无机材料科学基础复习资料

第三章练习题1

一、填空题

1.玻璃具有下列通性：各向同性、介稳性、熔融态向玻璃态转化的可逆与渐变性、熔融态向玻璃态转化时物理、化学性能随温度变化的连续性。

2.在硅酸盐熔体中，当以低聚物为主时，体系的粘度低、析晶能力大。

3.物质在熔点时的粘度越高越容易形成玻璃，Tg/Tm 大于2/3(大于，等于，小于)时容易形成玻璃。

4.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。

5.当SiO2含量比较高时，碱金属氧化物降低熔体粘度的能力是Li2O < Na2O < K2O。

6. 2Na2O·CaO·Al2O3·2SiO2的玻璃中，结构参数Y为 3 。

7.从三T曲线可以求出为避免析出10-6分数的晶体所需的临界冷却速率，该速率越小，越容易形成玻璃。

8．NaCl和SiO2两种物质中SiO2容易形成玻璃，因其具有极性共价键结构。

9.在Na2O－SiO2熔体中，当Na2O/Al2O3<1时，加入Al2O3使熔体粘度降低。

10. 硅酸盐熔体中聚合物种类，数量与熔体组成（O/Si）有关，O/Si比值增大，则熔体中的高聚体[SiO4]数量减少。

11.硅酸盐熔体中同时存在许多聚合程度不等的负离子团，其种类、大小和复杂程度随熔体的组成和温度而变。当温度不变时，熔体中碱性氧化物含量增加，O/Si比值增大，这时熔体中高聚体数量减少。

二、问答题

1.试述熔体粘度对玻璃形成的影响？在硅酸盐熔体中，分析加入—价碱金属氧化物、二价金属氧化物或B2O3后熔体粘度的变化？为什么？

答：1) 熔体粘度对玻璃形成具有决定性作用。熔体在熔点时具有很大粘度，并且粘度随温度降低而剧烈地升高时，容易形成玻璃。

2) 在硅酸盐熔体中，加入R2O，随着O/Si比增加，提供游离氧，桥氧数减小，硅氧网络断裂，使熔体粘度显著减小。加入RO，提供游离氧，使硅氧网络断裂，熔体粘度降低，但是由于R2+的场强较大，有一定的集聚作用，降低的幅度较小。加入B2O3，加入量少时，B2O3处于三度空间连接的[BO4]四面体中，使结构网络聚集紧密，粘度上升。随着B2O3含量增加，B3+开始处于[BO3]三角形中使结构网络疏松，粘度下降。

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2.试阐述网络形成体和网络变性体。

玻璃网络形成体：其单键强度>335KJ／MOL。这类氧化物能单独形成玻璃。

网络变性体：其单键强度<250KJ/MOL。这类氧化物不能形成玻璃,但能改变网络结构，从而使玻璃性质改变。

网络中间体：其单键强度介于250～335KJ/MOL。这类氧化物的作用介于玻璃形成体和网络改变体两者之间。

3. 无规则网络学说的要点。

学说要点：玻璃的结构与相应的晶体结构相似，同样形成连续的三维空间网络结构。这种网络是离子多面体构筑起来的。晶体结构网是由多面体无数次有规律重复而构成，而玻璃中结构多面体重复没有规律性。

4.晶子假说要点

学说要点：硅酸盐玻璃是由无数“晶子”组成，“晶子”的化学性质取决于玻璃的化学组成。所谓“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。“晶子”分散在无定形介质中，并从“晶子”部分到无定形部分的过渡是逐步完成的，两者之间无明显界限。

5. 试从结构上比较硅酸盐晶体与硅酸盐玻璃的区别。

(1)在晶体中，硅氧骨架按一定的对称规律排列；在玻璃中是无序的；

(2)在晶体中，骨架外的金属阳离子占据点阵中的固定位置；在玻璃中，他们均匀地分布在骨架的空腔

内，并起着平衡氧电荷的作用；

(3)在晶体中，只有当骨架外阳离子半径相近时，才能发生同晶置换；在玻璃中，不论半径如何，只要

遵循电价规则，骨架外的阳离子均能发生互相置换；

(4)在晶体中，氧化物有固定的化学计量；在玻璃中氧化物可以非化学计量的任意比例混合。

三、计算题

1．有两种不同配比的玻璃，其组成如下：

试用玻璃结构参数说明两种玻璃高温下粘度的大小？

答：

对于1：Na2O/Al2O3<1,所以Al2O3为网络变性体

Z=4 R1=（10.57+3×12.86+2×76.57）/76.57=2.64

∴Y1=2.72 对于2：Na2O/Al2O3>1,所以Al2O3为网络形成体

Z=4 R2=（20.3+3×6.17+2×73.49）/（2×6.17+73.49）=2.17

∴ Y2= 3.66 ∵Y1﹤Y2∴序号1的玻璃组成的粘度比序号2的玻璃小。

2. 熔体粘度在727℃时是108dp·s，在1156℃时是104dp·s，在什么温度下它是107dp·s(用logη=A+B/T解之)？求该熔体的粘性流动活化能？

第四章

一、填空题

1、在固－液两相接触时，为了使液相对固相润湿，在固－气(γSV)、液－气(γLV)界面张力不变时，必须使液－固(γLS)界面张力减小。

2、在粘土颗粒周围吸附着定向水分子层和水化阳离子，这部分水称为牢固结合水。

3、按晶界两边排列原子的连贯性，可将晶界分为共格晶界、半共格晶界和非共格晶界

4、粘土带负电荷的原因主要由同晶置换、高岭石中破键和吸附在粘土表面的腐殖质离解而产生。

5、同价阳离子饱和的粘土其ζ电位随离子半径增大而降低。

6、当润湿角小于90度时，固体表面越粗糙，固液表面润湿性越好。

7、润湿的类型有附着润湿、铺展润湿和浸渍润湿三类，其中铺展润湿是润湿的最好境界。

8、粘土表面吸附的阳离子的电价越高，其ζ电位越小。

9、凸面的蒸汽压大于平面。

10、在离子晶体表面，表面双电层越厚，表面能越小，硬度越低。

二、名词解释

1、维尔威学说

松弛过程：处于表面层的负离子外侧是不饱和的，电子云将拉向内侧的正离子一方而发生极化变形，表面质点通过电子云极化变形来降低表面能的这一过程称为松弛。松弛在瞬间完成，其结果改变了表面层的键性。

重排过程：从晶格点阵的稳定性考虑，作用力较大、极化率小的正离子处于稳定的晶格位置。为降低表面能，各离子周围作用能应尽量趋于对称，因而正离子在内部质点作用下向晶体靠拢，而易极化的负离子受诱导极化偶极子排斥而被推向外侧，从而形成表面双电子层。

随着重排过程的进行，表面层中离子键性逐渐过渡为共价键性，固体表面好像被一层负离子所屏蔽并导致表面层在组成上成为非化学计量。

2、泥浆的触变性

泥浆静止时内部的网状结构会稠化成胶状物质，当再进行搅拌或振荡时，又会恢复其原有的流动性的性质