材料物理化学习题

第三章熔体与非晶态固体

知识点：

1.黏度与组成的关系

答：组成是通过改变熔体结构而影响黏度的。

①一价金属氧化物

碱金属氧化物R2O引入到硅酸盐熔体中，使熔体黏度降低。在简单碱金属硅酸盐系统

（R2O—SiO2）中，碱金属离子R+对黏度的影响与其本身的含量有关。当R2O含量较

低时(O/Si比值较低)，加入的正离子的半径越小，降低黏度的作用就越大，起次序是：

L i+＞Na+＞K+；当熔体中R2O含量较高(O/Si比值较高)时，R2O对黏度影响的次序是：

L i+＞Na+＞K+。

②二价金属氧化物

二价碱土金属氧化物对黏度的影响比较复杂，综合各种效应，R2+降低黏度的次序是：Pb2+

＞Ba2+＞Sr2+＞Cd2+＞Ca2+＞Zn2+＞Mg2+.

③高价金属氧化物

一般地，在熔体中引入SiO2、Al2O3、B2O3、ZrO2等高价氧化物时，会导致黏度升高。

2.硼反常现象：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。

3.非晶态固体——玻璃的通性

①各项同性：无内应力存在的均质玻璃在各个方向的物理性质，如折射率、硬度、导

电性、弹性模量、热膨胀系数、导热系数等都是相同的；

②热力学介稳性：玻璃具有析晶不稳定性与析晶困难相对稳定性的统一；

③熔融态向玻璃态转化的可逆性与渐变性：熔体向玻璃体转化的过程是在较宽的温度

范围内完成得，随着温度的下降，熔体的黏度越来越大，且变化是连续的，最后形

成固相的玻璃，其间没有新相出现，因此具有渐变性；由玻璃加热变为熔体的过程

也是渐变的，因此具有可逆性。

④熔融态向玻璃态转化时物理、化学性质随温度变化的连续性

⑤物理、化学性质随成分变化的连续性。

4.桥氧与非桥氧

在熔体中，与两个Si相连的氧（O）称为桥氧（O b），仅与一个Si相连的氧(O)称为非

桥氧（O nb）。

5.玻璃转变温度或脆性温度Tg，对应黏度为1×1012Pa·s；玻璃软化温度Tf对应的黏

度为1×108Pa·s。玻璃转变温度Tg是区分玻璃与其它非晶态固体（如硅胶、树脂）的

重要特征。T g＜Tf

课后问答题：

3.3试述石英晶体，石英熔体，Na2O·SiO2熔体结构和性质上的区别。

答：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[SiO 4]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[SiO 4]四

面体排列成无规则网络结构。SiO 2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。B 2O 3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。

第四章 晶体中的点缺陷和线缺陷

知识点：

1. 热缺陷（本征缺陷）的基本类型：

①费仑克尔缺陷：当某个原子由于能量涨落而获得足够大的动能时，它就可能脱离正常

点阵格点位置，调到邻近的原子间隙中去，形成一个填隙离子，并在原位置留下一个空

位，于是在晶体结构中便产生了点缺陷。特点：空位和填隙原子是成对产生的、等量的。

②肖特基缺陷：晶体内部正常格点上的原子获取额外动能，脱离格点并迁移至晶体的表

面，而使晶体内部留下空位的另一种点缺陷。特点：正离子空位和负离子空位成对产生，

晶体体积增大。

③反肖特基缺陷：与肖特基缺陷过程相反，晶体表面的正常原子脱离格点并迁移进入晶

体内部成为填隙离子的点缺陷。

2.平衡态热缺陷浓度：

3.固溶体的分类：溶质原子进入晶体后，可以占据基质晶体中正常格点的位置，生成取

代（置换）型固溶体；若杂质原子或离子进入溶剂晶格中的间隙位置，则生成的固溶体

称为填隙型固溶体。 4.当晶体中原子或离子排列的周期性在一维线状区域内遭到破坏时，晶体的缺陷将具有

线状几何特征，常称为线缺陷或位错。线缺陷又分为刃型位错，螺型位错，混合位错。

5.位错的滑移：位错沿着滑移面的移动。

刃型位错的攀移：刃型位错在垂直滑移面的方向上运动。

6.位错增殖：经剧烈变形后，金属晶体中位错密度可增加4—5个数量级的现象说明晶

体在变形过程中位错不仅能运动，而且能大量增殖。

课后问答题：

4.5试阐述机械混合物、固溶体、化合物和非化学计量化合物之间的异同点。P127

答：若晶态固相A ，B 形成的机械混合物则通常是指A ，B 相以颗粒态混合，A 和B 分

别保持原有的结构和性能A ，B 不是均匀的单相而是两相或多相。

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