解：设加入x mol的Na2O，而SiO2的量为y mol。
则O/Si=（x+2y）/ y =2.5
∴x=y/2 即二者的物质量比为1:2时，O/Si=2.5。 因为O/Si增加了，粘度下降，析晶能力增强了。
6-8 有一种平板玻璃组成为14Na2O—13CaO—73SiO2（wt%重量百分比），其密度为2.5g/cm3,
计算玻璃的原子堆积系数（AFP）为多少？计算该玻璃的结构参数值？
解：该玻璃的平均分子量
GM=0.14×62+0.13×56+0.73×60.02=59.77
n=ρNo/GM=2.5×10-24×6.02×1023/59.77 =0.252个/?3
在1?3原子所占体积
V=0.0252×4/3π[0.14×2×0.983+0.13×1.063+0.73×0.393+（0.14+0.13+0.73×2）×1.323] =0.4685 ∴ AFP=0.46 在1?3中原子数为
结构参数：
wt% mol mol%
Na2O 14 0.23 13.7
CaO 13 0.23 13.7
SiO2 73 1.22 72.6
R=(13.7+13.7+72.6 ×2)/ 72.6=2.38
∵Z=4 ∴X=2R﹣Z=2.38×2﹣4=0.76
Y=Z﹣X= 4﹣0.76=3.24
6-9 试比较硅酸盐玻璃与硼酸盐玻璃在结构与性能上的差异。
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[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。
6-10 解释硼酸盐玻璃的硼反常现象？
答：硼反常现象：随着Na2O（R2O）含量的增加，桥氧数增大，热膨胀系数逐渐下降。当Na2O含量达到
15%—16%时，桥氧又开始减少，热膨胀系数重新上升，这种反常现象就是硼反常现象。
硼反常现象原因：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，而是使硼转变为由桥氧组成的硼氧四面体。致使B2O3玻璃从原来二度空间层状结
16
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性能随碱金属或碱土金属加入量的变化规律相反。 第七章 固体表面与界面 7-1 分析说明：焊接、烧结、粘附接合和玻璃-金属封接的作用原理？
7-2 MgO—Al2O3—SiO2系统的低共熔物放在Si3N4 陶瓷片上，在低共熔温度下，液相的表面张力为900×10-3N/m，
液体与固体的界面能为600×10-3N/m，测得接触角为70.52°，
7-3 氧化铝瓷件中需要被银，已知1000℃时γ(Al2O3(S))=1.0×10-3N/m,γ(Ag (L))=0.92×10-3N/m, γ(Ag (L) /Al2O3（S）)=1.77×10-3N/m,问液态银能否湿润氧化铝瓷件表面？用什么方法改善它们之间的湿润性？
⑴ 求Si3N4的表面张力。
⑵ 把Si3N4在低共熔温度下进行热处理，测试其热腐蚀的槽角60°，求Si3N4的晶界能？
解：⑴已知γLV=900×10-3N/m γSL=600×10-3N/m θ=70.52°
⑵已知φ=60°
γSS=2γSV COSФ/2 =2×900×10-3×COS60/2 =1.559N/m
γSV=γSL+γLVCOSθ=600×10-3+900×10-3×COS70.25=900.13×10-3N/m
解：由于γSV=γSL+γLVCOSθ ∴COSθ= -0.84 ∴θ= 147°﹥90°
∴液态银不能湿润氧化铝瓷件表面，但可以通过降低γSL使其小于γSV，从而达到湿润的目的。 方法如下：加入一些金属降低γSL。
7-4 影响湿润的因素有那些？
答：⑴ 固体表面粗糙度 当真实接触角θ小于90°时，粗糙度越大，表面接触角越小，就越容易湿润；当θ大
于90°，则粗糙度越大，越不利于湿润。
⑵ 吸附膜 吸附膜的存在使接触角增大，起着阻碍作用。
7-5 说明吸附的本质？
7-6 什么是晶界结构？
7-7 试说明晶粒之间的晶界应力的大小对晶体性能的影响？
答：两种不同热膨胀系数的晶相，在高温燃烧时，两个相完全密合接触，处于一种无应力状态，但当它们冷却时，由于热膨胀系数不同，收缩不同，晶界中就会存在应力。晶界中的应力大则有可能在晶界上出现裂纹，甚至使多晶体破裂，小则保持在晶界内。 第八章 浆体的胶体化学原理8-1
答：晶界结构是指晶界在多晶体中的形状、结构和分布。
答：吸附是固体表面力场与吸附分子发出的力场相互作用的结果，它是发生在固体上的。根据相互作用力的性质不同，可分为物理吸附和化学吸附两种。
物理吸附：由分子间引力引起的，这时吸附物分子与吸附剂晶格可看作是两个分立的系统。
化学吸附：伴随有电子转移的键合过程，这时应把吸附分子与吸附剂晶格作为一个统一的系统来处理。
结构水结 牢固结构水构 水松结构水自由水含义以OH基形式存在吸附在黏土矿物层黏土表面定向排列黏土胶团外的非定于黏土晶格结构内间及表面的定向水过度到非定向排列向水分子层17
