钠钙硅酸盐玻璃中钠离子的扩散活化能
第三章 熔体和玻璃体
熔 体
1、问题的引出：
晶体（理想）的特点—— 晶体（实际）的特点——
整 体 有 序
【举例 】
熔体与玻璃的特点—？
近程有序远程无序
2、从能量角度分析：热力学、动力学
能 量
ΔGa 熔体 ΔGv
晶体
从热力学和动力学角度分析熔体与晶体
从能量曲线分析熔体和玻璃
气相冷凝获得的无定形物质
位能
熔体 玻璃
真实晶体
1Pa S 1N S m2 105 dye S 104 cm2 10P(泊)
流动度 ：φ＝１／η
绝对速度理论 2. 粘度－温度关系 自由体积理论
过剩熵理论 根据玻尔兹曼能量分布定律，活化质点的数目与exp（－ ΔE/kt）成比例。
即：流动度φ＝ φ0 exp（－ΔE/kt） 则：η＝ η0 exp（ΔE/kt） 两边取对数： 其中： ΔE —— 质点移动的活化能 η0 —— 与熔体有关的常数
在钠钙硅酸盐玻璃中：
活化能E（KJ/mol） 电阻率ρ（350℃） 熔融石英 50％Na2O的碱硅酸盐 142 50 1012 102
cm cm
R2O含量 （2）RO的影响
，活化能E
，σ
，且Li > Na > K
随R2＋离子半径 r
，σ
，次序是：
Ba2＋ > Pb2＋ > Sr2＋ > Ca2＋ > Mg2＋ > Be2＋
多种聚合物同时并存即是熔体结构远程无序的实质。
4) 熔体中的可逆平衡：
结果：使熔体中有多种多样的聚合物，高温时低聚物各自以
分立状态存在，温度降低时有一部分附着在三微碎片上，形
成“毛刷”结构。温度升高“毛刷”脱开。反应的实质是：
无机非金属材料科学基础习题
1.1 名词解释：等同点、结点、空间点阵、晶体、对称、对称型、晶系、晶类、布拉菲格子、晶胞、晶胞参数、晶体定向、晶面指数、晶向指数、晶带轴定律1.2 略述从一个晶体结构中抽取点阵的意义和方法？空间点阵与晶体结构有何对应关系？1.3 什么叫对称性？晶体的对称性有何特点，为什么？1.4 晶体中有哪些对称要素，用国际符号表示。
1.5 试找出正四面体、正八面体和立方体中的所有对称元素，并确定其所属点群、晶系。
1.6 根据什么将14种布拉维点阵分成七个晶系？各晶系特点如何？为什么14种布拉维点阵中有正交底心而无四方底心和立方底心点阵型式？以图说明。
说明七个晶系的对称特点及晶体几何常数的关系。
1.7 什么叫单位平行六面体（或单位）？在三维点阵中选取单位平行六面体应遵循哪些原则？为什么？1.8 a≠b≠c, α=β=γ=90℃的晶体属于什么晶系？a≠b≠c, α≠β≠γ≠90°的晶体属什么晶系？能否据此确定这二种晶体的布拉维点阵？1.9 一个四方晶系晶体的晶面，其上的截距分别为3a、4 a，6c，求该晶面的晶面指数。
1.10 四方晶系晶体a＝b，c＝1/2a。
一晶面在X、Y、Z轴上的截距分别为2a, 3b和6c。
给出该晶面的密勒指数。
1.11 某一晶面在x、y、z三个坐标轴上的截距分别为1a，∞b,3c，求该晶面符号。
1.12 在正交简单点阵、底心点阵、体心点阵、面心点阵中分别标出（110）、（011）、（101）三组晶面，并指出每个晶面上的结点数。
1.13 在立方晶系中画出下列晶面：a）（001）；b）（110）；c）（111）。
在所画的晶面上分别标明下列晶向：a）[210]；b）[111]；c）[101]。
1.14 试说明在等轴晶系中，（111）、（111）、（222）、（110）与（111）面之间的几何关系。
