熔體和玻璃體習題與解答(20211112022316)

1、第四章熔體和玻璃體1名詞解釋晶子學說和無規(guī)那么網(wǎng)絡(luò)學說單鍵強分化和縮聚網(wǎng)絡(luò)形成劑和網(wǎng)絡(luò)變性劑答：晶子學說：玻璃內(nèi)部是由無數(shù)“晶子組成，微晶子是帶有晶格變形的有序區(qū)域。 它們分散在無定形介中質(zhì)，晶子向無定形局部過渡是逐漸完成時，二者沒有明顯界限。 無規(guī)那么網(wǎng)絡(luò)學說：但凡成為玻璃態(tài)的物質(zhì)和相應的晶體結(jié)構(gòu)一樣，也是由一個三度空間網(wǎng)絡(luò)所構(gòu)成。這種網(wǎng)絡(luò)是由離子多面體三角體或四面體構(gòu)筑起來的。晶體結(jié)構(gòu)網(wǎng)是由多面體 無數(shù)次有規(guī)律重復構(gòu)成，而玻璃中結(jié)構(gòu)多面體的重復沒有規(guī)律性。單鍵強：單鍵強即為各種化合物分解能與該種化合物配位數(shù)的商。分化過程：架狀SiO 4斷裂稱為熔融石英的分化過程?？s聚過程：分化過程產(chǎn)生的低

2、聚化合物相互發(fā)生作用，形成級次較高的聚合物，次過程為縮聚過程。網(wǎng)絡(luò)形成劑：正離子是網(wǎng)絡(luò)形成離子，對應氧化物能單獨形成玻璃。即凡氧化物的 單鍵能/熔點0.74kJ/molk者稱為網(wǎng)絡(luò)形成劑。網(wǎng)絡(luò)變性劑：這類氧化物不能形成玻璃， 但能改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而使玻璃性質(zhì)改變， 即單鍵強/熔點0.125kJ/molk者稱為網(wǎng)絡(luò)變形劑。2、說明熔體中聚合物形成過程？答：聚合物的形成是以硅氧四面體為根底單位，組成大小不同的聚合體?？煞譃槿齻€階段。初期：石英的分化；中期：縮聚并伴隨變形；后期：在一定時間和一定溫度下，聚合和解聚到達平衡。3、簡述影響熔體粘度的因素？答：影響熔體粘度的主要因素：溫度和熔體的組成。堿性

3、氧化物含量增加，劇烈降低粘度。隨溫度降低，熔體粘度按指數(shù)關(guān)系遞增。4、試用實驗方法鑒別晶體 Si02、SiO?玻璃、硅膠和SiO?熔體。它們的結(jié)構(gòu)有什么不同？答：利用X-射線檢測。 晶體SiO?-質(zhì)點在三維空間做有規(guī)律的排列，各向異性。Si02熔體-內(nèi)部結(jié)構(gòu)為架狀，近程有序，遠程無序。SiO2玻璃-各向同性。 硅膠-疏松多孔。5、 玻璃的組成是 13重量百分比Na2O、13重量百分比CaO、74重量百分比SiO2,計算橋 氧分數(shù)？解：R=(12.6+13.8+73.6X 2)/ 73.6=2.39Na2OCaOSiO2wt%131374mol0.210.231.23mol%12.613.873

4、.6因 Z=4 所以 X=2R - Z=2.39 X 2 - 4=0.72Y=Z - X= 4 - 0.72=3.28氧橋分數(shù)為 3.28/ (3.28 >0.5+0.72) =69.5%6、有兩種不同配比的玻璃，其組成如下：序號Na2Owt%Al 2O3Wt%SiO2wt%181280212880試用玻璃結(jié)構(gòu)參數(shù)說明兩種玻璃高溫下粘度的大??？解：對于 1 : Z=4 Ri=O/Si=2.55Xi=2Ri- 4=1.1Yi=Z - Xi= 4 - 1.1=2.9對于 2: R2= O/Si=2.45X2=2R2 - 4=0.9丫2= 4 - X2= 4 - 0.9=3.1由于Y i &l

