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材料物理化学 
第三章 熔体与非晶态固体 
1、影响熔体粘度的因素有哪些？试分析一价碱金属氧化物降低硅酸盐熔体粘度
的原因。 
      解：（1）影响熔体粘度的主要因素：温度和熔体的组成。 碱性氧化物含量
增加，剧烈降低粘度。  随温度降低，熔体粘度按指数关系递增。  
  （2）通常碱金属氧化物（Li2O、Na2O、K2O、Rb2O、Cs2O）能降低熔体粘度。
这些正离子由于电荷少、半径大、和 O
2－的作用力较小，提供了系统中的“自由
氧”而使 O/Si 比值增加，导致原来硅氧负离子团解聚成较简单的结构单位，因而
使活化能减低、粘度变小。 
 
2、试用实验方法鉴别晶体 SiO2、SiO2 玻璃、硅胶和 SiO2 熔体。它们的结构有
什么不同？  
解：利用 X-射线检测。 晶体 SiO2-质点在三维空间做有规律的排列，各向
异性。 SiO2 熔体-内部结构为架状，近程有序，远程无序。 SiO2 玻璃-各向同
性。 硅胶-疏松多孔。  
 
3、有两种不同配比的玻璃，其组成如下：  
序号 Na2O wt％ Al2O3wt％ SiO2wt％ 
1 8 12 80 
2 12 8 80 
试计算玻璃结构参数，并由结构参数说明该两种玻璃在高温下黏度的大小？  
解： 
序号 
Na2O A12O3 SiO2 
wt% mol% wt% mol% wt% mol% 
1 8 8.16 12 7.47 80 84.37 
2 12 12.09 8 4.86 80 83.05 
对于 1： 
      Z=4， Al2O3被视为网络形成离子 
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      X1=2R-Z=0.014，Y1=4-X=3.986 
对于 2： 
      Z=4，  Al2O3被视为网络形成离子 
           
      X2=2R-Z=0.16，Y2=4-X=3.84 
      Y1>Y2，故 1号在高温下的粘度大。 
 
4、试比较硅酸盐玻璃与硼酸盐玻璃在结构与性能上的差异。  
解：结构差异：硅酸盐玻璃：石英玻璃是硅酸盐玻璃的基础。石英玻璃是硅
氧四面体[SiO4]以顶角相连而组成的三维架状结构。由于 Si-O-Si 键角变动范围
大，使石英玻璃中[SiO4]四面体排列成无规则网络结构。SiO2 是硅酸盐玻璃中的
主要氧化物。  
硼酸盐玻璃：B 和 O 交替排列的平面六角环的 B-O 集团是硼酸盐玻璃的重
要基元，这些环通过 B-O-B链连成三维网络。B2O3是网络形成剂。这种连环结
构与石英玻璃硅氧四面体的不规则网络不同，任何 O-B 三角体的周围空间并不
完全被临接的三角体所填充，两个原子接近的可能性较小。  
性能差异：硅酸盐玻璃：试剂和气体介质化学稳定性好、硬度高、生产方法
简单等优点。 硼酸盐玻璃：硼酸盐玻璃有某些优异的特性。例如：硼酐是唯一 
能用以制造有吸收慢中子的氧化物玻璃；氧化硼玻璃的转化温度比硅酸盐玻璃低
得多；硼对中子射线的灵敏度高，硼酸盐玻璃作为原子反应堆的窗口对材料起屏
蔽中子射线的作用。  
 
5、试述石英晶体、石英熔体、Na2O·2SiO2熔体结构和性质上的区别。 
解： 
  石英晶体 石英熔体 Na2O•2SiO2 
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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 
 
