第三章 非 晶 态 固 体
3-1 试述石英晶体、石英熔体、Na2O·2 SiO2熔体结构和性质上的区别。如何用实验方法来区分它们？
表3-1在二元硅酸盐熔体中各种阳离子的K11值 阳离子 Kn Ca2+ 0.003 Pb2+ 0.2 Mn2+ 0.75 Fe2+ 1.4 Co2+ 3.3 3-2 已知二元硅酸盐熔体中各种阳离子的Kn值如表3-1所示。试计算当熔体中的SiO2的摩尔分数分别为0.1，0.2，0.3，0.4时，各级聚合物的负离子分数，并绘制聚合物分布图（n=1,2,3,4）和氧化物活度与N SiO2关系图。 3-3 试证明下面两式相等；
n?1????????????1???Mo11?Mo?????n??N?n?????K11?1?K11?Mo1???1?1??Mo????1?????K??1??K(1??)??11??Mo? 11Mo??Mo???
3-4 熔体粘度在727℃时是108泊，在1156℃时是10`泊，在什么温度下它是104泊？（用lg??A?B/T(K)解之）
nlg??E?3-5 试用线（ FT?T0方程式，绘出下列两种熔体在1350~500℃间的粘性曲
lg?~1T）。两种熔体常数如下： E N0.1 N0.2 1.631 1.769 F 4229 4690 T0 219 216
4-6 一种熔体在1300℃的粘度是3100泊，在800℃是108泊，在1050℃时其粘度为多少？在此粘度下急冷，是否形成玻璃？
3-7 从以下两种釉式中，，你能否判断两者的熔融温度、粘度、表面张力上的差别？说明理由。
0.2K2O?2.1SiO20.2Na2O??0.3AlO?230.5B2O30.3CaO??（1）0.3PbO?
0.2K2O??0.2MgO?1.1Al2O310.0SiO2?0.6CaO?（2）
3-8 SiO2熔体的粘度在1000℃时为108泊，在1400℃时为108泊。SiO2玻璃粘滞流动的活化能是多少？上述数据是在恒压下取得，如果在恒容下得到，你预计活化能会不同吗？为什么？ 3-9 名词解释（并比较其异同） （1）玻璃体和熔体 （2）Tg和Tf
（3）玻璃分相和玻璃析晶 （4）亚稳分解与不稳分解 （5）硅酸盐玻璃和硼酸盐玻璃
3-10 试用实验方法鉴别晶体SiO2, SiO2玻璃、硅胶和熔融二氧化硅。并从结构角度来解释这些同质异构体。
3-11 结构上比较硅酸盐晶体与硅酸盐玻璃的区别。
3-12 一种玻璃组成为80wt％SiO2和20wt％Na2O数，试计算非桥氧百分数？ 3-13 玻璃的组成是13wt％Na2O, 13wt％CaO 和74wt％SiO2,若用纯碱、石灰石和石英砂作原料，用1000公斤石英砂熔制该玻璃，问其它两种原料各需多少公斤？
3-14 玻璃的组成是13wt% Na2O、13wt％CaO和74wt％SiO2,计算非桥氧分数。 3-15 淬火玻璃与退火玻璃在结构与性能上有何差异？ 3-16 有两种不同配比的玻璃，其组成如下： 序号 1 2 Na2O wt％ 10 20 Al2O3wt％ 20 10 SiO2wt％ 70 70 试用玻璃结构参数说明两种玻璃高温下粘度的大小？
3-17 已知石英玻璃的密度为2.3g/cm3，假定玻璃中原子尺寸与晶体SiO2相同。试计算玻璃的原子堆积系数（APF）是多少？
3-18 有一种平板玻璃组成为14 Na2O-13CaO-72SiO2,其密度为2.5 g/cm3,计算该玻璃的原子堆积系数（AFP）为多少？
