玻璃工艺课后习题

玻璃工艺学前十六章课后习题第一章玻璃的结构和组成1-1名词解释硼-铝反常：当硅酸盐玻璃中不存在B2O3时，Al2O3代替SiO2能使折射率变大、密度等增大，体现在一系列性质变化中，如折射率、密度、硬度、弹性模量。

在介电常数与膨胀系数变化曲线中显得很模糊。

色散、电导与介质损耗等不出现硼反常现象。

硼-氧反常：B2O3加入Na2O后，氧化钠所提供的氧使【BO3】三角体变成【BO4】四面体，导致B2O3玻璃结构由两度空间转变为三维的架状结构，从而加强了网络，并使玻璃的各种物理性质变好，这与相同条件下的硅酸盐玻璃相比，其性质随Na2O或NaO的加入量的变化规律相反，出现硼铝酸盐的硼反常现象。

硼反常：由于Na2O的加入，氧化钠所提供的氧使【BO3】三角体变成【BO4】四面体，导致B2O3玻璃结构由两度空间转变为三维的架状结构。

铝反常：氧化铝的结构状态依氧化铝和碱金属相对含量的不同而变化的这种现象称为铝反常现象。

解聚：在熔融SiO2,O/Si比为2:1，【SiO4】连接成架状。

若加入Na2O则使氧硅比比例升高，随加入量增加，氧硅比可由原来的2:1逐步升高到4:1，【SiO4】连接方式由架状到层状、带状、链状、环状直至断裂而形成【SiO4】岛状，这种架状【SiO4】断裂称为熔融石英的分化过程。

积聚：在熔融SiO2,O/Si比为4:1，【SiO4】连接成岛状。

若释放Na2O则使氧硅比比例降低，随释放量增加，氧硅比可由原来的4:1逐步升高到2:1，【SiO4】连接方式由岛状到层状、带状、链状、环状直至断裂而形成【SiO4】架状，这种岛状【SiO4】断裂称为熔融石英的积聚过程。

混合碱效应:在二元碱硅玻璃中，当玻璃中碱金属氧化物的含量不变时，用一种碱金属氧化物取代另一种氧化物时，玻璃的性质不是呈直线变化，而是出现明显的极值。

这一效应叫做混和碱效应。

压制效应：在含碱硅酸盐中随RO的升高，使R﹢在扩散中系数下降，这种现象叫做压制效应。

逆性玻璃：如果玻璃中同时存在两种以上金属离子，而且它们的大小和所带电荷不相同时，情况就大为不同，即使Y<2也能制成玻璃，而且某些性能随金属离子数的增到而变好。

一般称为逆性玻璃。

网络外体：单键强度小于250KJ/mol，这类氧化物不能形成玻璃，但能改变网络结构，从而使玻璃性质改变。

网络形成体：单键强度大于350KJ/mol，能单独形成玻璃。

网络中间体：单键强度大于250KJ/mol小于350KJ/mol，这类氧化物一般不能单独形成玻璃，其作用介于网络外体和网络形成体之间。

玻璃的热历史：玻璃的热历史是指玻璃从高温液态冷却，通过转变温度区域和退火区域的经历。

金属桥：认为在铅四方椎体中，在靠近4个氧离子的一面，因惰性电子被推开，相当于失去两个电子，可以把一面近似看作是零价的铅离子，这样，四方锥体中铅离子。

这样，四方锥体中的铅离子可以“1/2Pb4＋-1/2Pb0”称为“金属桥”。

图尔假想温度：玻璃的黏度介于Tg以下和Tf以上质点可以适当移动，结构状态趋向平衡所需要的时间较短。

因此玻璃的结构状态以及玻璃的一些结构灵敏的性能，由Tg～Tf区间内的所保持的温度决定，当玻璃冷却到室温室温，它保持着与此温度的某一温度范围的某一温度相应的平衡结构状态和性能，这一温度叫图尔温度。

1-2广义或狭义的玻璃的定义是什么？玻璃的通性都有哪些？狭义的玻璃：玻璃是熔融、冷却、固定的非晶体（在特定条件下也可能成为晶态）的无机物。

广义的玻璃：结构上完全表现为长程无序、性能上具有玻璃转变的非晶态固体。

玻璃的通性：（1）各向同性（2）介稳性（亚稳性）（3）无固定熔点（4）性质变化的连续性（可变性）1-3玻璃结构的两大主要学说的论点、论据以及学说的重点是什么？玻璃结构的特点是什么？晶子学说：苏联学者列别捷夫提出的晶子假说，论点是玻璃是无数的高分散晶子的的结合体，硅酸盐玻璃的晶子的化学性质取决于玻璃的化学组成，玻璃的结构特征是微不均匀性和近程有序性。