6、熔体结构的基本理论是什么？其理论的要点有哪些？  
解：聚合物理论。 聚合物理论要点：  
（1）硅酸盐熔体是由不同级次、不同大小、不同数量的聚合物组成的混合物。
所谓的聚合物是指由[SiO4]连接起来的硅酸盐聚离子。  
（2）聚合物的种类、大小、分布决定熔体结构，各种聚合物处于不断的物理运
动和化学运动中，并在一定条件下达到平衡。  
（3）聚合物的分布决定熔体结构，分布一定，结构一定。  
（4）熔体中聚合物被 R＋，R2＋结合起来，结合力决定熔体性质。  
（5）聚合物的种类、大小、数量随温度和组成而发生变化。 
 
7、试简述淬火玻璃与退火玻璃在结构与性能上有何差异？ 
解：消除和均衡由温度梯度产生的内应力的玻璃为退火玻璃，这类玻璃不
易碎裂且切割方便。淬火处理是将制品加热至接近其软化温度，使玻璃完全退火，
然后进行迅速冷却(淬火处理)。因此产生均匀的内应力，从而使玻璃表面产生预
加压应力，增加了抗弯、抗冲击的抗扭曲变形的能力。 
4-7 SiO2熔体的粘度在 1000℃时为 10
14
 Pa·s，在 1400℃时为 10
7
 Pa·s。SiO2玻璃
粘滞流动的活化能是多少？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？ 
    解：（1）根据公式：  
    1000℃时，η=10
14
 Pa·s，T=1000+273=1273K, ① 
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    1000℃时，η=10
7
 Pa·s， T=1400+273=1673K, ② 
    联立（1），（2）式解得： 5.27×10
-16
 Pa·s， =713.5 kJ/mol 
    （2）若在在恒容下获得，活化能不会改变。因为活化能是液体质点作直线运
动所必需的能量。它与熔体组成和熔体[SiO4]聚合程度有关。 
 
8、一种熔体在 1300℃的粘度是 310 Pa·s，在 800℃是 10
7
 Pa·s，在 1050℃时其粘
度为多少？在此温度下急冷能否形成玻璃？ 
    解：（1）根据  
1300℃时，η=310Pa·s， 由公式得： ① 
800℃时，η=10
7
 Pa·s， 由公式得：  ② 
联立（1），（2）式解得∴A=-7.2，B=15219.6 
当 t=1050℃时，  
解得 η=20130.5 Pa·s。 
    （2）在此温度下，极冷能形成玻璃。 
9、派来克斯（Pyrex）玻璃的粘度在 1400℃时是 10
9
 Pa·s，在 840℃是 10
13
Pa·s。
请回解：（1）粘性流动活化能是多少？（2）为了易于成形，玻璃达到 10
5
Pa·s
的粘度时约要多高的温度？ 
    解：（1）根据公式：  
       1400℃时，η=10
9
 Pa·s，T=1400+273=1673K, ① 
       840℃时，η=10
13
 Pa·s，T=840+273=1113K,  ② 
       联立（1），（2）式解得： 11.22 Pa·s， =254.62kJ/mol 
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    （2）当 η=10
5
 Pa·s时， 10
5
=11.22  
解得 t=3094.2℃ 
 
 10、试计算下列玻璃的结构参数及非桥氧分数。（1）Na2O·SiO2；（2）
Na2O·CaO·Al2O3·SiO2；（3）Na2O·1/3Al2O3·SiO2；（4）18Na2O·10CaO·72SiO2 （wt％） 
      解：（1）Z=4，R=3/1=3，X=2R-Z=6-4=2，Y=8-2R=8-6=2 
      
    （2） >1      Al
3+被视为网络形成离子 
     Z=4，    X=2R-Z=4.66-4=0.66，Y=4-0.66=3.34 
      
    （3） >1     Al
3+被视为网络形成离子 
     Z=4， ，X=2R-Z=4.8-4=0.8，Y=4-0.8=3.2 
      
    （4） 
  Na2O CaO SiO2 
wt% 18 10 72 
mol 0.290 0.179 1.200 
mol% 17.4% 10.7% 71.9% 
  Z=4， ，X=2R-Z=0.78，Y=4-0.78=3.22 
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