【文章內(nèi)容簡介】 xAxO受溫度控制x=0～1有限固溶體間隙型間隙離子半徑小，晶體結(jié)構(gòu)開放，空隙大YF3摻雜量固溶度，受溫度控制組分缺陷 30% ，Ca2+電價(jià)≠Zr4+電價(jià)2CaOCaO　摻雜量固溶度，受溫度控制　　非化學(xué)計(jì)量化合物陽離子缺位環(huán)境中氣氛性質(zhì)和壓力變化變價(jià)元素氧化物在氧化氣氛中O2(g)→2Fe+ V+OO[h] [PO]陰離子間隙O2(g)→+U(2h)[] 陽離子間隙變價(jià)元素氧化物在還原氣氛中ZnO+2e′+O2(g)[]陰離子缺位OO→+2+O2(g)[ V] 。（a）判斷方程的合理性。（b）寫出每一方程對(duì)應(yīng)的固溶式。解： 3MgO2+ +3OO （1）2MgO2+ +2OO （2）YF3Y +F+2FF （3）2YF32Y ++6FF （4）（a）書寫缺陷方程首先考慮電價(jià)平衡，如方程（1）和（4）。在不等價(jià)置換時(shí)，3Mg2+ →2Al3+ ；2Y3+ →3Ca2+。這樣即可寫出一組缺陷方程。其次考慮不等價(jià)離子等量置換，如方程（2）和（3）2Mg2+ →2Al3+ ；Y3+ →Ca2+。這樣又可寫出一組缺陷方程。在這兩組方程中，從結(jié)晶化學(xué)的晶體穩(wěn)定性考慮，在離子晶體中除螢石型晶體結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生間隙型固溶體以外，由于離子晶體中陰離子緊密堆積，間隙陰離子或陽離子都會(huì)破壞晶體的穩(wěn)定性。因而間隙型缺陷在離子晶體中（除螢石型）較少見。上述四個(gè)方程以（2）和（3）較合理。當(dāng)然正確的判斷必須用固溶體密度測定法來決定。（b）(1)(2) (3) (4) ，化學(xué)分析結(jié)果認(rèn)為，%% Cr2O3。試寫出缺陷反應(yīng)方程（置換型）及化學(xué)式。解：NiO和Cr2O3固溶入Al2O3的缺陷反應(yīng)為：2NiO2+ +2OOCr2O3固溶體分子式為：Cr取1mol試樣為基準(zhǔn)，則m＝ ； m＝ ； m＝1－－＝∵ 2NiO →2Al2 O3Cr2 O3 →Al2 O3∴取代前Al2O3所占晶格為：＋＋＝ (Al2O3)取代后各組分所占晶格分別為：Al2O3： molNiO： molCr2 O3： mol∴取代后，固溶體的分子式為： Al2O3 NiO Cr2 O3 ∴x=, Y==2－－=2－x－y=3－x ZnO是六方晶系，a=，c=，每個(gè)晶胞中含2個(gè)ZnO分子， g/cm3，求這兩種情況下各產(chǎn)生什么型式的固溶體？解：六方晶系的晶胞體積V===在兩種密度下晶胞的重量分別為W1=d1v=1023=1022(g)W2=d2v=1023=1022(g)理論上單位晶胞重W==(g)∴密度是d1時(shí)為間隙型固溶體，是d2時(shí)為置換型固溶體。、Al2O3和Cr2O3，其正、。Al2O3和Cr2O3形成連續(xù)固溶體。 (a) 這個(gè)結(jié)果可能嗎？為什么？ (b) 試預(yù)計(jì)，在MgO－Cr2O3系統(tǒng)中的固溶度是有限還是很大？為什么？解：（a）Al2O3與Cr2O3有可能形成連續(xù)固溶體。因?yàn)椋孩?=10%＜15%②結(jié)構(gòu)類型相同，均屬剛玉型結(jié)構(gòu)。（b）對(duì)于MgO－Cr2O3系統(tǒng)，由于結(jié)構(gòu)類型相差較大，前者為NaCl型，后者為剛玉型。雖然==%＜15%，也不可能形成完全互溶的固溶體，而只能是有限固溶。 Al2O3在MgO中將形成有限固溶體，在低共熔溫度1995℃時(shí)，約有18wt% Al2O3溶入MgO中，MgO單位晶胞尺寸減小。試預(yù)計(jì)下列情況下密度的變化。(a) Al3+為間隙離子， (b) Al3+為置換離子。解：(a) Al3+為間隙離子：缺陷反應(yīng)為： （1）固溶式分子式： （2）（b）Al3+為置換離子：缺陷反應(yīng)為：+ （3）固溶式分子式： （4）取100g試樣為基準(zhǔn)：（為摩爾數(shù)）m＝＝＝ (m為摩爾數(shù))mMgO＝＝＝∴MgO中固溶18%wt的Al2O3后的分子式為： MgO (5)（5） (6)由（6）式得x=（2）（4）式，對(duì)（a）有（b）設(shè)：固溶前后晶胞體積不變，則密度變化為： （，分別代表固溶前后密度）所以，固溶后的密度小于固溶前的密度。 YF3加入CaF2中形成固溶體，實(shí)驗(yàn)測得固溶體的晶胞參數(shù)a=，測得固溶體密度ρ=，試計(jì)算說明固溶體的類型？（元素的相對(duì)原子質(zhì)量：Y=；Ca=；F=）解：YF3加入CaF2的缺陷反應(yīng)方程如下：YF3Y +F+2FF (1)2YF32Y +V +6FF (2)方程（1）和（2）的固溶式：(1)Ca1xYxF2+x (2) Ca(13/2x)YxF2按題意x=：..2；它們的密度分別設(shè)為ρ1和ρ2。CaF2是螢石型晶體，單位晶胞內(nèi)含有4個(gè)螢石分子。ρ1==（g/cm3）ρ2==（g/cm3）由ρ1與ρ2計(jì)算值與實(shí)測密度ρ=， YF3加入CaF2中形成間隙型固溶體。第六章 熔體和非晶態(tài)固體 61 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(chǔ)單位，組成大小不同的聚合體。 可分為三個(gè)階段 初期：石英的分化； 中期：縮聚并伴隨變形； 后期：在一定時(shí)間和一定溫度下，聚合和解聚達(dá)到平衡。 62 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(guān)系遞增。 63 名詞解釋（并比較其異同） ⑴ 晶子學(xué)說和無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說 ⑵ 單鍵強(qiáng) ⑶ 分化和縮聚 ⑷ 網(wǎng)絡(luò)形成劑和網(wǎng)絡(luò)變性劑 答：⑴晶子學(xué)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)，晶子向無定形部分過渡是逐漸完成時(shí)，二者沒有明顯界限。 