無機材料科學基礎課后習題答案6

1、6-1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基礎單位，組成大小不同的聚合體。可分為三個階段 初期：石英的分化；中期：縮聚并伴隨變形；后期：在一定時間和定溫度下，聚合和解聚達到平衡。6-2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)關系遞增。6-3名詞解釋（并比較其異同）晶子學說和無規(guī)則網(wǎng)絡學說單鍵強分化和縮聚網(wǎng)絡形成劑和網(wǎng)絡變性劑答：晶子學說：玻璃部是由無數(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 定形部分過渡是逐漸完成時，二者沒有明顯界限。無規(guī)則網(wǎng)

2、絡學說：凡是成為玻璃態(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)絡所構(gòu)成。這種 網(wǎng)絡是由離子多面體（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)絡形成劑：正離子是網(wǎng)絡形成離子，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/mol .k 者稱為網(wǎng)絡形成劑。網(wǎng)絡變性劑：這類氧化物不能形成玻璃，但能改變網(wǎng) 絡結(jié)

3、構(gòu)，從而使玻璃性質(zhì)改變，即單鍵強 /熔點 0.125kJ/mol .k者稱為網(wǎng)絡變形齊I。6-4試用實驗方法鑒別晶體 SiO2、Si&玻璃、硅膠和Si&熔體。它們的 結(jié)構(gòu)有什么不同？答：利用X一射線檢測晶體SiO2一質(zhì)點在三維空間做有規(guī)律的排列，各向異性。SiO2熔體一部結(jié)構(gòu)為架狀，近程有序，遠程無序。SiO2玻璃一各向同性。硅膠一疏松多孔。6-5玻璃的組成是13wt%NaQ 13wt%CaO 74wt%SiO,計算橋氧分數(shù)?解：Na2OCaOSiO2wt%131374mol0.210.231.23mol%12.613.873.6R=(12.6+13.8+73.6 X2)/ 73.6=2.39

4、Z=4，X=2R- Z=2.39 X 2 - 4=0.72Y=Z X= 4 - 0.72=3.28氧橋=3.28/(3.28 X 0.5+0.72 )=69.5%6-6有兩種不同配比的玻璃，其組成如下:序號NaO(wt%)Al 2Q(wt%)SiO2(wt%)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?。拷猓簩τ?1: Z=4 Ri=O/Si=2.55Xi=2R 4=1.1Yi=Z-Xi= 4 一1.1=2.9對于 2: R= O/Si=2.45二 X2=2R2 4=0.9Y2= 4 - X2= 4 -0.9=3.1 YY2序號1的玻璃組成的粘度比序號 2的玻璃小。6-

5、7在SiO2中應加入多少NaO,使玻璃的O/Si=2.5 ,此時析晶能力是增強還是削弱?解：設加入x mol的NaO,而SiO2的量為y mol。貝(J O/Si= (x+2y) / y =2.5x=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。6-8有一種平板玻璃組成為 14NaO- 13CaQ-73SiO2 （wt%重量百分比）， 其密度為2.5g/cm3,計算玻璃的原子堆積系數(shù)（AFB為多少？計算該玻璃的結(jié)構(gòu)參數(shù) 值?解：該玻璃的平均分子量GM=0.14 62+0.13 X 56+0.73 X 60.02=59.77在1? 3中原子數(shù)

6、為n=p No/GM=2.5X 10-24 X6.02 X 1023/59.77 =0.252 個/? 3在1? 3原子所占體積V=0.0252X4/3 兀0.14 X2X0.98 3+0.13 X 1.063+0.73 X0.39 3+ (0.14+0.13+0.73 X2)X 1.32 3=0.4685AFP=0.46結(jié)構(gòu)參數(shù):NaOCaOSiO2wt%141373mol0.230.231.22mol%13.713.772.6R=(13.7+13.7+72.6X2)/ 72.6=2.38Z=4，X=2R- Z=2.38 X 2 - 4=0.76Y=Z X= 4 - 0.76=3.246-9

7、試比較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基礎。石英玻璃是硅氧四面體SiO 4以頂角相連而組成 的三維架狀結(jié)構(gòu)。由于 Si-O-Si鍵角變動圍大， 使石英玻璃中SiO 4四面體排列成無規(guī)則網(wǎng)絡結(jié) 構(gòu)。SiO2是硅酸鹽玻璃中的主要氧化物。硼酸鹽玻璃：B和。交替排列的平面 六角環(huán)的B-。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。B2Q是網(wǎng)絡形 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) 則網(wǎng)絡不同，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：硼酊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 玻璃作為原子反應堆的窗口對材料起屏蔽中子射 線的作用6-10解釋硼酸鹽玻璃的硼反?，F(xiàn)象?答：硼反?，F(xiàn)象：隨著NaO(QO)含量的增加，橋氧數(shù)增大，熱膨脹系數(shù)逐漸下降。當 NaO含量達到15316%寸， 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?，F(xiàn)象原因：當數(shù)量不多的堿金屬氧化物同 &Q 一起熔融時，堿金屬所提供的氧不像熔融 SiQ玻璃中