【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 式對(duì)稱有規(guī)律有序排列，遠(yuǎn)程有序基本結(jié)構(gòu)單元[SiO4]呈架狀結(jié)構(gòu)，遠(yuǎn)程無序基本結(jié)構(gòu)單元[Si6O18]12呈六節(jié)環(huán)或八節(jié)環(huán)，遠(yuǎn)程無序性質(zhì)固體無流動(dòng)性，熔點(diǎn)高，硬度大，導(dǎo)電性差，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，化學(xué)穩(wěn)定性好有流動(dòng)性，η大，電導(dǎo)率大，表面張力大有流動(dòng)性，η較石英熔體小，電導(dǎo)率大，表面張力大47SiO2熔體的粘度在1000℃時(shí)為1014Pas，在1400℃時(shí)為107Pas。SiO2玻璃粘滯流動(dòng)的活化能是多少？上述數(shù)據(jù)為恒壓下取得，若在恒容下獲得，你認(rèn)為活化能會(huì)改變嗎？為什么？解：（1）根據(jù)公式：1000℃時(shí)，η=1014Pas，T=1000+273=1273K,①1000℃時(shí)，η=107Pas，T=1400+273=1673K,②聯(lián)立（1），（2）式解得：1016Pas，=（2）若在在恒容下獲得，活化能不會(huì)改變。因?yàn)榛罨苁且后w質(zhì)點(diǎn)作直線運(yùn)動(dòng)所必需的能量。它與熔體組成和熔體[SiO4]聚合程度有關(guān)。48一種熔體在1300℃的粘度是310Pas，在800℃是107Pas，在1050℃時(shí)其粘度為多少？在此溫度下急冷能否形成玻璃？解：（1）根據(jù)1300℃時(shí)，η=310Pas，由公式得：①800℃時(shí)，η=107Pas，由公式得：②聯(lián)立（1），（2）式解得∴A=，B=當(dāng)t=1050℃時(shí)，解得η=s。（2）在此溫度下，極冷能形成玻璃。49試用logη＝A＋B/（T－T0）方程式，繪出下列兩種熔體在1350~500℃間的粘度曲線（logη~1/T）。兩種熔體常數(shù)如下：序號(hào)ABT01422921924690216解：根據(jù)公式：對(duì)于熔體1：當(dāng)t=500℃時(shí)，T=500+273=773K,當(dāng)t=700℃時(shí)，T=700+273=973K,當(dāng)t=900℃時(shí)，T=900+273=1173K,當(dāng)t=1100℃時(shí)，T=1100+273=1373K,當(dāng)t=1350℃時(shí)，T=1350+273=1623K,對(duì)于熔體2：當(dāng)t=500℃時(shí)，T=500+273=773K,當(dāng)t=700℃時(shí)，T=700+273=973K,當(dāng)t=900℃時(shí)，T=900+273=1173K,當(dāng)t=1100℃時(shí)，T=1100+273=1373K,當(dāng)t=1350℃時(shí)，T=1350+273=1623K,熔體在1350~500℃間的粘度曲線410派來克斯（Pyrex）玻璃的粘度在1400℃時(shí)是109Pas，在840℃是1013Pas。請(qǐng)回解：（1）粘性流動(dòng)活化能是多少？（2）為了易于成形，玻璃達(dá)到105Pas的粘度時(shí)約要多高的溫度？解：（1）根據(jù)公式：1400℃時(shí)，η=109Pas，T=1400+273=1673K,①840℃時(shí)，η=1013Pas，T=840+273=1113K,②聯(lián)立（1），（2）式解得：s，=（2）當(dāng)η=105Pas時(shí)，105=解得t=℃411一種玻璃的工作范圍是870℃（η＝106Pas）至1300℃（η＝s），估計(jì)它的退火點(diǎn)（η＝1012Pas）？