無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說：凡是成為玻璃態(tài)的物質(zhì)和相應(yīng)的晶體結(jié)構(gòu)一樣，也是由一個(gè)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(fù)構(gòu)成，而玻璃中結(jié)構(gòu)多面體的重復(fù)沒有規(guī)律性。 ⑵單鍵強(qiáng)：單鍵強(qiáng)即為各種化合物分解能與該種化合物配位數(shù)的商。 ⑶分化過程：架狀[SiO4]斷裂稱為熔融石英的分化過程。 縮聚過程：分化過程產(chǎn)生的低聚化合物相互發(fā)生作用，形成級(jí)次較高的聚合物，次過程為縮聚過程。 ⑷網(wǎng)絡(luò)形成劑：正離子是網(wǎng)絡(luò)形成離子，對(duì)應(yīng)氧化物能單獨(dú)形成玻璃。即凡氧化物的單鍵能/熔點(diǎn)﹥。 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(qiáng)/熔點(diǎn)﹤ 。 64 試用實(shí)驗(yàn)方法鑒別晶體SiOSiO2玻璃、硅膠和SiO2熔體。它們的結(jié)構(gòu)有什么不同？ 答：利用X—射線檢測。 晶體SiO2—質(zhì)點(diǎn)在三維空間做有規(guī)律的排列，各向異性。 SiO2熔體—內(nèi)部結(jié)構(gòu)為架狀，近程有序，遠(yuǎn)程無序。 SiO2玻璃—各向同性。 硅膠—疏松多孔。 65 玻璃的組成是13wt%Na2O、13wt%CaO、74wt%SiO2，計(jì)算橋氧分?jǐn)?shù)？ 解： Na2O CaO SiO2 wt% 13 13 74 mol mol% R=(++ 2)/ = ∵Z=4 ∴X=2R﹣Z=2﹣4= Y=Z﹣X= 4﹣= 氧橋%=（+） =% 66 有兩種不同配比的玻璃，其組成如下： 序號(hào) Na2O(wt%) Al2O3(wt%) SiO2(wt%) 1 8 12 80 2 12 8 80 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？ 解：對(duì)于1：Z=4 R1=O/Si= ∴ X1=2R1﹣4= Y1=Z﹣X1= 4﹣= 對(duì)于2：R2= O/Si= ∴ X2=2R2﹣4= Y2= 4﹣X2= 4﹣= ∵Y1﹤Y2 ∴序號(hào)1的玻璃組成的粘度比序號(hào)2的玻璃小。 67 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x mol的Na2O，而SiO2的量為y mol。 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。 68 有一種平板玻璃組成為14Na2O—13CaO—73SiO2（wt%重量百分比），, 計(jì)算玻璃的原子堆積系數(shù)（AFP）為多少？計(jì)算該玻璃的結(jié)構(gòu)參數(shù)值？ 解：該玻璃的平均分子量 GM=62+56+= 在1197。3中原子數(shù)為 n=ρNo/GM=10241023/ = 在1197。3原子所占體積 V=4/3π[2+++（++2）] = ∴ AFP= 結(jié)構(gòu)參數(shù)： Na2O CaO SiO2 wt% 14 13 73 mol mol% R=(++ 2)/ = ∵Z=4 ∴X=2R﹣Z=2﹣4= Y=Z﹣X= 4﹣= 69 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(chǔ)。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(dòng)范圍大，使石英玻璃中[SiO4]四面體排列成無規(guī)則網(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(tuán)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)則網(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(gè)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(xué)穩(wěn)定性好、硬度高、生產(chǎn)方法簡單等優(yōu)點(diǎn)。 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(duì)中子射線的靈敏度高，硼酸鹽玻璃作為原子反應(yīng)堆的窗口對(duì)材料起屏蔽中子射線的作用。 610 解釋硼酸鹽玻璃的硼反常現(xiàn)象？ 答：硼反常現(xiàn)象：隨著Na2O（R2O）含量的增加，橋氧數(shù)增大，熱膨脹系數(shù)逐漸下降。當(dāng)Na2O含量達(dá)到15%—16%時(shí)，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(dāng)數(shù)量不多的堿金屬氧化物同B2O3一起熔融時(shí)，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)部分轉(zhuǎn)變?yōu)槿瓤臻g的架狀結(jié)構(gòu)，從而加強(qiáng)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加入量的變化規(guī)律相反。 第七章 固體表面與界面 71 分析說明：焊接、燒結(jié)、粘附接合和玻璃金屬封接的作用原理？ 72 MgO—Al2O3—SiO2系統(tǒng)的低共熔物放在Si3N4 陶瓷片上，在低共熔溫度下，液相的表面張力為900103N/m，液體與固體的界面能為600103N/m，176。， ⑴