无机材料科学基础答案

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1、熔体的概念:不同聚合程度的各种聚合物的混合物

硅酸盐熔体的粘度与组成的关系(决定硅酸盐熔体粘度大小的主要因素是硅氧四面体网络连接程度)

在熔体中加入LiO2、Na2O 、K2O 和BaO 、PbO 等,随加入量增加,粘度显著下降。 在含碱金属的硅酸盐熔体中,当Al2O3/Na2O ≤1时,用Al2O3代替SiO2可以起“补网”作用,从而提高粘度。一般加入Al2O3、SiO2和ZrO2有类似的效果。

流动度为粘度的倒数,Φ=

粘度的理论解释:绝对速度理论η=η0exp(ΔE/kT)

自由体积理论η=B exp [ ]=Aexp( )

过剩熵理论η = Cexp [ ] = Cexp ( )

2、非晶态物质的特点 :近程有序,远程无序

3、玻璃的通性

(1)各向同性(若有应力,为各向异性) (2)介稳性

(3)熔融态向玻璃态转化的可逆与渐变性

(4)、熔融态向玻璃态转化时其物化性质随温度变化的连续性

4、 Tg 、Tf , 相对应的粘度和特点

钠钙硅酸盐熔体粘度与温度关系表明:熔融温度范围内,粘度为50~500dPa·s 。工作温度范围粘度较高,约103~107dPa·s 。退火温度范围粘度更高,约1012.5~1013.5 dPa·s 。

Tg-脆性温度、退火温度,Tf-软化温度、可拉丝的最低温度 5、

单键强度 > 335 kJ/mol(或80 kcal/mol)的氧化物——网络形成体。 单键强度 < 250 kJ/mol(或60 kcal/mol)的氧化物——网络变性体。 在250~335 kJ/mol 为——中间体,其作用介于玻璃的网络形成体和网络变性体之间。

6、玻璃形成的热力学观点:

熔体是物质在TM 以上存在的一种高能状态。据随温度降低,熔体释放能量大小不同,冷却途径分为结晶化,玻璃化,分相

ΔGv 越大析晶动力越大,越不容易形成玻璃。 ΔGv 越小析晶动力越小,越容易形成玻璃。

玻璃形成的动力学观点:

)(00T T KV -α0

T T B

-)(0T T C D P -∆0

T T B

1

过冷度增大,熔体质点动能降低,有利于质点相互吸引而聚结和吸附在晶核表面,有利于成核。

过冷度增大,熔体粘度增加,使质点移动困难,难于从熔体中扩散到晶核表面,不利于晶核长大。

过冷度与成核速率Iv和晶体生长速率u必有一个极值。

玻璃形成的结晶化学观点:

(1)、键强(孙光汉理论)熔点低的氧化物易于形成玻璃

(2)、键型三种纯键型在一定条件下都不能形成玻璃。

离子共价混合键,金属共价混合键(重要因素:共价因素和强的极化作用)当离子键向共价键过渡,离子共价混合键,主要在于有SP电子形成的杂化轨道,并构成σ键和π键,通过强烈的极化作用,这种混合键既具有离子键易改变键角、易形成无对称变形的趋势,有利于造成玻璃的远程无序;

又有共价键的方向性和饱和性,不易改变键长和键角的倾向,造成玻璃的近程有序,因此容易形成玻璃。

7、玻璃的结构学说(二种玻璃结构学说的共同之处和不同之处)

晶子学说的要点:

意义:揭示了玻璃的微不均匀性,描述了玻璃结构近程有序的特点。

不足之处:晶子尺寸太小,无法用X射线检测,晶子的含量、组成也无法确知。

无规则网络学说要点:

意义:说明了玻璃结构宏观上是均匀的。解释了结构上是远程无序的,揭示了玻璃各向同性等性质。

不足之处:对分相研究不利,不能完满解释玻璃的微观不均匀性和分相现象

两种假说各具优缺点,两种观点正在逐步靠近。统一的看法为玻璃是具有近程有序、远程无序结构特点的无定形物质。

♥晶子假说着重于玻璃结构的微不均匀和有序性。

♥无规则网络学说着重于玻璃结构的无序、连续、均匀和统计性。

8、玻璃的结构参数

根据玻璃类型确定:Z;先计算:R;再计算:X、Y

(注意网络中间体Al2O3在其中的作用,以及比较复杂成分的结构参数计算)描述硅酸盐玻璃结构有四个基本参数

X-每个多面体中Onb平均数,

Y-每个多面体中Ob平均数,

Z-每个多面体中O总数,

R-玻璃中O总数/网络形成离子总数。

X+Y=Z X+1/2Y=R 或X=2R-Z Y=2Z-2R

每个多面体中的O2-总数Z往往已知(硅酸盐和磷酸盐玻璃Z=4、硼酸盐玻璃Z=3)。R为O/Si比,能描述硅酸盐玻璃的网络连接特点,可据玻璃组成计算出;之后可确定X和Y值。

9、硼的反常现象

在硅酸盐Na2O-SiO2系统中:

1)当B2O3含量较少时,Na2O/ B2O3>1,结构中“游离”氧充足,B3+以[BO4]四面体状态加入到[SiO4]四面体网络,将断开的网络重新连接起来,结构趋于紧密,粘度随含量升高而增加;

2)当Na2O/ B2O3 约为1时(B2O3含量约为15%),B3+形成[BO4]四面体最多,粘度达到最高点。

3)B2O3含量继续增加,较多量的B2O3引入使Na2O/ B2O3<1,“游离”氧不足,B3+开始处于层状[BO3]中,使结构趋于疏松,粘度又逐步下降。

1.热力学在凝聚态体系中应用的特点:

化学反应过程的方向性,过程产物的稳定性和生成序,经典热力学应用的局限性

2.热力学应用计算方法:1)经典法2)Φ函数法

3.纯固相参与的固相反应:给定原料配比条件下,各反应自由能∆G与温度间的关系,及其对固相反应的分析应用。

4.伴有熔体参与的固相反应

5.了解金属氧化物的高温稳定性

1、相律以及相图中的一些基本概念

相、独立组分、自由度等

2、水型物质与硫型物质相图的特点(固液界线的斜率?)

3、单元系统相图中亚稳区域的特点

4、SiO2相图中的多晶转变(重建型转变、位移型转变)

5、一致熔化合物和不一致熔化合物的特点

6、形成连续固溶体的二元相图的特点(没有二元无变量点)

7、相图的坐标系统由什么来决定(相平衡系统中的最大自由度)

8、界线、连线的概念,以及他们的关系

9、等含量规则、等比例规则、背向规则、杠杆规则、

连线规则、切线规则、重心规则。

10、独立析晶(非平衡析晶)

11、三元相图析晶路径的分析过程和方法(要熟练掌握)

判断化合物的性质

划分副三角形

标出界线上的温度走向和界线的性质

确定无变量点的性质

分析具体的析晶路程