1.15 在立方晶系晶胞中画出下列晶面指数和晶向指数：（001）与[210]，(111)与[112]，(110)与[111]，（322）与[236]，(257)与[111]，(123)与[121]，(102)，(112)，(213)，[110]，[111]，[120]，[ 321]。
化学钢化[讲解]
![化学钢化[讲解]](https://img.taocdn.com/s3/m/1cd4be05c381e53a580216fc700abb68a982adcf.png)
化学钢化一、化学钢化的分类：化学钢化的基本原理是用改变玻璃表面的组成来提高玻璃的强度，目前有表面脱碱；涂复热膨胀系数小的玻璃，碱金属离子交换等方法；碱金属离子交换可分为；高温型离子交换和低温型离子交换两类；二、离子交换化学钢化法；把玻璃侵在高温熔融盐中，玻璃中的碱离子与熔盐中的碱离子因相互扩散而发生离子交换，因在交换层产生压应力而使强度增大。
1、高温型离子交换法；在玻璃的软化点与转变点之间的温度区域内，把含Na2O或K2O的玻璃侵入锂的熔盐中，使玻璃中的Na+或与它们半径小的熔盐中的Li+相交换，然后冷却至室温，由于含Li+的表层与含Na+或K+内层膨胀系数不同，表面产生残余压力而强化，同时；玻璃中和含有AL203、TiO2等成分时，通过离子交换，能产生膨胀系数极低的p—锂霞石（LiO、AL2O3、2SiO2）结晶，冷却后的玻璃表面将产生很大的压力，可得到强度高达700MPa的玻璃，次法的实例如下；将Sio257%—60%、AL2o313．5%—23%、Na2o3．8%—11%、Li2o10%—13%（质量）玻璃在600—750℃下侵在Li+、Na+、Ag+的熔盐中，玻璃中的Na+被Ag+或Li+置换，产生双层交换层；外侧是p—锂霞石，内侧是偏硅酸锂结晶化玻璃层，能极大的增高强度。
2、低温型离子交换法在不高于玻璃转变点的温度区域内，将玻璃侵在含有比玻璃中碱离子半径大的碱离子熔盐中。
例如；用Li+置换Na+，或用Na+置换K+，然后冷却。
由于碱离子的体积差造成表面压应力层，提高了玻璃的强度。
虽然比高温型交换速度慢，但由于钢化中玻璃不变形而具有实用价值。
3、低温型离子交换法的工艺（1）工艺流程低温型离子交换法的工艺如下；原片检验—切裁—磨边—清洗干燥—低温预热—高温预热—离子交换—高温冷却—中温冷却—低温冷却—清洗干燥—检验—包装入库。
（2）工艺参数熔盐材料： KNO3（一般用化学纯）辅助添加剂： AI2O3粉、硅酸钾、硅藻土、其它盐浴池熔盐温度: 410～500℃交换时间：根据产品增强需要而定设计炉温：低温预热 200～300℃高温预热 350～450℃离子交换炉 410～500℃高温冷却炉 350～450℃中温冷却炉 200～300℃低温冷却炉 150～200℃（3）容器的选择对一定的熔盐，必须注意选择容器材料。
2014华南理工大学无机材料工艺原理845考研真题
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（3） 将玻璃淬火，其曲线将如何变化？ （4） 钠离子熔体中扩散活化能约为多少？
