熔体和玻璃体习题课

1、第二、三章第二、三章 熔体和玻璃体熔体和玻璃体习题课习题课1、熔体的聚合物理论：熔体的聚合物理论： 形成的三阶段形成的三阶段 初期初期：主要是石英颗粒的分化；：主要是石英颗粒的分化；中期：中期：缩聚反应并伴随聚合物的变形；缩聚反应并伴随聚合物的变形；后期后期：一定：一定T、t 达到达到聚合聚合 解聚解聚平衡。平衡。 熔体的性质：熔体的性质： 粘度和表面张力粘度和表面张力)exp(kTEo )exp(oTSDC f0VKVBexp 粘度理论粘度理论2、玻璃的结构玻璃的结构 E)(MT 玻璃形成条件：玻璃形成条件： ZRXRZY222玻璃的结构参数玻璃的结构参数2/3规则规则35 玻璃的组成是玻璃

2、的组成是13wt%Na2O 、13wt%CaO、74wt%SiO2，计算非桥氧分数。，计算非桥氧分数。 分析：分析：要应用关系式，必须换算成要应用关系式，必须换算成mol%。 解：玻璃组成解：玻璃组成 Na2O CaO SiO2 wt% 13 13 74 mol 0.21 0.23 1.23 mol% 12.6 13.8 73.6 2.3673.6273.613.812.6SiO RZ4 X2RZ22.3640.72YZX40.723.28非桥氧数非桥氧数30.5%3.28/20.720.72Y/2 XX36 有两种不同配比的玻璃其组成如下：有两种不同配比的玻璃其组成如下：序序 号号 Na2O

3、 (wt%) Al2O3(wt%) SiO2(wt%) 1 8 12 80 2 12 8 80 试用玻璃结构参数说明两种玻璃高温下粘度的大小？试用玻璃结构参数说明两种玻璃高温下粘度的大小？解：玻璃组成：解：玻璃组成： 序序 号号 Na2O Al2O3 SiO2 wt% mol% wt% mol% wt% mol% 1 8 8.18 12 7.48 80 84.3 2 12 12.1 8 4.87 80 83.03 对对1玻璃玻璃 ， Na2O/Al2O38.18/7.481 Al3+被视为网络形成离子被视为网络形成离子，Z=4 007.284.37.482284.33.4878.18 RY=2

4、Z2R2(42.007)3.986对对2玻璃，玻璃， Na2O/Al2O312.1/4.87 1 Al3+被视为网络形成离子被视为网络形成离子，Z=4 078.2287.483.03283.03387.412.1 RX2RZ22.07840.156Y=ZX40.1563. 844讨论讨论： 1玻璃玻璃 Y1 3.986 , 2玻璃玻璃 Y2 3.844 即有：即有：Y1 Y2 所以在高温下所以在高温下 1玻璃玻璃 粘度粘度 2玻璃玻璃 粘度粘度37 SiO2 熔体的粘度在熔体的粘度在1000时为时为1015dpa.s，在，在1400时为时为108dpa.s， 玻璃粘滞的活化能是多少？上述数据为

5、恒压下取得，若在恒容下获得，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？你认为活化能会改变吗？为什么？解解：(a) 对对 0exp( E/kT)取对数得：取对数得： Ln Ln 0 E/kT 令令 A Ln 0 B E/k 则则Ln A B/T 将将 、T值代入上式值代入上式167310127310815BALnBALn 解之得：解之得： A32.88 B85828活化能活化能 EBk858281.3810231.181018(J/个个)粘滞的活化能粘滞的活化能=1.1810-186.021023=710.3kJ/mol(b) 上述数据是在恒压下

6、取得，在恒容下，预计活化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，能会有所不同。因为恒容时熔体所受压力应增加，这将使其这将使其粘度增大粘度增大，从而改变了活化能值。，从而改变了活化能值。 39 在在SiO2中应加入多少中应加入多少Na2O,使玻璃的使玻璃的O/Si2.5，此时析晶能力是增强还是，此时析晶能力是增强还是削弱？削弱？解；假定引入的解；假定引入的Na2O的的mol含量为含量为 x ， 则则SiO2的的mol含量为含量为 1x31x 5 . 21)1(2 解得xxxSiOR此时析晶能力增强。此时析晶能力增强。310 有一种平板玻璃组成为有一种

7、平板玻璃组成为14Na2O-13CaO-73SiO2，其密度为，其密度为2.5g/cm3，计，计算该玻璃的原子堆积系数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？为多少？计算该玻璃的结构参数值？解：解： a 、 该玻璃的平均分子量该玻璃的平均分子量 17.5902.6072. 05613. 06214. 0 M在在1nm3 中原子数为中原子数为323210/nm4 .2517.59106.02102.5MN个 n在在1nm3中原子所占体积中原子所占体积0.492135. 020.730.1400.130.1420.140.0260.7310. 00.130.0992/30.

