玻璃与熔体习题

玻璃与熔体1、什么是粘度：单位面积的内磨擦力与速度梯度的比例系数。2、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。3、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，此过程为缩聚过程。4、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。5、什么是表面能：当T,P及组成不变的条件下,增加单位表面积对系统所做的功。表面张力：气--液表面上，液相内存在一种力图缩小表面积的张力。6、说明玻璃有哪些通性：1)各向同性(2)可逆渐变性(3)体积等性质连续变化(4)介稳性7、二价氧化物CaO、MgO与四价氧化物SiO2对熔体的粘度有何影响，为什么？答：1）CaO、MgO都是降低熔体粘度，因为它们破坏[SiO4]四面体网络结构。2）SiO2提高熔体粘度，SiO2是玻璃形成剂，从而形成[SiO4]四面体的网络结构。8、计算SiO2（石英玻璃）的网络参数。9、一种玻璃的组成试80％SiO2和20％Na2O，试计算其非桥氧百分数。解：将玻璃组成由质量百分数换算成摩尔百分数。52.348.0448.04224.2224.26.804.1926.80XZYZRXR非桥氧百分数＝XYX2×100％＝48.0252.348.0×100＝21.5％2Y表示一个桥氧分属两个四面体共有。10、有两种不同配位的玻璃，其组成如下（质量百分数）：序号Na2OAl2O3SiO211020702201070试用玻璃结构参数说明两种玻璃高温下粘度的大小？解：将玻璃组成由质量百分数换算成摩尔百分数质量百分数摩尔数摩尔百分数SiO2NA2O80201.330.3280.619.41#玻璃Na2O/Al2O3＝19.126.10所以Al3+在玻璃中起网络变性离子的作用64.25.7625.7639.126.101R28.1464.221X72.228.141Y2#玻璃Na2O/Al2O3＝2.64.201Al3+在玻璃中起网络形成离子的作用17.222.64.7324.7332.64.202R34.0417.222XY2＝4-0.34＝3.66因而Y1Y2R1R2即2#玻璃桥氧分数大于1#，但O/Si比小于1#玻璃，可以判断在高温下1#溶体粘度小于2#。11、试从结构上比较硅酸盐与硅酸盐玻璃的主要区别：解：硅酸盐晶体与玻璃结构上的主要区别是：（1）硅酸盐晶体中，硅氧骨架按一定的对称规律有序排列；在玻璃中硅氧骨架排列是无序的。（2）在硅酸盐晶体中，骨架外的网络变性离子占据了点阵的一定位置；而在玻璃中Me2+离子统计分布在骨架的空腔内使氧的负电荷得以平衡。（3）在硅酸盐晶体中，只有当外来阳离子半径与晶体中阳离子半径相近时，才能发生同晶置换；在玻璃中则不论半径如何，骨架外阳离子均能发生置换，只要求遵守静电价键规则。（4）在晶体中（如这种晶体不是固溶体）原始组分（氧化物）相互间有简单的固定数量比例即符合化学计量；而在玻璃中，氧化物几乎以任意比例混合即不符合化学计量。12、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xmol的Na2O，而SiO2的量为ymol。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。NO.Na2OAl2O3SiO2Y质量摩尔质量摩尔质量摩尔12102010.620.4201012.96.2707076.573.42.723.66因为O/Si增加了，粘度下降，析晶能力增强了。13、计算Na2O•SiO2玻璃的网络参数。固体的表面与界面1、什么是粘附：两种物质在界面上产生相互的吸引而粘结在一起的力。2、什么是接触角，其大小对液相润湿固相影响如何？