5、 （10 分） Al2O3 烧结过程由阴离子扩散过程控制， MgO 烧结过程由阳离子扩散控制， 请分析以下现象的原因： （1） 烧结 Al2O3 时，氢气氛和氧分压较低时促进烧结，氧分压较高时妨碍致密化； （2） 烧结 MgO 时，加入少量 FeO，在氢气氛和氧分压较低时都不能促进烧结， 只 有氧分压较高时才能促进烧结 6、 （12 分）纯氧化锆结构随温度作如下相变
14、任何系统均具有向最低能量状态发展的趋势。物料以其表面能转变成晶界能 而达到稳定存在，籍这种推动力而进行的过程，称为（ ） （A ）晶粒成核-生长 （B）Spinodal 分解 （C） 固相反应 （D）烧结 15、在离子型材料中。影响扩散的缺陷来自两个方面： （1）肖特基缺陷和弗伦克 尔缺陷； （2）掺杂点缺陷。掺杂点缺陷引起的扩散称为（ ） （A）自扩散 （B）互扩散 （C）本征扩散 （D）非本征扩散 16、下列过程中，哪一个能使烧结物强度增大，而不产生致密化过程（ （A）蒸发-凝聚 （B）体积扩散 ）
4、MgO 具有 NaCl 结构，O2-半径为 0.140 nm，Mg2+半径为 0.072 nm，则 MgO 的 堆积系数为（ ） （A）72% （B）68% （C）34% （D）56% 5、在氧离子立方密堆中，若全部四面体空隙均填充一种阳离子，则该阳离子的价 态为（ ） （A）+1 价 （B）+2 价 （C）+3 价 （D）+4 价 6、在下列硅酸盐矿物中，属于片状结构的是（ ） (B) 绿柱石 Be3Al2[Si6O13] （A）透辉石 CaMg[Si2O6] (D) 叶腊石 Al2[Si4O10](OH)2 (C) 钠长石 Na[AlSi3O8] 7、在 Al2O3 中掺加 0.5%摩尔的 NiO 生成黄宝石，经分析认为是形成了置换型固溶 体，此黄宝石的化学式可写成（ ） (B) Al1.995Ni0.005O3 （A）Al1.995Ni0.005O2.9975 (C) Al2Ni0.005O3 (D) Al2Ni0.005O2.9975
《无机材料》 第4章 非晶态结构与性质(2)-熔体的性质(2学时)
2. 请分析图示R2O 对R2O-SiO2系统玻 璃粘度的影响
R2O-SiO2系统玻璃在1400℃时的粘度变化
u 熔体粘度，特征温度【应变点，退火点（Tg），变形 点，Litteleton软化点，操作点，成形温度范围】，硼 反常现象，混合碱效应；
u 熔体表面张力，表面活性物质，表面惰性物质，表面 活性剂；
u 当Na2O约为15~20mol％时，B3
＋形成[BO4]最多，Y最大， α最小；
u 继续增加Na2O 含量，引入游离
氧，起断网作用，Y↓ ， α ↑ 。
Na2O－B2O3二元玻璃中平均桥氧数Y、
热膨胀系数α随Na2O含量的变化
（6）混合碱效应：粘度↑
混合碱效应：熔体中同时引入两种或以上 R2O或 RO时，粘度比等量的一种R2O或RO高。
η＝1012Pa·s时18Na2O·12RO·70SiO2玻璃对应温度
8电子结构 T(℃) 18电子结构 T(℃)
第四周期
CaO 533
ZnO
513
第五周期
SrO 511
CdO 487
第六周期
BaO 482
PbO 422
（8）其它化合物
CaF2：熔体粘度↓↓ F－半径与O2－相近，较易发生取代，但F－只有一 价，破坏原网络后难以形成新网络，粘度大大下降。
（2）修正式——VFT公式（Vogel-Fulcher-Tammann公式）
lg A B
T T0
式中 A、B、T0——与熔体组成有关的常数，其 中，T0 表示 液体分子不能再移动时的温度，也可理解 为：当液体过冷到T0时，其中的质点不再可能作在一 般液体中的迁移运动。
【注意】以上两公式均为经验式，因此目前粘度仍
沈阳化工大学无机材料科学基础--4-1 熔体的结构与性质
Ba2＋ > Pb2＋ > Sr2＋ > Ca2＋ > Mg2＋ > Be2＋
（3）混合碱效应
当一种碱金属氧化物被另一种置换时，电阻率不随 置换量起直线变化，当两种R2O摩尔数接近相等时，电 阻率达最大值。
无机材料科学基础
混合碱效应
无机材料科学基础
第四章 非晶态结构与性质
物质的三种聚集状态：固、液、气
晶 固
熔 融 状 态
体 玻璃 高 聚 体：如橡胶、沥青、 树脂…
体 非晶体
熔
体
无机材料科学基础
本章内容：
熔体的结构
熔体的性质
玻璃的形成
玻璃的结构 典型玻璃结构类型
无机材料科学基础
§4.1 熔体的结构 —— 聚合物理论
无机材料科学基础
离子极化对粘度的影响： Zn2＋、Cd2＋、Pb2＋等18电子构层的离子具有 较低的粘度。 R2＋对η降低次序为： Pb2＋ > Ba2＋ > Cd2＋ > Zn2＋ > Ca2＋ > Mg2＋ 注：CaO 的作用
在低温时，η
在高温下，含量 < 10～12％时， η 含量 > 10～12％时， η
无机材料科学基础
无机材料科学基础
（3）RO 的影响
一方面：使硅氧负离子团解聚，粘度降低； 另一方面：夺取硅氧负离子团中的Ｏ2-来包围自己，
导致硅氧负离子团聚合。
综合这两个相反效应：
Ｒ2+降低粘度的次序是：Ba2+＞Sr2+＞Ca2+＞Ｍg2+；
系统粘度次序为：Ba2+<Sr2+<Ca2+<Ｍg2+ 。
第七章扩散与固相反应
第七章 扩散与固相反应例 题7-1 试分析碳原子在面心立方和体心立方铁八面体空隙间跳跃情况，并以D ＝γr 2Γ形式写出其扩散系数（设点阵常数为a ）。
（式中r 为跃迁自由程；γ为几何因子；Γ为跃迁频率。
）解：在面心立方晶体中，八面体空隙中心在晶胞体心及棱边中心。
相邻空隙连线均为[110]晶向，空隙间距为。
因而碳原子通过在平行的[110]晶面之间跳动完成扩散。
若取[110]为X 轴、]101[为Y 轴、[001]为Z 轴，则碳原子沿这三个轴正反方向跳动的机会相等。
因此碳原子在平行[110]晶面之间跳动的几率即几何因子γ＝1/6。
在体心立方晶体中，八面体空隙中心在晶胞面心及核边中心，相邻空隙间距为a /2。
其连线为[110]晶向，可以认为碳原子通过在平行的[200]晶面之间来完成扩散，取[100]、[010]、[001]为X 、Y 、Z 轴。
碳原子沿这三个轴正反方向跳动机会均等，因而碳原子在平行的[200]晶面间跳动的几率γ＝1/6。
在面心立方铁中2261==r γ代入2D r γ=Γ12)2(6122ΓΓa aD =⨯⨯=面心在体心立方铁中16γ=2r a =24)2(6122ΓΓa a D =⨯⨯=体心7-2 设有一种由等直径的A 、B 原子组成的置换型固溶体。
该固溶体具有简单立方的晶体结构，点阵常数a ＝，且A 原子在固溶体中分布成直线变化，在0.12mm 距离内原子百分数由增至。
又设A 原子跃迁频率Γ＝10-6s -1，试求每秒内通过单位截面的A 原子数解：已知16s 101--⨯=Γ，16γ=；nm 30.==a r ；求扩散通量J 。
s cm 105110)1030(612226372---⨯=⨯⨯⨯==..r D Γγ每cm 3固溶体内所含原子数为322371073)1030(1个⨯=⨯-..2224222421201506337101481000121510148102210s cm ........dc dx J D dc dx ----=⨯⨯=-⨯=-=⨯⨯⨯=⨯7-3 制造晶体管的方法之一是将杂质原子扩散进入半导体材料如硅中。
2第七章 固体中的扩散(二)解析
厦大材料学院
2010-10-16 P.16
§7.5 晶态氧化物中的扩散
分为两种情况： 1、化学计量氧化物中的扩散 2、非化学计量氧化物中的扩散
7.5.2 离子晶体和共价晶体中的体积扩散 化学计量组成的氧化物中的缺陷： 某一种主要热缺陷：肖特基缺陷、弗仑克尔缺陷；引起的扩散是本征扩散。 由于杂质的固溶、杂质缺陷；引起的扩散是非本征扩散。 （非本征扩散：扩散受固溶引入的杂质离子的电价和浓度等外界因素所控制）
△GM是原子从平衡状态转变到活化状态时的自由焓的变化
D 2P
2vo
exp(
GF 2RT
) exp(
GM RT
)
2vo
exp( (SF
/
2 R
SM
) ) exp[
(H F
/2 RT
H M
)]
D
D0
exp[
(H F
/2 RT
H M
)]
空位扩散活化能由空位形成热焓和空位迁移热焓两部分组成。
厦大材料学院
2010-10-16 P.15
间隙扩散的情况：
由于晶体中间隙原子浓度很小，可供间隙原子迁移的位置多得多， 可认为：易位的几率P=1 即：间隙原子迁移无需形成能，只需迁移能。
D
D0 exp[ (HF
/ 2 HM )] RT
D0
简化为
exp
HM RT
小结： 空位扩散活化能由空位形成热焓和空位迁移热焓两部分组成。 间隙扩散活化能由间隙原子迁移热焓构成。
获得大于△ε的能量的涨落几率可以写成指数形式e-△ε/KT。（就是它的物理意义） 扩散系数D应与此成正比。也应具有指数形式。
D与温度的关系可表示为： D D0 exp G / RT
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钠钙硅酸盐玻璃是一种常见的玻璃材料，其性能受到钠离子扩散的影响。
钠离子的扩散活化能是指在玻璃内部，钠离子从一个位置迁移到另一个位置所需的能量。
了解钠离子的扩散活化能对于理解玻璃的性能和特性非常重要。
1. 钠钙硅酸盐玻璃中钠离子扩散活化能的基本概念
钠钙硅酸盐玻璃是一种无机非晶固体材料，具有优良的化学稳定性和机械性能。
在这种玻璃中，钠离子的扩散活化能是指钠离子在固体网络结构中移动时需要克服的能垒。
这个能垒来自于玻璃结构中钠离子周围的其他离子和原子对其运动的阻碍，是影响钠离子扩散速率的重要因素。
2. 钠离子扩散活化能的影响因素
钠离子扩散活化能的大小受到多种因素的影响。
玻璃的化学成分会直接影响钠离子扩散的活化能，比如玻璃中氧离子和硅离子的排列方式会对钠离子的扩散产生影响。
温度是一个重要的因素，一般情况下，随着温度的升高，钠离子的活化能会减小，从而提高钠离子的扩散速率。
外加电场、压力等外部条件也会对钠离子扩散活化能产生一定影响。
3. 钠离子扩散活化能的测定方法
研究人员通过多种方法来测定钠离子在玻璃中的扩散活化能。
常用的方法包括电动势法、放射性示踪法、中子散射法等。
这些方法可以通
过测定钠离子在玻璃中的扩散速率和与温度的关系来间接获得钠离子扩散活化能的数据。
4. 个人观点和理解
