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1、.第四章 非晶态结构与性质4-1名词解释熔体与玻璃体 分化解聚与缩聚 网络形成体 网络中间体 网络改变体 桥与非桥氧 硼反常现象 单键强度 晶子学说与无规则网络学说4-2试简述硅酸盐熔体聚合物结构形成的过程和结构特点。4-3试用实验方法鉴别晶体SiO2、SiO2玻璃、硅胶和SiO2熔体。它们的结构有什么不同？4-4 试述石英晶体、石英熔体、Na2O2SiO2熔体结构和性质上的区别。4-5影响熔体粘度的因素有哪些？试分析一价碱金属氧化物降低硅酸盐熔体粘度的原因。4-6熔体粘度在727时是107Pas,在1156时是103 Pas,在什么温度下它是106 Pas？用lnAB/T解之4-7 SiO2
2、熔体的粘度在1000时为1014 Pas,在1400时为107 Pas。SiO2玻璃粘滞流动的活化能是多少？上述数据为恒压下取得,若在恒容下获得,你认为活化能会改变吗？为什么？4-8一种熔体在1300的粘度是310 Pas,在800是107 Pas,在1050时其粘度为多少？在此温度下急冷能否形成玻璃？4-9试用logAB/TT0方程式,绘出下列两种熔体在1350500间的粘度曲线log1/T。两种熔体常数如下：序 号ABT011.631422921921.769 46902164-10派来克斯Pyrex玻璃的粘度在1400时是109 Pas,在840是1013Pas。请回答：1粘性流动活化能
3、是多少？2为了易于成形,玻璃达到105Pas的粘度时约要多高的温度？4-11一种玻璃的工作范围是870106Pas至1300102.5Pas,估计它的退火点1012Pas？4-12一种用于密封照明灯的硼硅酸盐玻璃,它的退火点是544,软化点是780。求：1这种玻璃粘性流动的活化能；2它的工作范围；3它的熔融范围。4-13从以下两种釉式中,你能否判断两者的熔融温度、粘度、表面张力上的差别？说明理由。4-14影响玻璃形成过程中的动力学因素是什么？结晶化学因素是什么？试简要叙述之。4-15试计算下列玻璃的结构参数及非桥氧分数。1Na2OSiO2；2Na2OCaOAl2O3SiO2；3Na2O1/3A
4、l2O3SiO2；418Na2O10CaO72SiO2 wt4-16有两种玻璃其组成mol如下表,试计算玻璃的结构参数,并比较两种玻璃的粘度在高温下何者大？序 号Na2OCaOA12O3SiO2B2O3120101060021002060104-17有两种不同配比的玻璃其组成wt如下,试用玻璃结构参数说明两种玻璃高温下粘度的大小？序 号Na2OA12O3SiO21812802128804-18有一种玻璃组成wt为Na2O14、CaO13、SiO273,其密度为2.5g/cm3。1计算该玻璃的原子堆积系数AFP及结构参数值？2若用纯碱、石灰石和石英砂作原料,用1000kg石英砂熔制该玻璃,问其他
5、两种原料各需多少？4-19试简述哪些物质可以形成非晶态固体NCS？形成NCS的手段有哪些？可以用什么实验方法研究NCS结构？4-20试简述淬火玻璃与退火玻璃在结构与性能上有何差异？4-21以下三种物质,哪个最容易形成玻璃？哪个最不容易形成玻璃,为什么？1 Na2O2SiO2；2Na2O SiO2；3NaCl4-22查阅下列系统的粘度和Tg/TM等有关数据,试判断下列系统形成玻璃可能性的顺序。1GeO2SiO2,以100/s冷却；2GeO2SiO2气相沉积在0SiO2基板上；3金属金气相沉积在0铜基板上；4A12O3气相沉积在0A12O3基板上；5液态硫以1/s冷却；6液态金以 106/s冷却；
6、7气态NaCl在0A12O3基板上冷却；8液态ZnCl2以100/s冷却。4-23若将10molNa2O加入到SiO2中去,计算OSi比例是多少？这样一种配比有形成玻璃趋向吗？为什么？4-24在100gSiO2中要加入多少CaO,才能使OSi达2.5？4-25若将50molNa2O加入到SiO2中,计算OSi比例是多少？这种配比能形成玻璃吗？为什么？4-26在SiO2中加入20B2O3,试计算熔体的OSi比例是多少？4-27在SiO2中应加入多少Na2O,使玻璃的O/Si2.5,此时析晶能力是增强还是削弱？4-28个别网络改变体如Na2O加到石英玻璃中,使氧硅比增加。实验观察到当O/Si2.5
7、3时,即达到形成玻璃的极限,根据结构解释为什么在 2O/Si2.5的碱和硅石混合物可以形成玻璃,而O/Si3的碱和硅灰石混合物结晶而不形成玻璃？4-29试分析：1假如要求在800时得到一种具有最高的SiO2摩尔百分数的熔体,而且只能在SiO2中加入一种别的氧化物,那么应选择什么氧化物作外加剂？加入量多少为宜？说明理由。2为什么石英的熔融温度比方石英的熔融温度低？第四章答案4-1 略。4-2试简述硅酸盐熔体聚合物结构形成的过程和结构特点。解：聚合物的形成是以硅氧四面体为基础单位,组成大小不同的聚合体。可分为三个阶段： 初期：石英的分化,架状SiO4断裂,在熔体中形成了各种聚合程度的聚合物。中期：
