无机材料概论

玻璃:

1.名词解释:桥氧、非桥氧、配位数。

桥氧:玻璃网络中作为两个成网多面体所共有顶角的氧离子,即起“桥梁”作用的氧离子。

非桥氧:仅与一个成网离子相键连,而不被两个成网多面体所共的氧离子则为非桥氧。

配位数:直接同中心离子(或原子)配位的原子数目叫中心离子(或原子)的配位数。

2.了解硅酸盐结构形态与桥氧与非桥氧之间的关系。

在无机非金属材料中,硅酸盐晶体结构有一个共同的特点,即均具有[SiO4]四面体,并遵循由此导出的硅酸盐结构定律。[PO4]四面体,[BO4]四面体,[BO3]三角体,[AlO4]四面体,[AlO6]八面体。

硅酸盐矿物的晶体结构中,最基本的结构单元就是Si-O络阴离子。除硅灰石膏结构中 Si4+具有6次配位,形成Si-O6配位八面体而属于六氧硅酸盐外,其她所有硅酸盐矿物都属于四氧硅酸盐。其Si4+具有4次配位,形成Si-O4配位四面体。这样的硅氧四面体在结构中可以孤立地存在,彼此间由其她金属阳离子来连接。但硅氧四面体间经常还可通过共用角顶上的O2-(称为桥氧)而相互连接,从而构成四面体群、环、链、层与架等不同连接形式的所谓硅氧骨干。硅氧骨干与硅氧骨干之间再借助于其她金属阳离子来连接。

3.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？

1)具有比金属键与纯共价键稳定的离子键与混合键——脆性。

2)比金属的晶体结构复杂,没有自由电子。

3)熔点高,硬度高,脆性大,透明度高,导电性低,抗化学腐蚀能力强。

4)绝大多数就是绝缘体,导热系数低,受热变形小。

4.什么就是玻璃态物质的四个通性？解释之。

1)各向同性

玻璃体的任何方向具有相同性质。就就是说,玻璃态物质各个方向的硬度、弹性模量、热膨胀系数、热传导系数、折射率、导电率等都就是相同的。

2)介稳性

玻璃处于介稳状态,就就是说,从熔体冷却或其她方法形成玻璃时,系统所含的内能并不处于最低值。当玻璃从液态向固态转化时,玻璃的内能大于同组成晶体的内能,玻璃的体积大于同组成晶体的体积。从热力学的观点瞧,玻璃态就是不稳定的,但从动力学的观点瞧,它又就是稳定的。

3）性质变化的连续性与渐变性

在玻璃形成范围内,成分可以连续变化。因此在大部分情况下,玻璃的一些物理性质就是玻璃中所含各氧化物特定的部分性质之与。

4）没有固定的熔点

玻璃在固态与熔融态间的转化就是可逆的,没有固定的熔点。它由液态到固态就是一个连续渐变的过程。

5.T g-T f玻璃转变温度区域的含义,及对玻璃结构、性质的研究有何意义？

1)T g—T f区域称为玻璃转变温度范围。T g—转变温度(转变点),T f—软化温度(软化点)。

2)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。

3)固态玻璃的性质就是相对的,并不就是一个常数。它与T g—T f区域的玻璃冷却速度有关。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。

4)在T g温度以下或T f温度以上,一般认为,冷却速度对玻璃结构性能影响不大。

5)研究这一温度区域内的玻璃转变,对玻璃的退火、分相、析晶、封接、成型等具有重要的实用意义。

6.解释玻璃态结构的晶子学说与无规则网络学说,概括并比较其结构特点。

无规则网络学说:原子在玻璃中与在晶体中的作用就是相同的,应形成连续的、三维空间的网络,但

在玻璃中就是不规则的,非周期性的,因而玻璃的内能大于晶体的内能,而晶体的结构就是规则的、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就是极度变形的,她就是相对的,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,无序性与均匀性,而晶子学说则比较强调玻璃的微观不均匀性与有序性。当前比较统一的瞧法就是:玻璃结构具有近程有序,远程无序的特点。

7.石英玻璃具有哪些结构、性能特点？生产方法？

一般采用无规则网络学说的模型描述石英玻璃。[SiO4]就是熔融石英与结晶态石英的基本机构单元。它的正负电荷重心重合,不带极性。并以顶角相连。Si-O键就是极性共价键。其键能非常大。

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。

生产方法:间隙法、连熔法、气炼法。

8.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,这就是为什么？

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。

而钠硅玻璃中加入CaO时,使玻璃的结构与性质发生明显的变化,主要表现在结构的加强,一系列物理化学性能变好,成为各种实用的钠硅玻璃的基础。钙的这种特殊作用来源于它本身的特性及其在结构中的地位。Ca2+的离子半径(0、099nm)与Na+(0、095nm)近似,但Ca2+的电荷比Na+大一倍,它的场强比钠大得多。它具有强化玻璃结构与限制钠离子活动的作用。

9.Na2O-CaO- SiO2玻璃系统非常实用,为什么？都用于哪些玻璃制品？

这主要由于该系统的玻璃使用的原料资源丰富,来源广泛,价格低廉,其生产工艺成熟、稳定,玻璃的综合性能(玻璃强度、化学稳定性、耐热性能等)优良。

应用于大多数实用玻璃,例如:瓶罐玻璃、器皿玻璃、保温瓶玻璃、灯泡玻璃、平板玻璃等。10.什么就是硼氧反常性？什么就是硼反常性？理解组成、结构与极值的关系。

硼氧反常性:在R2O-B2O3二元玻璃中,碱金属氧化物提供的氧,可使硼从三配位转变成四配位,从而加强了网络,使玻璃的各种物理性质出现极值,这种现象称为硼氧反常性。

硼反常性:在R2O-B2O3-SiO2系统玻璃中,R2O含量不变,用B2O3取代SiO2,如果氧化硼的含量超过一定限度时,结构与性质会发生逆转现象,在性质变化曲线上则出现极大值或极小值,这种现象称为硼反常现象。

在R2O-B2O3二元玻璃中,碱金属氧化物提供的氧,可使硼从三配位转变为四配位,即在一定范围内,它们提供的氧不像在熔融石英玻璃中使网络断裂而成为非桥氧,相反就是使硼氧三角体转变成由桥氧构成的硼氧四面体,使部分形成三维空间架状结构,使原有二维结构有所加强,并因此引起玻璃的各种理化性能变好。而在Na2O-B2O3-SiO2系统玻璃中,当以B2O3取代SiO2时,折射率、密度、硬度、化学稳定性等出现极大值;热膨胀系数出现极小值,而电导、介电损耗、表面张力则不出现硼反常现象。两种现象都就是由于玻璃中硼氧三角体[BO3]与硼氧四面体[BO4]之间的量变而引起玻璃性质突变的结果。

11.磷酸盐玻璃的结构特点,用途。

磷酸盐玻璃结构的基本单元就是磷氧四面体[PO4] ,但每一磷氧四面体中有一个带双键的氧。

用途:制备光学玻璃,透紫外玻璃,吸热、耐氟酸玻璃,目前就是低熔点玻璃的重要研究方向之一。12.常见的卤化物玻璃、硫属化合物玻璃及用途。

常见的卤化物玻璃:BeF2,ZnCl2,ZnBr2。用途:重要的光学材料,也可作为封接材料。

常见的硫属化合物玻璃:As2S3,As2Se3,GeS2,GeSe2。用途:半导体材料、透红外材料、封接材料。

13.玻璃中氧化物的分类及作用。作为玻璃网络生成体应满足哪些条件？常见的玻璃网络生成体有哪

些？

玻璃中氧化物的分类及作用: