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1、第二、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,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,35 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%。,Z4 X2RZ22.3640.72YZX40.723.28非桥氧数,36 有两种不同配比的玻璃其组成如下：,试用玻璃结构参数说明两种玻璃高温下粘度的大小？,对1玻璃，Na2O/Al2
2、O38.18/7.481 Al3+被视为网络形成离子，Z=4,Y=2Z2R2(42.007)3.986,对2玻璃，Na2O/Al2O312.1/4.87 1 Al3+被视为网络形成离子，Z=4,X2RZ22.07840.156Y=ZX40.1563.844,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,37 SiO2 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
3、数得：Ln Ln 0 E/kT 令 A Ln 0 B E/k 则Ln A B/T 将、T值代入上式,解之得：A32.88 B85828活化能EBk858281.3810231.181018(J/个),粘滞的活化能=1.1810-186.021023=710.3kJ/mol,(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。,39 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？,解；假定引入的Na2O的mol含量为 x，则SiO2的mol含量为 1x,此时析晶能力增强。,310
4、有一种平板玻璃组成为14Na2O-13CaO-73SiO2，其密度为2.5g/cm3，计算该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：a、该玻璃的平均分子量,在1nm3 中原子数为,在1nm3中原子所占体积,Y=2Z2R2422.37=3.26,311 有一组二元硅酸盐熔体，其R值变化规律如下，写出熔体一系列性质的变化规律(用箭头表示),(1)游离碱含量(2)O/Si(3)低聚合物数量(4)熔体粘度(5)形成玻璃能力(6)析晶能力,补充习题 1、正硅酸铅玻璃密度为7.36g/cm3，求这个玻璃中氧的密度为多少？试把它与熔融石英(密度为2.2g/cm3)中的氧密度比较，试
5、指出铅离子所在位置？,解：正硅酸铅PbSiO3的分子量 M207.228163283.2 在1cm3中PbSiO3的个数,所以 在正硅酸铅PbSiO3中氧的密度为,同理,结论：PbSiO3中氧的密度高于SiO2中氧的密度，则Pb为网络变性离子，在SiO网络外。,2、网络变性体(如Na2O)加到石英玻璃中，使O/Si比增加。实验观察到当O/Si2.53 时，即达到形成玻璃的极限。根据结构解释，为什么 2 O/Si2.5的碱硅石混合物可以形成玻璃，而O/Si3的的碱硅石混合物结晶而不形成玻璃？,答：当2 O/Si2.5时，在熔融状态 下SiO44仍可连成网络状，且聚合程度高，故可形成玻璃。但当O/
6、Si3时，由于碱金属氧化物明显增加，使熔体中分子较小的低聚合物增加，熔体粘度变小，故可易结晶而不易形成玻璃。,3、在硅酸盐熔体析晶的成核速率、生长速率随T变化的关系图中，标出哪一条曲线代表成核速率，哪一条曲线代表生长速率？为什么？,u,IV,原因：低温熔体粘度大，质点移动困难易聚结在一起而成核，即低温有利于成核；高温熔体粘度小，质点移动速率大，晶核易相遇形成 大的晶核而长大，即高温有利于生长。,5、在硅酸盐玻璃和硼酸盐玻璃中，随着R2O的引入(25mol),玻璃熔体的粘度怎样变化？试用聚合物理论解释。,6、解释B2O3含量10mol，SiO2含量90mol的熔体，在冷却过程中各自形成两个互不相
7、容的分层玻璃，而加入适量Na2O后，能得到均匀的玻璃。,7、论证形成玻璃必须具有混合键。,8、说明为什么镁橄榄石熔体不易形成玻璃而长石熔体易形成玻璃？,填空题 1、Tg是，它与玻璃形成过程的冷却速率有关，同组分熔体快冷时Tg比慢冷时，淬冷玻璃比慢冷玻璃的密度，热膨胀系数。2、同温度下，组成分别为：(1)0.2Na2O0.8SiO2；(2)0.1Na2O0.1CaO0.8SiO2;(3)0.2CaO0.8SiO2 的三种熔体，其粘度大小的顺序为。3、三T图中三个T代表、和。4、粘滞活化能越，粘度越。硅酸盐熔体或玻璃的电导主要决定于。5、0.2Na2O-0.8SiO2组成的熔体，若保持Na2O含量不变，用CaO置换部分SiO2后，电导。6、在Na2OSiO2熔体中加入Al2O3(Na2O/Al2O31),熔体粘度。7、组成Na2O.1/2Al2O3.2SiO2的玻璃中氧多面体平均非桥氧数 为。,答案：1、玻璃形成温度 高 小 大 2、(2)(3)(1)3、时间温度相转变 4、大(小)大(小)结构参数Y 5、降低 6、降低 7、1/3,
