桥氧相连，向三维空间无规律的发展而构筑起来的；

相同点：玻璃的结构是近程有序、远程无序的。

八、根据玻璃形成条件，对下列几种物质形成玻璃的难易程度进行排序，并说明理由。SiO 2、Na 2O·SiO 2、Na 2O·2SiO 2、NaCl X:非桥氧 Y ：桥氧 Z ：配位数 R ：硅氧比

可以形成玻璃

η介于ηη；；；η734-810~10 a.S 21877615

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81573.153.51073.15lg101573.15lg3100lg P A B B B

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