第4章习题及答案 无机材料科学基础

    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。

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107Pa·s，在1156℃时是103 Pa·s，在什么温度下它是106 Pa·s？

    解：根据

727℃时，η=107Pa·s， 由公式得：（1）

1156℃时，η=103 Pa·s，由公式得：（2）

联立（1），（2）式解得∴A=-6.32，B=13324

当η=106 Pa·s时，

解得t =808.5℃。

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。

    解：影响玻璃形成的关键是熔体的冷却速率，熔体是析晶还是形成玻璃与过冷度、粘度、成核速率、晶体生长速率有关。玻璃形成的结晶化学因素有：复合阴离子团大小与排列方式，键强，键型。

    4-16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？

X1=2R-Z=0.5，Y1=4-0.5=3.5

2号：Z=4，  Al3+被视为网络改变离子

X2=2R-Z=1.5，Y2=4-1.5=2.5

Y1>Y2 高温下1号玻璃的粘度大。

    4-17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？

      Z=4，Al2O3被视为网络形成离子

      X1=2R-Z=0.014，Y1=4-X=3.986

对于2：

      Z=4， Al2O3被视为网络形成离子

      X2=2R-Z=0.16，Y2=4-X=3.84

      Y1>Y2，故1号在高温下的粘度大。

    4-25若将50mol％Na2O加入到SiO2中，计算O∶Si比例是多少？这种配比能形成玻璃吗？为什么？

    解：，可以形成玻璃。当加入50mol%Na2O时，连续网状SiO2骨架虽然松弛化，但依然是三维网络结构，可以形成玻璃。

    4-26在SiO2中加入20％B2O3，试计算熔体的O∶Si比例是多少？

    解：1.86

    4-27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：设加入x mol的Na2O，而SiO2的量为y mol。 

        则O/Si=（x+2y）/ y =2.5    

        ∴x=y/2  即二者的物质量比为1:2时，O/Si=2.5。 

        因为O/Si增加了，粘度下降，析晶能力增强了。