解：根據(jù)公式：870℃時(shí)，η=106Pas，T=870+273=1143K,①1300℃時(shí)，η=s，T=1300+273=1573K,②聯(lián)立（1），（2）式解得：107Pas，=當(dāng)η=1012Pas時(shí)，1012=107解得t=℃412從以下兩種釉式中，你能否判斷兩者的熔融溫度、粘度、表面張力上的差別？說明理由。解：（1）粘度的差別對(duì)釉式1：Al3+按網(wǎng)絡(luò)形成離子，對(duì)于釉式2：Al3+被視為網(wǎng)絡(luò)改變離子即：釉式1Y1釉式2Y2，所以在高溫下釉式1粘度釉式2粘度。（2）釉式1熔融溫度釉式2熔融溫度（3）表面張力的差別：釉式1表面張力釉式2表面張力因?yàn)橛允?的O/Si小于釉式2的O/Si，同時(shí)釉式1加入了PbO和B2O3,這些氧化物可以降低表面張力。413一種用于密封照明燈的硼硅酸鹽玻璃，它的退火點(diǎn)是544℃，軟化點(diǎn)是780℃。求：（1）這種玻璃粘性流動(dòng)的活化能；（2）它的工作范圍；（3）它的熔融范圍。解：（1）根據(jù)公式：退火點(diǎn)544℃，η=1012Pas，T=544+273=817K,①軟化點(diǎn)為780℃，η=106Pas，T=780+273=1053K,②聯(lián)立（1），（2）式解得：1012Pas，=（2）工作溫度范圍粘度一般為103~根據(jù)公式：當(dāng)η=103Pas時(shí)，T==℃當(dāng)η=107Pas時(shí)，T==℃所以工作溫度范圍是：℃~℃（3）熔融范圍粘度一般是10~當(dāng)η=10Pas時(shí)，T==℃當(dāng)η=100Pas時(shí)，T==℃℃~℃414影響玻璃形成過程中的動(dòng)力學(xué)因素是什么？結(jié)晶化學(xué)因素是什么？試簡(jiǎn)要敘述之。解：影響玻璃形成的關(guān)鍵是熔體的冷卻速率，熔體是析晶還是形成玻璃與過冷度、粘度、成核速率、晶體生長(zhǎng)速率有關(guān)。玻璃形成的結(jié)晶化學(xué)因素有：復(fù)合陰離子團(tuán)大小與排列方式，鍵強(qiáng)，鍵型。415試計(jì)算下列玻璃的結(jié)構(gòu)參數(shù)及非橋氧分?jǐn)?shù)。（1）Na2OSiO2；（2）Na2OCaOAl2O3SiO2；（3）Na2O1/3Al2O3SiO2；（4）18Na2O10CaO72SiO2（wt％）解：（1）Z=4，R=3/1=3，X=2RZ=64=2，Y=82R=86=2（2）1Al3+被視為網(wǎng)絡(luò)形成離子Z=4，X=2RZ==，Y==（3）1Al3+被視為網(wǎng)絡(luò)形成離子Z=4，X=2RZ==，Y==（4）Na2OCaOSiO2wt%181072molmol%%%%Z=4，X=2RZ=，Y==416有兩種玻璃其組成（mol％）如下表，試計(jì)算玻璃的結(jié)構(gòu)參數(shù)，并比較兩種玻璃的粘度在高溫下何者大？序號(hào)Na2OCaOA12O3SiO2B2O312010106002100206010解：1號(hào)：Z=4，Al3+被視為網(wǎng)絡(luò)形成離子X1=2RZ=，Y1==2號(hào)：Z=4，Al3+被視為網(wǎng)絡(luò)改變離子X2=2RZ=，Y2==Y1Y2高溫下1號(hào)玻璃的粘度大。417有兩種不同配比的玻璃其組成（wt％）如下，試用玻璃結(jié)構(gòu)參數(shù)說明兩種玻璃高溫下粘度的大小？序號(hào)Na2OA12O3SiO2181280212880解：序號(hào)Na2OA12O3SiO2wt%mol%wt%mol%wt%mol%181280212880對(duì)于1：Z=4，Al2O3被視為網(wǎng)絡(luò)形成離子X1=2RZ=，Y1=4X=對(duì)于2：Z=4，Al2O3被視為網(wǎng)絡(luò)形成離子X2=2RZ=，Y2=4X=Y1Y2，故1號(hào)在高溫下的粘度大。418有一種玻璃組成（wt％）為Na2O14％、CaO13％、SiO273％。（1）計(jì)算該玻璃的原子堆積系數(shù)（AFP）及結(jié)構(gòu)參數(shù)值？