武汉理工大学 材料科学基础 历年期末考卷答案.doc

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1.
1 、解:
石英晶体
石英熔体
Na2O•2SiO2
结构
[SiO4] 按共顶方式对称有规律有序排列,
远程有序
基本结构单元[SiO4] 呈架状结构,
远程无序
基本结构单元[Si6O18]12- 呈六节环或八节环,
远程无序
性质
固体无流动性,熔点高,硬度大,导电性差,结构稳定,化学稳定性好
有流动性,η大,电导率大,表面张力大
有流动性,η较石英熔体小,电导率大,表面张力大
2、解:根据lnη=A+B/T,727℃时,η=108P0,1156℃时,η=104P0,∴A=-,B=13324,当η=107P0时,则t=80℃。
3、解:Na2O-SiO2系统中, SiO2含量增加,η增大,σ减小;因为SiO2含量增加,聚合离子团尺寸增大,迁移阻力增大,η增大,e/r减小,相互作用力减小,σ减小;RO-SiO2系统中,SiO2含量增加,η增大,σ减小;因为无SiO2时RO-O2系统η很低,表面张力大;加入SiO2,系统中出现聚合离子团,SiO2增加,聚合离子团尺寸增大,数目增大,η增大,σ减小。
4、解:玻璃的介稳性:熔体转变为玻璃过程中,是快速冷却,使玻璃在低温下保留了高温时的结构状态,玻璃态是能量的介稳态,有自发放热而转变为晶体的趋势;玻璃无固定熔点:熔体的结晶过程中,系统必有多个相出现,有固定熔点;熔体向玻璃体转变时,其过程是渐变的,无多个相出现,无固定的熔点,只有一个转化温度范围。
5.
6、解:在熔体结构中,不O/Si比值对应着一定的聚集负离子团结构,如当O/Si比值为2时,熔体中含有大小不等的歪扭的[SiO2]n聚集团(即石英玻璃熔体);随着O/Si比值的增加,硅氧负离子集团不断变小,当O/Si比值增至4时,硅-氧负离子集团全部拆散成为分立状的[SiO4]4-,这就很难形成玻璃。
7、解:网络变体 Na2O CaO K2O BaO
中间体 Al2O3
网络形成体 SiO2 B2O3 P2O5
9、解:微晶学说:玻璃结构是一种不连续的原子集合体,即无数“晶子”分散在无定形介质中;“晶子”的化学性质和数量取决于玻璃的化学组成,可以是独立原子团或一定组成的化合物和固溶体等微晶多相体,与该玻璃物系的相平衡有关;“晶子”不同于一般微晶,而是带有晶格极度变形的微小有序区域,在“晶子”中心质点排列较有规律,愈远离中心则变形程度愈大;从“晶子”部分到无定形部分的过渡是逐步完成的,两者之间无明显界限。无规则网络学说:玻璃的结构与相应的晶体结构相似,同样形成连续的三维空间网络结构。但玻璃的网络与晶体的网络不同,玻璃的网络是不规则的、非周期性的,因此玻璃的内能比晶体的内能要大。由于玻璃的强度与晶体的强度属于同一个数量级,玻璃的内能与相应晶体的内能相差并不多,因此它们的结构单元(四面体或三角体)应是相同的,不同之处在与排列的周期性。微晶学说强调了玻璃结构的不均匀性、不连续性及有序性等方面特征,成功地解释了玻璃折射率在加热过程中的突变现象。网络学说强调了玻璃中离子与多面体相互间排列的均匀性、连续性及无序性等方面结构特征。
10、解:当数量不多的碱金属氧化物同B2O3一起熔融时,碱金属所提供的氧不像熔融SiO2玻璃中作为非桥氧出现在结构中,而是使硼氧三角体转变为由桥氧组成的硼氧四面体,致使B2O3玻璃从原来两度空间的层状结构部分转变为三度空间的架状结构,从而加强了网络结构,并使玻璃的各种物理性能变好。这与相同条件下的硅酸盐玻璃相比,其性能随碱金属或碱土金属加入量的变化规律相反,所以称之为硼反常现象
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1 、解:表面张力:垂直作用在单位长度线段上的表面紧缩力或将物体表面增大一个单位所需作的功;σ=力/总长度N/m
        表面能:恒温、恒压、恒组成情况下,可逆地增加物系表面积须对物质所做的非体积功称为表面能;J/m2 =N/m
        液体:不能承受剪应力,外力所做的功表现为表面积的扩展,因为表面张力与表面能数量是相同的;
        固体:能承受剪切应力,外力的作用表现为表面积的增加和部分的塑性形变,表面张力与表面能不等。
2 、解:同一种物质,其液体固体的表面结构不同,液体分子可自由移动,总是通过形成球形表面来降低其表面能;固体则不能,固体质点不能自由移动,只能通过表面质点的极化、变形、重排来降低系统的表面能,固体表面处于高能量状态(由于表面力的存在)。
3 、解:吸附:固体表面力场与被吸附分子发生的力场相互作用的结果,发生在固体表面上,分物理吸附和化学吸附;
       粘附:指两个发生接触的表面之间的吸引,发生在固液界面上;铜丝放在空气中,其表面层被吸附膜(氧化膜)所覆盖,焊锡焊接铜丝时,只是将吸附膜粘在一起