无机非金属材料学复习终极版

《无机非金属材料学》复习题-2014.12

玻璃：

1.名词解释：桥氧，非桥氧，网络形成体，网络外体，网络中间体，三T图，T K-100，硼氧反常性，

混合碱效应（双碱效应）。

2.无机非金属材料与其它材料相比在结构性能上有哪些特点？

相对于金属键，共价键与离子键具有较高的能量，约高出金属键键能的一倍左右，所以，离子键或共价键构成的无机非金属材料一般熔点高、硬度高，脆性大，透明度高，导电性低。具有金属键的金属材料有弹性，可延展，导电性高，透明度低。由于共价键的晶体的配位数比离子晶体还要小，所以共价键的晶体的熔点、硬度比离子晶体还要高。

碳化物的离子键成分约占5~25%，氮化物的离子键成分约占20~40%，硼化物的离子键成分约占5~10%。

3.什么是玻璃态物质的四个通性？

4.Tg-Tf玻璃转变温度区域对玻璃的结构、性质有何意义？

在转变温度区域内的任一温度，玻璃熔体有对应于该温度的平衡结构。温度越低，粘度越大，达到平衡结构的速度越慢，需要的时间越长。因此，固态玻璃的性质与冷却速度有关，冷却速度越快，玻璃结构偏离平衡结构的程度越大，导致玻璃结构疏松，使玻璃密度、折射率等性质下降，冷却速度减慢，密度、折射率等性质上升，所以说固态玻璃的性质是相对的，并不是一个常数。

5.解释晶子学说和无规则网络学说。

无规则网络学说：原子在玻璃中和在晶体中的作用是相同的，应形成连续的、三维空间的网络，但在玻璃中是不规则的，非周期性的，因而玻璃的内能大于晶体的内能，而晶体的结构是规则的、周期性的。

晶子学说：在玻璃中存在着有规则排列的微小区域，这种有规则排列的微小区域与晶体的晶格相比又是极度变形的，他是相对的，距晶子中心的距离越远，不规则程度越显著。

无规则网络学说着重说明了玻璃结构的连续性，无序性和均匀性，而晶子学说则比较强调玻璃的微观不均匀性和有序性。

当前比较统一的看法是:玻璃结构具有近程有序，远程无序的特点。

6.石英玻璃具有哪些结构、性能特点？1. [Si04]是熔融石英和结晶态石英的基本机构单元，2. Si-O

键是极性共价键，3. Si-O键的键能非常大，4. [Si04]正负电荷重心重合，不带极性，5. [Si04]以顶角相连。6.性能：石英玻璃粘度大，机械强度高，热膨胀系数小，耐热耐化学稳定性好。

Na2O - SiO2二元系统玻璃：石英玻璃中，加入R2O使氧的比值增加，玻璃中的氧不可能由两个硅原子所共用，开始出现一个硅原子键合的氧原子，即非桥氧，使硅氧网络发生断裂，结果使玻璃结构减弱、疏松，导致玻璃的物理化学性能下降，如粘度、膨胀系数等。

7.氧化钙加入玻璃中一般来说会削弱玻璃的结构，但在钠硅玻璃中加入氧化钙反而加强了玻璃的结

构，这是为什么？此时形成的Na2O-CaO- SiO2玻璃系统非常实用，又是为什么？

8.玻璃中氧化物分成哪三类？常见的玻璃网络生成体有哪些（至少三种）？

9.玻璃中加入少量Al2O3的作用？

在玻璃中加入少量的Al2O3，可以夺取非桥氧形成「AlO4」，进入硅氧网络，把断网连接起来，使玻璃结构趋于紧密，从而降低了玻璃的结晶倾向，抑制分相，Al2O3的加入还可以提高玻璃的化学稳定性，热稳定性，机械强度等性能，Al2O3还可以减轻玻璃对耐火材料的侵蚀。

10.玻璃生成的热力学条件：一般来说，同组分的晶体与玻璃的内能差别越大，玻璃越容易结晶，越

难形成玻璃。

11.生成玻璃的关键是什么？与哪些因素有关？

12.如何理解泰曼将玻璃析晶分为晶核生成与晶体生长两个过程。

泰曼认为：玻璃的形成是由于过冷液体中晶核生成最大速度对应的温度低于晶体生长最大速度对应的温度所致。熔体冷却过程中，首先降到晶体生长最大速率所对应的温度，这时玻璃中晶核数量较少，不至于使玻璃析晶，然后再降到晶核生成最大速率所对应的温度，这时玻璃中有可能产生大量晶核，但此时的温度低于晶体生长最佳温度，致使晶核难以长大。