3-19 高硼硅酸盐耐热玻璃的主要组成是96wt% SiO2和4wt2O3，原子堆积系数是0.44，计算它的密度？
3-20 正硅酸铅玻璃密度为7.38g/cm3;求这个玻璃中氧的密度为若干？试把它与熔融石英（密度为2.29 g/cm3）中的氧密度比较声试指出铅离子所在位置？
3-21 已发现很多多组分氧化物破璃在50~500?尺度范围内的结构是不均匀的。 （a） 如何才能探测并观察到这种不均匀性,
（b） 试讨论这种玻璃结构的不均匀性与无规则网络结构模型之间的关系。 （c） 怎样用液－液不相溶性来解释这种不均匀结构？试给出一个假设的温度－组成图和在几种温度的自由焓－组成图。
3-22 （a） 假如要求在800℃时得到一种具有最高的SiO2摩尔百分比的熔体，而且只能在二氧化硅中加入一种别的氧化物，那么应选择什么氧化物作外加剂？说明理由。
（b） 为什么石英的熔融温度比方石英的熔融温度低？
3-23 网络变性体（如Na2O）加到石英玻璃中，使氧硅比增加。实验观察到当O/Si=2.5~3时，即达到形成玻璃的极限。根据结构解释，为什么2 3-25 如何确定某一玻璃为防止析晶所必须的冷却速率？试写出计算或作图的步骤。 3-26 在近代的地质构造中发现一种玻璃，含有较高的SiO2 (7 0＋%)和Al2O3(11.5+%)碱金属氧化物（Na2O和K2O）是少量的组分(5%)，碱土金属氧化物也很少(MgO+CaO=2%)。在加热到大约900℃以上有10%的重量损失，失重有关的挥发性组份是水。该玻璃在850℃有一种反常且不可逆的软化性质，到950~1100℃变硬,而后到1150℃左右又变软。冷却时，只在1150℃有一个假想（fictive）温度范围，此温度范围与大多数工业玻璃相似，但较高。试对850℃左右出现的不可逆软化进行解释。现将钠钙玻璃的组成给出，以供参考：72%SiO2，1%Al2O3，9êO，4%MgO，13%Na2O，1%K2O。 3-27 （a） 什么是玻璃的假想温度？ （b） 为什么在假想温度以上玻璃的膨胀系数更接近于液体，而在假想温度以下更接近于晶体？ （c）试指出在二氧化硅中加入Na2O，假想温度合发生怎样的变化？加入NaF呢？ 3-28 典型的钠钙硅窗玻璃的组成是____%Na2O,____êO,____%SiO2。 3-29 按照下列元素在形成氧化物玻璃中的作用，把它们区分为网络改变体，中间体或网络形成体(玻璃形成体)：Si，Na，B，Ca，Al，P，K，Ba。 第四章 材 料 的 表 面 与 界 面 4-1 什么叫表面张力和表面能？在固态下和液态下这两者有何差别？ 4-2 在晶体中，不同的结晶面上，表面上原子的密度住往是不一样的（见无机材料物理化学表6-1）。你认为原子密度大的晶面的表面能大呢？还是密度小的大？试解释之。 4-3 一般说来，同一种物质，其固体的表面能要比液体的表面能大，试说明原因。 4-4 什么叫吸附、粘附？当用焊锡来焊接铜丝时，手用挫刀除去表面层，可使焊接更加牢固，请解释这种现象。 4-5 为什么在实际晶体中，不存在理想晶体所设想的完整平面？至少也会有相当于螺形位错的柏氏矢量大小的台阶。 4-6 试说明晶界能总小于两个相邻晶粒的表面能之和的原因。 4-7 （a） 什么叫弯曲表面的附加压力：其正负根据什么划分？ （b）设表面张力为900尔格／厘米2，计算曲率半径为0.5?m的曲面附加压力？ 4-8 真空中Al2O3的表面张力约为900尔格／厘米2，液态铁的表面张力为1720尔格/厘米2，同样条件下，界面张力（液态铁－氧化铝）约为2300尔格/厘米2。