5、t; 丫2所以序號1的玻璃組成的粘度比序號 2的玻璃小。7、 在SiO2中應參加多少Na?O,使玻璃的O/Si=2.5，此時析晶能力是增強還是削弱？解：設(shè)參加x mol的Na2O，而SiO2的量為y mol。那么 O/Si= (x+2y) / y =2.5 x=y/2 即二者的物質(zhì)量比為 1:2時，O/Si=2.5。因為O/Si增加了，粘度下降，析晶能力增強了。8、試比擬硅酸鹽玻璃與硼酸鹽玻璃在結(jié)構(gòu)與性能上的差異。答：結(jié)構(gòu)差異：硅酸鹽玻璃：石英玻璃是硅酸鹽玻璃的根底。石英玻璃是硅氧四面體SiO4以頂角相連而組成的三維架狀結(jié)構(gòu)。由于Si-O-Si鍵角變動范圍大，使石英玻璃中SQ4四面體排列成無規(guī)

6、那么網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。SiO2是硅酸鹽玻璃中的主要氧化物。硼酸鹽玻璃：B和O交替排列的平面六角環(huán)的B-O集團是硼酸鹽玻璃的重要基元，這些環(huán)通過B-O-B鏈連成三維網(wǎng)絡(luò)。B2O3是網(wǎng)絡(luò)形成劑。這種連環(huán)結(jié)構(gòu)與石英玻璃硅氧四面 體的不規(guī)那么網(wǎng)絡(luò)不同，任何O-B三角體的周圍空間并不完全被臨接的三角體所填充，兩個原子接近的可能性較小。性能差異：硅酸鹽玻璃：試劑和氣體介質(zhì)化學穩(wěn)定性好、 硬度高、生產(chǎn)方法簡單等優(yōu)點。硼酸鹽玻璃：硼酸鹽玻璃有某些優(yōu)異的特性。例如：硼酐是唯一能用以制造有吸收慢中子的氧化物玻璃；氧化硼玻璃的轉(zhuǎn)化溫度比硅酸鹽玻璃低得多；硼對中子射線的靈敏度高， 硼酸鹽玻璃作為原子反響堆的窗口對材料起屏蔽中

7、子射線的作用。9、解釋硼酸鹽玻璃的硼反?，F(xiàn)象？答：硼反常現(xiàn)象：隨著 Na?。( R2O)含量的增加，橋氧數(shù)增大，熱膨脹系數(shù)逐漸下降。當 Na2O含量到達15%-16%時，橋氧又開始減少，熱膨脹系數(shù)重新上升，這種反?，F(xiàn)象就是硼 反常現(xiàn)象。硼反常現(xiàn)象原因：當數(shù)量不多的堿金屬氧化物同B2O3 一起熔融時，堿金屬所提供的氧不像熔融SiO2玻璃中作為非橋氧出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)中，而是使硼轉(zhuǎn)變?yōu)橛蓸蜓踅M成的硼氧四面體。致使B2O3玻璃從原來二度空間層狀結(jié)構(gòu)局部轉(zhuǎn)變?yōu)槿瓤臻g的架狀結(jié)構(gòu)，從而加強了網(wǎng)絡(luò) 結(jié)構(gòu)，并使玻璃的各種物理性能變好。這與相同條件下的硅酸鹽玻璃性能隨堿金屬或堿土金 屬參加量的變化規(guī)律相反。10、試比

8、擬硅酸鹽晶體與硅酸鹽玻璃在結(jié)構(gòu)上有何異同點？答：晶體與玻璃體都是三維空間網(wǎng)絡(luò)所構(gòu)成。是物質(zhì)的兩種不同形態(tài)， 晶體結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)由多面體無數(shù)次有規(guī)律重復而構(gòu)成， 而玻璃體結(jié)構(gòu)中多面體的重復沒有規(guī)律性。晶體結(jié)構(gòu)是近程有序，遠程也有序的結(jié)構(gòu)。而玻璃是近程有序，遠程無序的無定形物質(zhì)。11. 為什么要研究熔體和玻璃？結(jié)構(gòu)和性能答：熔體是玻璃制造的中間產(chǎn)物；瓷釉在高溫狀態(tài)下是熔體狀態(tài)； 耐火材料的耐火度與熔體含量有直接關(guān)系；瓷胎中 40% 60%是玻璃狀態(tài)高溫下是熔體態(tài) 。12熔體化學鍵 RO 鍵的作用是什么？答：熔體中R O鍵的鍵性以離子鍵 為主。當R20、RO引入硅酸鹽熔體中時， Si4+能把R 0上的氧離