钠离子的扩散活化能对于玻璃的性能影响非常大，它不仅决定了玻璃的结晶速率和稳定性，也直接关系到玻璃制品的质量和使用寿命。
在实际应用中，通过控制玻璃的化学成分和制备工艺来调控钠离子的扩散活化能，是提高玻璃品质和开发新型玻璃材料的重要途径。
总结：钠钙硅酸盐玻璃中钠离子的扩散活化能是一个重要的材料性能参数。
了解其影响因素和测定方法，有助于我们深入理解玻璃材料的特性和应用。
在今后的研究和生产中，应该加强对钠离子扩散活化能的研究，为开发高性能玻璃材料提供科学依据。
通过以上内容，我尝试从简单介绍到深入探讨钠离子扩散活化能的影响因素和测定方法，并在个人观点中提及了主题文字。
希望这篇文章能够满足您的要求，也希望能够帮助您更好地理解和利用这一重要的材料性能参数。
玻璃材料一直以来都是人类生活中不可或缺的重要材料。
在建筑、家具、电子产品和化工等领域都有着广泛的应用。
而钠钙硅酸盐玻璃作为一种常见的玻璃材料，其性能受到钠离子扩散的影响。
钠离子的扩散活化能对于玻璃的热稳定性、化学稳定性、机械性能等方面有着重要的影响。
下面将进一步探讨钠离子扩散活化能的影响因素和测定方法，以及其在玻璃制备和应用过程中的重要意义。
钠离子扩散活化能受到多种因素的影响。
在钠钙硅酸盐玻璃中，化学
成分是决定钠离子扩散活化能的重要因素之一。
玻璃中氧离子和硅离
子的排列方式会对钠离子的扩散产生影响，不同的化学成分会导致钠
离子扩散活化能的不同。
温度也是影响钠离子扩散活化能的重要因素。
一般情况下，随着温度的升高，钠离子的活化能会减小，从而提高钠
离子的扩散速率。
另外，外加电场、压力等外部条件也会对钠离子扩
散活化能产生一定影响。
要准确理解和控制钠离子扩散活化能，需要
综合考虑多种因素的影响。
钠离子扩散活化能的测定方法也非常重要。
研究人员通过多种方法来
测定钠离子在玻璃中的扩散活化能，常用的方法包括电动势法、放射
性示踪法、中子散射法等。
这些方法可以通过测定钠离子在玻璃中的
扩散速率和与温度的关系来间接获得钠离子扩散活化能的数据。
通过
这些方法，可以更加准确地了解钠离子在玻璃中的扩散行为，为玻璃
材料的性能优化和新材料的开发提供重要的数据支持。
钠离子的扩散活化能对于玻璃的性能和特性有着重要的影响。
在玻璃
的制备过程中，控制钠离子的扩散活化能可以调节玻璃的熔化温度和
成型性能，从而影响玻璃的结晶速率和稳定性。
在玻璃制品的使用过
程中，钠离子的扩散活化能会直接影响玻璃的化学稳定性和机械性能，进而影响玻璃制品的质量和使用寿命。
对钠离子扩散活化能的深入研
究和理解，对于提高玻璃制品的品质和开发新型玻璃材料具有重要意
义。
在实际应用中，通过调控玻璃的化学成分和制备工艺来控制钠离子的
扩散活化能，是提高玻璃品质和开发新型玻璃材料的重要途径。
通过
调整玻璃的成分配比和熔化工艺，可以实现对钠离子扩散活化能的精
准控制，进而优化玻璃材料的性能。
利用先进的材料表征技术和模拟
计算方法，可以深入研究玻璃结构和钠离子扩散机制，为玻璃材料的
性能优化和新材料的设计提供科学依据。
钠钙硅酸盐玻璃中钠离子的扩散活化能是一个重要的材料性能参数，
了解其影响因素和测定方法对于深入理解玻璃材料的特性和应用具有
重要意义。
通过进一步研究钠离子扩散活化能的影响因素和控制方法，可以为玻璃材料的性能优化和新型玻璃材料的开发提供重要的理论和
实验基础。
希望未来能够有更多的研究和技术进步，为玻璃材料的应
用和发展提供更加可靠和高性能的材料。