接触角：气液界面能与液固界面能之间的夹角。θ=0，完全润湿；θ90度时，部分润湿；θ90度时，不能润湿。3、吸附：固体和液体表面存在大量不饱和键的原子和离子，它们都能吸引外来的原子，离子，分子，这一现象称为吸附。4、MgO—Al2O3—SiO2系统的低共熔物放在Si3N4陶瓷片上，在低共熔温度下，液相的表面张力为900×10-3N/m，液体与固体的界面能为600×10-3N/m，测得接触角为70.52°，⑴求Si3N4的表面张力。⑵把Si3N4在低共熔温度下进行热处理，测试其热腐蚀的槽角60°，求Si3N4的晶界能？解：⑴已知γLV=900×10-3N/mγSL=600×10-3N/mθ=70.52°γSV=γSL+γLVCOSθ=600×10-3+900×10-3×COS70.25=900.13×10-3N/m⑵已知φ=60°γSS=2γSVCOSФ/2=2×900×10-3×COS60/2=1.559N/m5、氧化铝瓷件中需要被银，已知1000℃时γ(Al2O3(S))=1.0×10-3N/m,γ(Ag(L))=0.92×10-3N/m,γ(Ag(L)/Al2O3（S）)=1.77×10-3N/m,问液态银能否湿润氧化铝瓷件表面？用什么方法改善它们之间的湿润性？解：由于γSV=γSL+γLVCOSθ∴COSθ=-0.84∴θ=147°﹥90°∴液态银不能湿润氧化铝瓷件表面，但可以通过降低γSL使其小于γSV，从而达到湿润的目的。方法如下：1、调节液相对固相润湿性能的途径有：（1）对固相进行表面处理或改变液相组成，降低固-液界面张力γSL。（2）去除固体表面吸附膜，提高固-气界面张力γSV。（3）改进液相组成，降低液相表面张力γLV，（4）当接触角θ90°，增大固相表面粗糙度。6、影响湿润的因素有那些？答：⑴固体表面粗糙度当真实接触角θ小于90°时，粗糙度越大，表面接触角越小，就越容易湿润；当θ大于90°，则粗糙度越大，越不利于湿润。⑵吸附膜吸附膜的存在使接触角增大，起着阻碍作用。7、说明吸附的本质？答：吸附是固体表面力场与吸附分子发出的力场相互作用的结果，它是发生在固体上的。根据相互作用力的性质不同，可分为物理吸附和化学吸附两种。物理吸附：由分子间引力引起的，这时吸附物分子与吸附剂晶格可看作是两个分立的系统。化学吸附：伴随有电子转移的键合过程，这时应把吸附分子与吸附剂晶格作为一个统一的系统来处理。8、什么是晶界结构？答：晶界结构是指晶界在多晶体中的形状、结构和分布。粘土-水系统1、由实验测得胶体粒子是荷电的，试从理论上分析胶粒荷电的原因？答：粘土粒子板面上的负电荷：（1）粘土晶格内离子的类质同晶置换造成电价不平衡使之板面上带负电。（2）吸附在粘土表面的腐殖质离解而产生的负电荷。粘土粒子边棱上的正电荷：粘土粒子沿垂直层方向断键时，由于PH不同，导致粘土粒子带不同的电荷，当在PH＜6酸性介质中时，粘土边棱带正电荷。综上所述：粘土的正电荷和负电荷的代数和就是粘土的净电荷，由于粘土的负电荷一般都远远大于正电荷，因此粘土都带有净负电荷。3画图解释粘土的电动电位A-B—吸附层，B-C扩散层，E—热力学电位，ζ（电动电位）—吸附层与扩散层之间电位差。4、黏土胶粒分散在水中时，因吸附层与扩散层各带有相反的电荷，所以相对移动时两者之间就存在着电位差，这个电位差称电动电位或ζ-电位。其数值对黏土泥浆的稳定性有重要的作用。2、书上140页4-5题结构水结合水自由水牢固结合水松结合水含义以OH基形式存在于黏土晶格结构内的水吸附在黏土矿物层间及表面的定向水分子层，它与黏土胶粒形成整体并一起移动黏土表面定向排列过度到非定向排列的水层，它处于胶粒的扩散层内黏土胶团外的非定向水分子层作用范围在黏土结构的3~10水分子层200Å200Å特点脱水后黏土结构破坏密度小，热容小介电常数小，冰点低流动性结构水/自由水比例小，流动性好可朔性黏土胶粒水膜厚度在100Å（约30水分子层）时朔性最好6、书上141页4-9题Na2CO3稀释的泥浆对黏土边面结合的结构拆散的得不完全，因而泥浆流动差而注浆速度高，触变性大，坯体致密度低。