论据是晶子学说为X射线衍射结构分析数据所证实。

晶子学说强调了玻璃结构的近程有序和远程无序的性、不均与和不连续性。

无规则网络假说：论点是凡是成为玻璃态的物质和相应的晶体结构一样，也是由一个三度空间网络所构成，这种网络是由离子多面体（三角体或四面体）构筑起来的。

晶体结构是由多面体无数次有规律重复构成，而玻璃中结构多面体的重复性没有规律性。

论据是查哈里阿森于1932年提出了无规则网络学说，他借助于哥斯密特的离子结晶化学的一些原理，并参照玻璃的某些性质与相应的相似性而提出来的。

无规则网络学说的重点是说明了玻璃结构的连续性、统计性均匀性与无序性，可以解释玻璃的各向异性、内部性质均匀性和随成分改变时玻璃性质变化的连续性等。

玻璃结构的特点：近程有序和远程无序的结构特点。

1-4查找资料，论述玻璃组、结构、性能的关系。

玻璃可以近似看作是原子或离子的聚合体。

当然它们不是任意毫无规律地集合在一起，而是在结构化学等规律制约的前提下根据离子的电性和大小等特性，使离子彼此以一定方式组织起来，这就是“结构”当外来因素如热、电、光、机械力和化学介质等作用于玻璃时，玻璃会做一定的反应，这种反应就是玻璃的“性质”或“性能”。

玻璃通常是以整个结构对外来因素做出反应，例如抗张、抗压等。

有些性能例如电导，一般是通过碱金属离子的活动进行的。

但是它的活动要受到结构的制约，例如在导电的同时还呈现电阻。

因此，总的规律是：玻璃的成分通过结构决定性质。

1-5对图1-16进行解释。

当硅酸盐玻璃不存在B2O3时，Al2O3代替SiO2时，能使折射率、密度等增大，当玻璃中存在B2O3时，同样地用Al2O3代替SiO2,随B2O3含量不同出现形状不同的曲线，当n（Na2O）:n（B2O3）=4:1时出现极大值（曲线2），而当n（Na2O）:n（B2O3）≥1，折射率与密度显著下降（曲线3～曲线5），这是因为出现了硼反常现象的结果。

第二章玻璃的形成规律1混合键性为何易于形成玻璃？答：因为既具有离子键易改变键角、以形成无对称变形的趋势，又具有共价键的方向和饱和性，不易改变键长和键角的倾向。

前者造成玻璃的长城无序；后者赋予玻璃的短程有序，因此极性共价键化合物易形成玻璃。

2什么是3T图？答：所谓的3T图是通过T-T-T（即温度-时间-转变）曲线法，以确定物质形成玻璃能力的大小。

3三元系统玻璃形成区共有多少种?答：①仅含有一种网络形成体（F）的三元系统，该三元系统共有15种。

②含有两种网络形成体（F和F、）的三元系统，该系统共有5种。

③含有三种网络形成体的三元系统，该三元系统的只有一种。

所以共有15+5+1=21种。

4画出M1- M1\-F、M1- M2-F、三元系统玻璃形成区，并用文字建议说明。

答：M1- M2-F三元系统玻璃形成区如图2-7（a）所示。

本系统由三个二元系统M1-F、M2-F 和M1- M2组成，其中M1- M2不能形成玻璃。

M1- M1\-F三元系统的玻璃形成区如图2-7（b）所示。

其玻璃形成区11*1、1、*与上述11*22*相似，所不同的是点1、和1、*的具体位置不同于点2和2、。

5从单键能的角度谈氧化物的分类。

答：根据单键强度的大小，将氧化物分成三类：键强在80kcal/mol以上称为玻璃形成体，它们自身能形成玻璃。

键强在60kcal/mol一下称为网络外体，在通常条件下不能形成玻璃。

键强在60～80kcal/mol的氧化物，称为网络中间体，其自身不能形成玻璃，将其加入玻璃中可以改变玻璃的性能。

第三章熔体和玻璃体的相变1玻璃分相的类型和分相结构的特点是什么？答：分为稳定分相和亚稳分相，在亚稳区中分相后形成一种分散的孤立滴状结构，而在不稳区则形成一种三维空间互相连接的联通结构。