晶核生成最大速率与晶体生长最大速率所对应的温度之间的温差越大，越易形成玻璃；反之，越易析晶。

在均匀成核中，存在一临界成核半径，其值越小晶核越易形成，玻璃越易析晶。

玻璃成核剂的选择：一般来说，成核剂和初晶相之间的界面张力越小，晶格常数越接近，成核就越容易。

贵金属作为玻璃的晶核剂：金属颗粒一般要达到8~10nm，才能诱导主体玻璃析晶。

13.成核剂分成哪三类、原理？常用的成核剂有哪些？

14.什么是玻璃的分相？

玻璃分相的原因？在硅酸盐熔体中，桥氧离子与硅离子以硅氧四面体的形式结合，并按本身的结构要求进行了排列。如果系统中加入其它阳离子，那么这些阳离子也力图将氧原子吸引到自己周围，按本身的结构要求进行排列。双方对氧离子的争夺，结果产生分相。

分相对玻璃性质的影响？1.对具有迁移性能的有关性质会产生影响，如粘度、电导、化学稳定性等，2.对具有加和性能的有关性质影响较小，如密度、折射率、热膨胀系数、弹性模量等。

分相的特点：分相是不混溶现象，分相区一般可从几个纳米至几百个纳米，因而属于亚微观结构不均匀性。

相同组成的玻璃如热处理条件不同，可以出现连通结构或球形孤立滴状结构。

15.玻璃产生析晶的因素？

1.玻璃组成是引起玻璃析晶的内因。２.玻璃结构。３.玻璃分相对玻璃析晶也有一定作用。４.工艺因素：原料成分波动、配合料称量误差、混料不匀等。

16.玻璃粘度与组成的关系？玻璃粘度与温度的关系？

转变点，应变点，软化点对应的粘度分别为：1012.4，1013.6，107.6 Pa.S。

17.玻璃的密度与组成、温度、热历史的关系？

18.影响玻璃机械强度的主要因素？提高玻璃的强度的方法？

19.玻璃的膨胀系数、电阻率与组成、温度、热历史之间的关系？

20.玻璃的化学稳定性：高碱玻璃的耐酸性小于耐水性，高硅玻璃的耐酸性大于耐水性。

温度上升10℃,侵蚀介质对玻璃的侵蚀速度增加50~150%。

21.玻璃折射率：玻璃的密度越大，光在玻璃中的传播越慢，折射率越大，反之密度越小，则折射率

越小。离子极化率越高，摩尔折射度越大，玻璃折射率越高。

22.玻璃配方中常用的辅助原料有哪些？常用的玻璃着色剂、澄清剂、乳浊剂、氧化剂有哪些？

过渡金属离子着色机理：过渡金属在玻璃中以离子状态存在，它们的价电子在不同能级间跃迁，由此引起对可见光的选择性吸收，导致着色。

23.玻璃熔制过程中可分为哪五个阶段？硅酸盐形成阶段的特征，发生哪些物理化学反应？

24.玻璃形成过程的速度取决于什么？为什么？

25.玻璃液的均化是如何实现的？玻璃液冷却的目的、要求、应注意事项？

26.玻璃熔制设备分为坩埚窑和池窑。

27.日用空心制品的机械成型分为供料和成型两部分，各有哪些方法？吹制法有哪四种？

28.平板玻璃的成型有哪些方法？简述浮法玻璃的成型过程？

29.什么是玻璃中的暂时应力、永久应力？

30.玻璃退火的目的：玻璃的退火就是消除或减小玻璃中热应力至允许值的热处理过程。解释图4-3。

31.什么是钢化玻璃？通过玻璃淬火，在冷却后，使玻璃内部具有均匀分布的内应力，从而提高玻璃

的强度和热稳定性，这种淬火玻璃又称为钢化玻璃。

影响玻璃物理钢化的因素: 1.淬火温度，2.冷却速度，3.玻璃的化学组成，4.玻璃的厚度。