8、缩聚并伴随变形一般链状聚合物易发生围绕Si-O轴转动同时弯曲,层状聚合物使层本身发生褶皱、翘曲、架状聚合物热缺陷增多,同时Si-O-Si键角发生变化。SiO4Na4+Si2O7Na6 Si3O10Na8+ Na2O短键3Si3O10Na8 Si6O18Na12+2 Na2O 六节环后期：在一定时间和温度范围内,聚合和解聚达到平衡。缩聚释放的Na2O又能进一步侵蚀石英骨架而使其分化出低聚物,如此循环,直到体系达到分化-缩聚平衡为止。 4-3试用实验方法鉴别晶体SiO2、SiO2玻璃、硅胶和SiO2熔体。它们的结构有什么不同？解：利用X射线检测。晶体SiO2质点在三维空间做有规律的排列,各向异性。
9、SiO2熔体内部结构为架状,近程有序,远程无序。 SiO2玻璃各向同性。 硅胶疏松多孔。4-4影响熔体粘度的因素有哪些？试分析一价碱金属氧化物降低硅酸盐熔体粘度的原因。解：1影响熔体粘度的主要因素：温度和熔体的组成。 碱性氧化物含量增加,剧烈降低粘度。 随温度降低,熔体粘度按指数关系递增。 2通常碱金属氧化物Li2O、Na2O、K2O、Rb2O、Cs2O能降低熔体粘度。这些正离子由于电荷少、半径大、和O2的作用力较小,提供了系统中的自由氧而使O/Si比值增加,导致原来硅氧负离子团解聚成较简单的结构单位,因而使活化能减低、粘度变小。4-5熔体粘度在727时是107Pas,在1156时是103 P
10、as,在什么温度下它是106 Pas？解：根据727时,=107Pas, 由公式得：11156时,=103 Pas,由公式得：2联立1,2式解得A=-6.32,B=13324当=106 Pas时,解得t =808.5。4-6 试述石英晶体、石英熔体、Na2O2SiO2熔体结构和性质上的区别。石英晶体石英熔体Na2O2SiO2结构SiO4 按共顶方式对称有规律有序排列,远程有序基本结构单元 SiO4 呈架状结构,远程无序基本结构单元 Si6O1812- 呈六节环或八节环,远程无序性质固体无流动性,熔点高,硬度大,导电性差,结构稳定,化学稳定性好有流动性,大,电导率大,表面张力大有流动性,较石英熔
11、体小,电导率大,表面张力大4-7 SiO2熔体的粘度在1000时为1014 Pas,在1400时为107 Pas。SiO2玻璃粘滞流动的活化能是多少？上述数据为恒压下取得,若在恒容下获得,你认为活化能会改变吗？为什么？解：1根据公式： 1000时,=1014 Pas,T=1000+273=1273K, 1000时,=107 Pas, T=1400+273=1673K, 联立1,2式解得：5.2710-16 Pas,=713.5 kJ/mol2若在在恒容下获得,活化能不会改变。因为活化能是液体质点作直线运动所必需的能量。它与熔体组成和熔体SiO4聚合程度有关。4-8一种熔体在1300的粘度是31
12、0 Pas,在800是107 Pas,在1050时其粘度为多少？在此温度下急冷能否形成玻璃？解：1根据1300时,=310Pas, 由公式得：800时,=107 Pas, 由公式得：联立1,2式解得A=-7.2,B=15219.6当t=1050时,解得=20130.5 Pas。2在此温度下,极冷能形成玻璃。4-9试用logAB/TT0方程式,绘出下列两种熔体在1350500间的粘度曲线log1/T。两种熔体常数如下：序 号ABT011.631422921921.769 4690216解：根据公式：对于熔体1： 当t =500时,T=500+273=773K, 0.0013, 9.265当t =
13、700时,T=700+273=973K, 0.0010, 7.240当t =900时,T=900+273=1173K, 0.0008, 6.064当t =1100时,T=1100+273=1373K,0.0007, 5.296当t =1350时,T=1350+273=1623K, 0.0006, 4.643对于熔体2：当t =500时,T=500+273=773K, 0.0013, 10.189当t =700时,T=700+273=973K, 0.0010, 7.964当t =900时,T=900+273=1173K, 0.0008, 6.670当t =1100时,T=1100+273=1373K,0.0007, 5.823当t=1350时,T=1350+273=1623K, 0.0006, 5.102熔体在1350500间的粘度曲线4-10派来克斯Pyrex玻璃的粘度在1400时是109 Pas,在840是1013Pas。请回解：1粘性流动活化能是多少？2为了易于成形,玻璃达到105Pas的粘度时约要多高的温度？解：1根据公式： 1400时,=1