（2）若用純堿、石灰石和石英砂作原料，用1000kg石英砂熔制該玻璃，問其他兩種原料各需多少？解：（1）該玻璃的平均分子量GM=62+56+=在1197。3中原子數(shù)為n==10241023/=在1197。3原子所占體積V=4/3π[2+++（++2）]=∴AFP=結(jié)構(gòu)參數(shù)：Na2OCaOSiO2wt%141373molmol%R=(++2)/=∵Z=4∴X=2RZ=24=Y=ZX==（2）石英砂為1000kg，則需要純堿（Na2CO3）：需要石灰石（CaCO3）：419試簡(jiǎn)述哪些物質(zhì)可以形成非晶態(tài)固體（NCS）？形成（NCS）的手段有哪些？可以用什么實(shí)驗(yàn)方法研究NCS結(jié)構(gòu)？解：熔體和玻璃體可以形成非晶態(tài)固體。將熔體和玻璃體過冷可以得到非晶態(tài)固體。420試簡(jiǎn)述淬火玻璃與退火玻璃在結(jié)構(gòu)與性能上有何差異？解：消除和均衡由溫度梯度產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力的玻璃為退火玻璃，這類玻璃不易碎裂且切割方便。淬火處理是將制品加熱至接近其軟化溫度，使玻璃完全退火，然后進(jìn)行迅速冷卻(淬火處理)。因此產(chǎn)生均勻的內(nèi)應(yīng)力，從而使玻璃表面產(chǎn)生預(yù)加壓應(yīng)力，增加了抗彎、抗沖擊的抗扭曲變形的能力。421以下三種物質(zhì)，哪個(gè)最容易形成玻璃？哪個(gè)最不容易形成玻璃，為什么？（1）Na2O2SiO2；（2）Na2OSiO2；（3）NaCl解：（1）最容易形成玻璃，（3）最不容易形成玻璃。經(jīng)計(jì)算可知R1=，R2=3，Y1=3，Y2=2Y1Y2，高溫下（1）粘度大，容易形成玻璃，NaCl不具備網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，為典型的離子晶體很難形成玻璃。422查閱下列系統(tǒng)的粘度和Tg/TM等有關(guān)數(shù)據(jù)，試判斷下列系統(tǒng)形成玻璃可能性的順序。（1）GeO2SiO2，以100℃/s冷卻；（2）GeO2SiO2氣相沉積在0℃SiO2基板上；（3）金屬金氣相沉積在0℃銅基板上；（4）A12O3氣相沉積在0℃A12O3基板上；（5）液態(tài)硫以1℃/s冷卻；（6）液態(tài)金以106℃/s冷卻；（7）氣態(tài)NaCl在0℃A12O3基板上冷卻；（8）液態(tài)ZnCl2以100℃/s冷卻。解：略。423若將10mol％Na2O加入到SiO2中去，計(jì)算O∶Si比例是多少？這樣一種配比有形成玻璃趨向嗎？為什么？解：，這種配比有形成玻璃的趨向，因?yàn)榇藭r(shí)結(jié)構(gòu)維持三維架狀結(jié)構(gòu)，玻璃的粘度還較大，容易形成玻璃。424在100gSiO2中要加入多少CaO，才能使O∶？解：設(shè)要加入XgCaO，則：解得：X=425若將50mol％Na2O加入到SiO2中，計(jì)算O∶Si比例是多少？這種配比能形成玻璃嗎？為什么？解：，可以形成玻璃。當(dāng)加入50mol%Na2O時(shí)，連續(xù)網(wǎng)狀SiO2骨架雖然松弛化，但依然是三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以形成玻璃。426在SiO2中加入20％B2O3，試計(jì)算熔體的O∶Si比例是多少？解：427在SiO2中應(yīng)加入多少Na2O，使玻璃的O/Si＝，此時(shí)析晶能力是增強(qiáng)還是削弱？解：設(shè)加入xmol的Na2O，而SiO2的量為ymol。則O/Si=（x+2y）/y=∴x=y/2即二者的物質(zhì)量比為1:2時(shí)，O/Si=。因?yàn)镺/Si增加了，粘度下降，析晶能力增強(qiáng)了。428個(gè)別網(wǎng)絡(luò)改變體（如Na2O）加到石英玻璃中，使氧硅比增加。