武汉理工材料科学基础 第三章 部分习题

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1、第三章熔体和玻璃体习题课1、熔体的聚合物理论：形成的三阶段初期：主要是石英颗粒的分化；中期：缩聚反应并伴随聚合物的变形；后期：一定T、t达到聚合解聚平衡。熔体的性质：粘度和表面张力粘度理论第三章熔体和玻璃体习题课2、玻璃的结构晶子假说无规则网络学说玻璃形成条件：玻璃的结构参数2/3规则3-1（部分）说明熔体中聚合物形成过程？答：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；中期：缩聚并伴随变形；后期：在一定时间和一定温度下，聚合和解聚达到平衡。3-2简述影响熔体粘度的因素？答：影响熔体粘度的

2、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。3-3名词解释（并比较其异同）⑴晶子学说和无规则网络学说⑵单键强⑶分化和缩聚⑷网络形成剂和网络变性剂答：⑴晶子学说：玻璃内部是由无数“晶子”组成，微晶子是带有晶格变形的有序区域。它们分散在无定形介中质，晶子向无定形部分过渡是逐渐完成时，二者没有明显界限。无规则网络学说：凡是成为玻璃态的物质和相应的晶体结构一样，也是由一个三度空间网络所构成。这种网络是由离子多面体（三角体或四面体）构筑起来的。晶体结构网是由多面体无数次有规律重复构成，而玻璃中结

3、构多面体的重复没有规律性。⑵单键强：单键强即为各种化合物分解能与该种化合物配位数的商。⑶分化过程：架状[SiO4]断裂称为熔融石英的分化过程。缩聚过程：分化过程产生的低聚化合物相互发生作用，形成级次较高的聚合物，次过程为缩聚过程。⑷网络形成剂：正离子是网络形成离子，对应氧化物能单独形成玻璃。即凡氧化物的单键能/熔点﹥0.74kJ/mol.k者称为网络形成剂。网络变性剂：这类氧化物不能形成玻璃，但能改变网络结构，从而使玻璃性质改变，即单键强/熔点﹤0.125kJ/mol.k者称为网络变形剂。3-4试用实验方法鉴别晶体SiO2、SiO2玻璃、

4、硅胶和SiO2熔体。它们的结构有什么不同？答：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。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。3－5玻璃的组成是13wt%Na2O、13wt%CaO、74wt%SiO2，计算非桥氧分数。分析：要应用关系式，必须换算成mol%。解：玻璃组成Na2OCaOSiO2wt%131374mol0.210.231.23mol%12.613.873.6Z＝4X＝2R－Z＝2×2.36－4＝0.72Y＝Z－X＝4－0.72＝3.28非桥氧数％

5、＝3－6有两种不同配比的玻璃其组成如下：序号Na2O(wt%)Al2O3(wt%)SiO2(wt%)181280212880试用玻璃结构参数说明两种玻璃高温下粘度的大小？解：玻璃组成：序号Na2OAl2O3SiO2wt%mol%wt%mol%wt%mol%188.18127.488084.321212.184.878083.03对1＃玻璃，Na2O/Al2O3＝8.18/7.48>1Al3+被视为网络形成离子，Z=4Y=2Z－2R＝2(4－2.007)＝3.986对2＃玻璃，Na2O/Al2O3＝12.1/4.87>1Al3+被视为网

6、络形成离子，Z=4X＝2R－Z＝2×2.078－4＝0.156Y=Z－X＝4－0.156＝3.844讨论：1＃玻璃Y1＝3.986,2＃玻璃Y2＝3.844即有：Y1>Y2所以在高温下1＃玻璃粘度>2＃玻璃粘度3－7SiO2熔体的粘度在1000℃时为1015dpa.s，在1400℃时为108dpa.s，玻璃粘滞的活化能是多少？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：(a)对＝0exp(E/kT)取对数得：Ln＝Ln0＋E/kT令A＝Ln0B＝E/k则Ln＝A＋B/T将、T值代入上式解之得

7、：A＝－32.88B＝85828活化能E＝Bk＝85828×1.38×10－23＝1.18×10－18(J/个)粘滞的活化能=1.18×10-18×6.02×1023=710.3kJ/mol3－9在SiO2中应加入多少Na2O,使玻璃的O/Si＝2.5，此时析晶能力是增强还是削弱？解；假定引入的Na2O的mol含量为x，则SiO2的mol含量为1－x因为O/Si增加了，粘度下降，此时析晶能力增强。3-7(b)上述数据是在恒压下取得，在恒容下，预计活化能会有所不同。因为恒容时熔体所受压力应增加，这将使其粘度增大，从而改变了活化能值。3-1

8、0有一种平板玻璃组成为14Na2O—13CaO—73SiO2（wt%重量百分比），其密度为2.5g/cm3,计算玻璃的原子堆积系数（AFP）为多少？计算该玻璃的结构参数值？解：该玻璃的平均分子