7、书上141页4-10题影响因素：1）含水量，2）电解质，3）颗粒大小，4）黏土的矿物组成，5）泥料处理工艺，6）腐殖质含量，添加剂。泥料经过真空练泥排除气体；经过一定时间陈腐使水分均匀；适宜的腐殖质含量；添加朔化剂等方法提高瘠性物料的朔化。8、如何使瘠性料具有悬浮性和可塑性？氧化铝料浆中加入1.0%的阿拉伯树胶发现增加了料浆的流动性和稳定性，对该现象做出解释使瘠性料泥浆悬浮经常采用两种方法。（1）控制泥浆pH值基本原理：介质pH值变化引起胶粒ζ电位变化，进而引起胶粒表面引力与斥力平衡的改变，致使这类两性氧化物泥浆胶溶或絮凝。它们在酸性或碱性介质中均能胶溶，在中性时絮凝。（2）添加有机表面活性物质基本原理：有机物质卷曲的线形分子与瘠性料粒子相互吸引，从而在粒子周围形成一层保护膜，以阻止粒子相互吸引或聚沉。瘠性料的塑化一般使用两种塑化剂。（1）天然塑化剂：粘土（2）有机塑化剂：有机高分子化合物，如石蜡、聚乙烯醇（PVA）、羧甲基纤维素（CMC）、聚乙酸乙烯（PVAc）等。塑化机理主要是表面物理化学吸附，使瘠性料表面改性。当树胶加入量为1.0%时，它的线形分子层在水溶液中形成网络结构，使氧化铝胶粒表面形成一层有机亲水保护膜，氧化铝胶粒要碰撞聚沉就很困难，从而提高了氧化铝料浆的流动性和稳定性。第六章相平衡例题1.请用相律说明下列结论是否严谨，为什么？（1）纯物质在一定压力下的熔点是一定值；（2）纯物质在一定温度下的蒸气压为定值；（3）纯物质在一定温度下，固、气、液三相可以平衡共存。解：（1）根据相律F＝C－P＋2，C＝1。熔化时P＝2，F＝1－2＋2，当压力确定后温度就确定了，所以一定压力下的熔点是一定值的结论正确。（2）用同样的分析方法，此体系确定温度时其蒸汽压随之确定，结论也是正确的。（3）固、气、液三相平衡时，自由度F＝0，这时外界条件（温度和压力）都是确定的特定值，不能随意变化，因此温度不能任意指定。题意的结论是错误的。2.已知：A-B-C三元系统相图如下，试回答下列问题①写出各化合物性质；②画出此相图的副三角形？并说明根据是什么？③用箭头表示界线温度下降方向及各界线性质，并说明根据什么？④判断各无变量点性质，并写出相应相平衡关系式，并说明根据什么？⑤画出熔体p的冷却析晶路线；⑥熔体P的最终析晶产物是什么，开始析晶产物是什么？根据什么判断？①S：不一至熔二元化合物；E：不一至熔三元化合物②EBCESBAESACE，，，；根据三角形化规则③见图；根据连线规则和切线规则。④3点：单转熔点BESL3；4点：双转熔点ESAL4；5点：单转熔点CEAL5；6点：低共熔点BCEL6；根据重心规则⑤见图⑥最终析晶产物：E+B+C，根据系统组成点在哪个副三角形内最终析晶产物为这个三角形三个顶点所代表的物质；开始析晶产物为：A，根据系统组成点在哪个初晶区，就开始析出该初晶区对应的物质。3.已知：A-B-C三元系统相图如下，试回答下列问题1).写出各化合物性质；2).划分三角形；3).用箭头表示界线温度下降方向及各界线性质；4).判断各无变量点性质，并写出相应相平衡关系式；5).写出熔体1的冷却析晶过程；ACACe3EPg1).S不一致熔二元化合物2).如图：△ASC,△BSC3).如图4).E：低共熔点SCALEP：单转熔点SCBLP4.具有不一致熔融二元化合物的二元相图〔图10-12（c）〕在低共熔点E发生如下析晶过程：LA+C，已知E点的B含量为20%，化合物C的B含量为64%。今有C1，C2两种配料，已知C1中B含量是C2中B含量的1.5倍，且在高温熔融冷却析晶时，从该二配料中析出的初相（即达到低共