實(shí)驗(yàn)觀察到當(dāng)O/Si＝~3時(shí)，即達(dá)到形成玻璃的極限，根據(jù)結(jié)構(gòu)解釋為什么在2＜O/Si＜，而O/Si＝3的堿和硅灰石混合物結(jié)晶而不形成玻璃？解：當(dāng)O/Si＝~3時(shí)，Y=2~3，當(dāng)2＜O/Si＜，3Y4,而當(dāng)O/Si＝3時(shí)，Y=2。結(jié)構(gòu)參數(shù)Y對(duì)玻璃性質(zhì)有重要意義。對(duì)于Na2OSiO2玻璃，Y越大，網(wǎng)絡(luò)連接越緊密，強(qiáng)度越大；反之，Y愈小，網(wǎng)絡(luò)空間上的聚集也愈小，結(jié)構(gòu)也變得較松，并隨之出現(xiàn)較大的空隙，結(jié)果使網(wǎng)絡(luò)改變離子的運(yùn)動(dòng)，不論在本身位置振動(dòng)或從一位置通過網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)隙躍遷到另一位置都比較容易。因此隨著Y值遞減，出現(xiàn)膨脹系數(shù)增大，電導(dǎo)增加和粘度減小等變化。對(duì)于硅酸鹽玻璃來說，Y2時(shí)不可能構(gòu)成三維網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)樗拿骟w間公有的橋氧數(shù)少于2，結(jié)構(gòu)多半是不同長(zhǎng)度的四面體鏈。所以對(duì)于O/Si＝3的堿和硅灰石混合物結(jié)晶而不形成玻璃。429試分析：（1）假如要求在800℃時(shí)得到一種具有最高的SiO2摩爾百分?jǐn)?shù)的熔體，而且只能在SiO2中加入一種別的氧化物，那么應(yīng)選擇什么氧化物作外加劑？加入量多少為宜？說明理由。（2）為什么石英的熔融溫度比方石英的熔融溫度低？第五章答案51略。52何謂表面張力和表面能？在固態(tài)和液態(tài)這兩者有何差別？解：表面張力：垂直作用在單位長(zhǎng)度線段上的表面緊縮力或?qū)⑽矬w表面增大一個(gè)單位所需作的功；σ=力/總長(zhǎng)度（N/m）表面能：恒溫、恒壓、恒組成情況下，可逆地增加物系表面積須對(duì)物質(zhì)所做的非體積功稱為表面能；J/m2=N/m液體：不能承受剪應(yīng)力，外力所做的功表現(xiàn)為表面積的擴(kuò)展，因?yàn)楸砻鎻埩εc表面能數(shù)量是相同的；固體：能承受剪切應(yīng)力，外力的作用表現(xiàn)為表面積的增加和部分的塑性形變，表面張力與表面能不等。53在石英玻璃熔體下20cm處形成半徑510－8m的氣泡，熔體密度為2200kg/m3，105Pa，求形成此氣泡所需最低內(nèi)壓力是多少？解：P1（熔體柱靜壓力）=hρg=2200=附加壓力=2108=107Pa故形成此氣泡所需壓力至少為P=P1+△P+P大氣=+107+105=105Pa54（1）什么是彎曲表面的附加壓力？其正負(fù)根據(jù)什么劃分？（2），、5μm的曲面附加壓力？解：（1）由于表面張力的存在，使彎曲表面上產(chǎn)生一個(gè)附加壓力，如果平面的壓力為P0，彎曲表面產(chǎn)生的壓力差為△P，則總壓力為P=P0+△P。附加壓力的正負(fù)取決于曲面的曲率，凸面為正，凹面為負(fù)。（2）根據(jù)Laplace公式：可算得△P=（1/+1/5）=106Pa55什么是吸附和粘附？當(dāng)用焊錫來焊接銅絲時(shí)，用挫刀除去表面層，可使焊接更加牢固，請(qǐng)解釋這種現(xiàn)象？解：吸附：固體表面力場(chǎng)與被吸附分子發(fā)生的力場(chǎng)相互作用的結(jié)果，發(fā)生在固體表面上，分物理吸附和化學(xué)吸附；粘附：指兩個(gè)發(fā)生接觸的表面之間的吸引，發(fā)生在固液界面上；銅絲放在空氣中，其表面層被吸附膜（氧化膜）所覆蓋，焊錫焊接銅絲時(shí)，只是將吸附膜粘在一起，錫與吸附膜粘附的粘附功小，銼刀除去表面層露出真正銅絲表面（去掉氧化膜），錫與銅相似材料粘附很牢固。56在高溫將某金屬熔于Al2O3片上。（1）若Al2O3的