问接触角有多大？液态铁能否润湿氧化铝？ 4-9 表面张力为500尔格/厘米2的某液态硅酸盐与某种多晶氧化物表面相接触，接触角θ=450；若与此氧化物混合，则在三晶粒交界处，形成液态小球，二面角ψ平均为900，假如没有液态硅酸盐时，氧化物－氧化物界面的界面张力为1000达因/厘米，试计算氧化物的表面张力。 4-10 MgO－Al2O3－SiO2系统的低共熔物，放在Si3N4脚瓷片上，在低共熔温度下，液相的表面张力为900尔格/厘米2，液体与固体的界面能为600尔格/厘米2，测得接触角为70.520。 （1）求Si3N4的表面张力。 （2）把Si3N4在低共熔温度下进行热处理，测得其腐蚀的槽角为123.750，求Si3N4晶界能。 （3）如果把20％的低共熔物与Si3N4粉末混合，加热到低共熔温度下，试画出低共熔物与Si3N4混合组成的陶瓷显徽结构示意图。 4-11 某陶瓷的晶粒内有一球形的第二相，当它迁移到晶界时，形成如图5-11所示的双球冠形。两面角势为1200，球冠之球半径为???,球冠之底 园直径为2?。请说明第二相在晶粒内呈球形时稳 定，还是在晶界上呈双球冠形稳定？如果第二相在晶界上呈薄膜状，情况又如何呢？ 4-12 下列数据为铁的表面张力和组成的关系：从这些涉及表面过剩量的数据中可得出什么结论？试述Fe-S和Fe-C两个体系的表面组成。 表面张力 （尔格/厘米2） 1670 1210 795 添加剂 （ppm） 100s 1000s 10000s 表面张力 （尔格/厘米2） 1710 1710 1710 添加剂 （ppm） 10c 100c 1000c 4-13 在小角度晶界一L测得位错腐蚀坑的阿距为平均6,87微米丫飞践衍射表明晶界间角为30秒（弧度），问柏氏矢量的长度是多少？注：1秒＝0.000280。4-14 已经确定，在距刃型位错20?的某点剪应力为某一定值S。经此点的某一直线与材料的滑移面成300角, （a） 以S来表示离位错100?处的剪应力。 （b） 离位错100?处的最大张应力是多少? 4-15 氟化锂晶体经多边形化、抛光和腐蚀后，观察到沿某一直线的位错腐蚀坑的间距为10微米，在外加剪应力作用下观察到小角度晶界垂直于晶界平面移动，为什么会发生这种现象？若柏氏矢量为2.83?，穿过晶界的倾斜角是多少？ 4-16 在高温将某金属熔于Al2O3片上。 （a） 若Al2O3的表面能估计为1000尔格/厘米2，此熔融金属的表面能也与之相似，界面能估计约为300尔格/厘米2，问接触角是多少？ （b） 若液相表面能只有Al2O3表面能的一半，而界面能是Al2O3表面张力的两倍，试估计接触角的大小？ （c） 在（a）所述条件下，混合30％金属粉末与Al2O3成为金属陶瓷，并加热到此金属熔点以上。试描述并作图示出金属与Al2O3之间的显徽结构。 4-17 在0℃时冰－水体系的固－液界面能为28尔格/厘米2，晶界能为70尔格/厘米2，液相表面能为76尔格/厘米2，并且液态水能完全润湿冰的表面。 （a） 估计冰在空气中及冰在水下的晶界腐蚀角。 （b） 酒精加入液相中，则观察到固－液界面能降低。若要使晶界腐蚀角降低到零度，需使界面能降低到什么程度？ （c） 怎样比较冰与（a）SiO2（固相）－硅酸盐液及（b）MgO（固相）－硅酸盐液体系的晶界腐蚀？解释如何和为什么后面两个体系相异或相同。 4-18 一个B在A中的稀溶液析晶时给出四方晶体。在能发生气相传质条件下久后，晶体形成平行六面体，其晶面分别垂直于C轴和a轴。当B的摩尔分数