8、14425.4V333333 AFP37.2732731314R 、bY=2Z2R2422.37=3.26311 有一组二元硅酸盐熔体，其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值变化规律如下，写出熔体一系列性质的变化规律变化规律(用箭头表示用箭头表示) R2； 2.5 ； 3 ; 3.5 ; 4(1) 游离碱含量游离碱含量(2) O/Si (3) 低聚合物数量低聚合物数量(4) 熔体粘度熔体粘度(5) 形成玻璃能力形成玻璃能力(6) 析晶能力析晶能力补充习题补充习题 1、 正硅酸铅玻璃密度为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，求这个

9、玻璃中氧的密度为多少？试把它与熔融石英与熔融石英(密度为密度为2.2g/cm3)中的氧密度比较，试指出铅离子所在位置？中的氧密度比较，试指出铅离子所在位置？解：正硅酸铅解：正硅酸铅PbSiO3的分子量的分子量 M207.228163283.2 在在1cm3中中PbSiO3的个数的个数 322230/cm101.572 .283106.027.36MN个 n所以所以 在正硅酸铅在正硅酸铅PbSiO3中氧的密度为中氧的密度为32322oO1.25g/cm106.0216101.573NM3n3 OPbSiO 32322oO1.17g/cm106.0216102.202NM2n2 OSiO 同理同理

10、结论：结论： PbSiO3中氧的密度中氧的密度高于高于SiO2中氧的密度，则中氧的密度，则Pb为为网络变性离子，在网络变性离子，在SiO网络外。网络外。2、 网络变性体网络变性体(如如Na2O)加到石英玻璃中，使加到石英玻璃中，使O/Si比比增加。实增加。实验观察到当验观察到当O/Si2.53 时，即达到形成玻璃的极限。根据结时，即达到形成玻璃的极限。根据结构解释，为什么构解释，为什么 2 O/Si2.5的碱硅石混合物可以形成玻璃，的碱硅石混合物可以形成玻璃，而而O/Si3的的的碱硅石混合物结晶而不形成玻璃？的碱硅石混合物结晶而不形成玻璃？答：答： 当当2 O/Si2.5时，在熔融状态时，在熔

11、融状态 下下SiO44仍可连成仍可连成网络状，且聚合程度高，故可形成玻璃。但当网络状，且聚合程度高，故可形成玻璃。但当O/Si3时，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。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？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？为什么？速速率率 TuIV原因：原因：

12、低温熔体粘度大，质点移动困难易聚结在一起而成核，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；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。大的晶核而长大，即高温有利于生长。4、已知瓷釉与玻璃具有类似的结构，试用无规则网络学说说明已知瓷釉与玻璃具有类似的结构，试用无规则网络学说说明 2324.06.0103.02SiOOAlONaCaO 瓷釉结构中各离子所处的位置。瓷釉结构中各离子所处的位置。5、 在硅酸盐玻璃和硼酸盐玻璃中，随着在硅酸盐玻璃和硼酸盐玻璃中，随着R2O的引

13、入的引入(25mol),玻璃熔体的粘度怎样变化？试用聚合物理论解释。玻璃熔体的粘度怎样变化？试用聚合物理论解释。6、 解释解释B2O3含量含量10mol，SiO2含量含量90mol的熔体，在冷却过的熔体，在冷却过程中各自形成两个互不相容的分层玻璃，而加入适量程中各自形成两个互不相容的分层玻璃，而加入适量Na2O后，后，能得到均匀的玻璃。能得到均匀的玻璃。7、 论证形成玻璃必须具有混合键。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？璃？填空题填空题 1、Tg是是，它与玻璃形成过程的冷却速率有关，同组分，它与玻璃形成过程的冷却速率有关，同组分熔体快冷时熔体快冷时Tg比慢冷时比慢冷时，淬冷玻璃比慢冷玻璃的密度，淬冷玻璃比慢冷玻璃的密度，热，热膨胀系数膨胀系数。 2、同温度下，组成分别为：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，其粘度的三种熔体，其粘度大小的顺序为大小的顺序为。 3、 三三T图中三个图中三个T代表代表、和和。 4、 粘滞活化能越粘滞活化能越，粘度越，粘度越。 硅