9、子吸引到自己周圍，使Si 0鍵的鍵強、鍵長、鍵角發(fā)生改變，最終使橋氧斷裂。13. 簡述熔體形成過程 ，以Na20 SiO2熔體為例。答： 1 石英的分化；2升溫和無序化；3縮聚反響；4熔體中的可逆平衡；14. 聚合物的形成大致分為哪幾個個階段？最終熔體組成是什么？ 答：聚合物的形成大致分三階段： 初期：主要是石英顆粒的分化； 中期：縮聚反響并伴隨聚合物的變形； 后期：在一定溫度高溫和一定時間足夠長下到達聚合v = 解聚平衡。 最終熔體組成是： 不同聚合程度的各種聚合體的混合物。 即低聚物、 高聚物、 三維碎片、游離堿、吸附物。15. 熔體結(jié)構(gòu)的根本理論是什么？其理論的要點有哪些？答：聚合物理論

10、。聚合物理論要點：1、 硅酸鹽熔體是由不同級次、 不同大小、不同數(shù)量的聚合物組成的混合物。 所謂的 聚合物是指由 Si04 連接起來的硅酸鹽聚離子。2、 聚合物的種類、大小、分布決定熔體結(jié)構(gòu)，各種聚合物處于不斷的物理運動和化 學運動中，并在一定條件下到達平衡。3、聚合物的分布決定熔體結(jié)構(gòu)，分布一定，結(jié)構(gòu)一定。4 、熔體中聚合物被 R+, R2 +結(jié)合起來，結(jié)合力決定熔體性質(zhì)。 5聚合物的種類、大小、數(shù)量隨溫度和組成而發(fā)生變化。16. 外表張力T 的定義是什么？使6下降的有哪些？答：定義：擴展液體外表需要做功，外表能即將外表增大一個單位面積所需要作的功 或把質(zhì)點從內(nèi)部移到外表所消耗的能量 。常用

11、物質(zhì)：1 K20 、 Pb0 、 B203 、 Sb203 、 Cr203 有外表活性，當 參加量多時粘 度下降。;2 V2O5、 As2O5、S03強外表活性劑。17. 玻璃的通性有哪些？答：各向同性；介穩(wěn)性；凝固的漸變性和可逆性；由熔融態(tài)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化時，物理、化學性質(zhì)隨溫度變化的連續(xù)性。18. 什么鍵型能形成玻璃？其重要因素是什么？能形成玻璃的原因是什么？ 答：離子共價混合鍵和金屬共價混合鍵能形成玻璃。重要因素 :共價因素和強的極化作用原因：當離子鍵向共價鍵過渡， 離子共價混合鍵， 主要在于有 SP 電子形成的雜化軌道， 并構(gòu)成b鍵和n鍵，通過強烈的極化作用， 這種混合鍵既具有離子鍵易改變

12、鍵角、易形成無對稱變形的趨勢， 有利于造成玻璃的遠程無序， 又有共價鍵的方向性和飽和性， 不易改變鍵 長和鍵角的傾向，造成玻璃的近程有序，因此容易形成玻璃。 19玻璃結(jié)構(gòu)的定義和特點是什么？ 答：定義：是指玻璃中質(zhì)點在空間的幾何配置、有序程度以及彼此間的結(jié)合狀態(tài)。特點：近程有序，遠程無序 20比擬硅酸鹽玻璃與硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)上顯著的差異。 答：(1) 晶體中 SiO 骨架按一定對稱性作周期重復排列，是嚴格有序的，在玻璃中那么是無 序排列的。晶體是一種結(jié)構(gòu)貫穿到底，玻璃在一定組成范圍內(nèi)往往是幾種結(jié)構(gòu)的混合。(2) 晶體中R +或R2+陽離子占據(jù)點陣的位置：在玻璃中，它們統(tǒng)計地分布在空腔內(nèi)，平衡Onb的負電荷。雖從Na2O-SiO2系統(tǒng)玻璃的徑向分布曲線中