2玻璃析晶的两个阶段及其相互间的关系是什么？答：玻璃的析晶阶段包括晶核成长和晶体长大两个阶段。

当形成稳定的晶核后，在适当的过冷度和过饱和的条件下，熔体中的原子向界面迁移。

到达适当的生长位置，使晶体长大。

所以晶体长大的条件是建立在可以形成晶核之上的。

3在硼硅酸盐玻璃中，分相结构对性能的影响？答：在硼硅酸盐玻璃的生产中，必须注意分相对化学稳定性的影响。

就化学稳定性性来说，如果富碱硼相以滴状分散嵌入富硅氧基相中时，由于化学稳定性来说，如果富碱硼相以滴状分掩护碱硼相免受介质的侵蚀，这样的分相将提高玻璃的化学稳定性，反之，如果在分相过程中，高钠硼相和高硅氧形成相互连接的结构时，由于化学稳定性不良的硼碱相直接暴露在侵蚀介质中，玻璃的化学稳定性将发生急剧恶化。

4高硅氧玻璃的制备原理及生产工艺？5微晶玻璃的热处理制度及其理论基础？第四章玻璃的黏度及表面性质1为何使用黏度来描述玻璃的生产工艺过程更为科学？75答：因为使用黏度来描述玻璃生产全过程较温度更加确切和严密，但由于温度测量简单、直观，而黏度和组成的复杂性和习惯性，因此习惯上用温度来描述和规定玻璃的生产工艺过程的工艺制度。

2影响玻璃黏度的主要因素有哪？75答：影响玻璃黏度的因素主要有化学组成和温度，在转变温度范围内，还与时间有关。

3何为玻璃的料性？75 76答：是指玻璃随着温度变化其年黏度变化的速度称为玻璃的料性。

4试述黏度在生产中的应用？81答：在生产中玻璃的熔化、澄清、均化、供料、成型、退火等工艺过程的温度制度，一般是以其对应的黏度为依据制定的。

5试述玻璃表面张力的工艺意义？86答：在熔制过中，表面张力在一定程度上决定了玻璃液中气泡的长大和排除，在一定条件下，微小气泡在表面张力作用下，可溶解于玻璃液中。

均化时，条纹及节瘤扩散和溶解的速度取决于主体玻璃和条纹表面张力的相对大小。

如果条纹的表面张力较小，则条纹力求展开成薄膜状，并包围在玻璃体周围，这种条纹就很快的溶解而消失。

相反，如果条纹（节瘤）的表面张力叫主体玻璃大，条纹力求成球形，不利于扩散和溶解，因而较难消除。

在玻璃成形过程中，人工挑料或吹小泡及滴料供料时，都要借助表面张力使之达到一定的形状。

拉制玻璃管、玻璃棒、玻璃丝时，由于表面张力的作用才能获得正确的圆柱形。

玻璃制得拱火、火抛光也是借助表面张力。

6影响玻璃的表面张力的主要因素有哪些？ 89答：玻璃的表面张力受玻璃的组成和温度影响，此外玻璃熔体周围的气体介质对其表面张力有影响。

非极性气体入干燥的空气、氮气、氢气等对玻璃的影响较小，而极性气体如水蒸气、二氧化硫、氨气、氯化氢等对玻璃表面张力影响较大，通常使表面张力明显的降低，而且介质的极性越强，表面张力降低的越多，即与气体的偶极矩成正比。

7何为玻璃的润湿性？90答：润湿性实际是表示各接触相自由表面能之间的关系。

8已知玻璃的组成为：Si273%，Al2O3,3%，CaO8%,MgO1%,Na2O15%,试求黏度为104Pa·s的温度？答：根据表4-5查得η=104Pa·s时各氧化物特性常数及已知的氧化物质量分数带入（4-8）得：Tη=104=-15﹒37*15-6﹒25*(8+1)+5*3+1194﹒27﹦922℃9已知玻璃的组成为：Si273%，Al2O3,2%，CaO7%,MgO4%,,Na2O14%,试求黏度102Pa·s的温度？答：：根据表4-5查得η=102Pa·s时各氧化物特性常数及已知的氧化物质量分数带入（4-8）得：Tη=102=-7﹒32*13+3﹒49*（7+4）+5﹒37*3+603﹒40=563﹒74℃第五章玻璃的力学性能和热学性能1为什么玻璃的实质强度较理论强度低？95答：玻璃的实际强度低的原因，是由于玻璃的脆性、玻璃中存在微裂纹（尤其是表面的微裂纹）和内部不均与区及缺陷的存在造成应力集中所引起的（由于玻璃受到应力作用时不会产生流动，表面的微裂纹急剧扩张，并且应力集中，以致破裂。