的水分子层，它与黏土的水层，它处于胶胶粒形成整体并一粒的扩散层内起移动3~10水分子层 <200? >200?作用范围特点流动性可朔性在黏土结构的 密度小，热容小 脱水后黏土结构破介电常数小，冰点坏低 结构水/自由水 比例小，流动性好黏土胶粒水膜厚度在100?（约30水分子层）时朔性最好8-2黏土胶粒分散在水中时，因吸附层与扩散层各带有相反的电荷，所以相对移动时两者之间就存在着电位差，这个电位差称电动电位或ζ-电位。其数值对黏土泥浆的稳定性有重要的作用。8-3 大 小（1）离子置换能力（2）黏土的ζ-电位（3）泥浆的流动性（4）泥浆的稳定性（5）黏土的结合水
8-4 泥浆的流动性是指泥浆含水量低，黏度小而流动度大的性质。
泥浆的触变性是泥浆静止不动时似凝固体，一经扰动或摇动，凝固的泥浆又重新获得流动性。如再静止又重新凝固，这样可以重复无数次。泥浆从流动状态到触变状态是逐渐的，非突变的，并伴随着黏度的增高。
8-5 Na2CO3稀释的泥浆对黏土边面结合的结构拆散的得不完全，因而 泥浆流动差而注浆速度高，触变性大，坯体致密度低。
8-6 影响因素：1）含水量 ，2）电解质，3）颗粒大小，4）黏土的矿物组成，5）泥料处理工艺，6）腐殖质含量，添加剂。泥料经过真空练泥排除气体；经过一定时间陈腐使水分均匀；适宜的腐殖质含量；添加朔化剂等方法提高瘠性物料的朔化。
8-7 黏土层面上的负电荷：黏土晶格内离子的同晶置换造成电价不平衡使之面板上带负电；
在一定条件下，黏土的边棱由于从介质中接受质子而使边棱带正电荷。由于黏土的负电荷一般都大于正电荷，因此黏土是带有负电荷的。
8-8 为使非黏土瘠性材料呈现可朔性而解决制品成型得其进行朔化。天然朔化剂：黏土。
有机朔化剂：聚乙烯醇，羟甲基纤维素，聚醋酸乙烯脂等。第九章 热力学应用习题答案及提示
1．碳酸钙的加热分解：答案：1123K
提示：查表获得有关热力学数据，计算800-1400K间的分解温度。
解：由《硅酸盐热力学》查得下列数据
化合物
△H。生，298（千卡/摩尔）
△G。生，298（千卡/摩尔）
a
b
c
，再作
图，
=0所对应的温度为即为
。试用一般热力学方程求分解反应的
及分解温度？
18
CaCO3CaOCO2
-288.45-151.90-94.05
-269.78-144.40-94.26
24.9811.6710.55
5.24×10-31.08×10-32.16×10-3
-6.20×105-1.56×105-2.04×105
?H。298=∑（△H。生，298）产物-∑（△H。生，298）反应物
=-151.90×103-94.05×103+288.45×103=42.5×103卡/摩尔△G。298=∑△G。生，298）产物-∑△G。生，298）反应物=-1.44.40×103-94.26×103+269.78×103=31.12×103卡/摩尔因为△a=11.67+10.55-24.98=-2.76
△b=1.08×10-3+2.16×10-3-5.24×10-3=-2×10-3△c=-1.56×105-2.04×105+6.20×105=2.6×105
△H.=△H.298-△a·298-1/2△b（298）2+△c（298）-=42500+2.76×298+1/2×2×10-3×（298）2+2.6×105×（298）-1=44283.76积分常数I=（△G..298-△H.）（298）-+△aln298+1/2△b·298+1/2△c（298）-2=-44.17-15.72-0.298+1.46=-58.73
因为当△G。〉0时，CaCO3不能自发分解，当△G。〈0时，CaCO3自发分解，所以，△G。=0的温度为CaCO3开始分解的温度
由热力学方程△GT。=△H。-△aTlnT-1/2△bT2-1/2△CT-+IT令△G。T=0 解得方程得T=1123K
2．碳酸钙的加热分解：答案：1120K
提示：查表获得有关热力学数据，计算800-1400K间的解：用热力学势函数法求解
根据自由焓变化公式△G。T=△H。-△aTlnT-1/2△BT2-1/2△CT-+IT计算出800～1400K的△G.T值如下表所示
T，K△G。T卡/摩尔
由以上数据作△G.T?/FONT>T图当△G。T=0时，T=1120为其分解温度
80012550.76
9009019.76
10005533.76
11001995.76
1200-1324.24
1300-4710.24
1400-8054.24
，再作
图，
=0
。试用热力学势函数法求分解反应的
及分解温度？
3．试用热力学的方法从理论上分析答案：1055K
提示：查表获得有关热力学数据，计算700-1200K间的
，再作
图，或作线性回归得一直线方程，
的分解温度？
19
并令=0，求出对应的T值。所对应的温度为即为分解温度。
4．氮化硅粉可用于制造性能极好的氮化硅陶瓷，由硅粉与氮气在1623K剧烈反应而生成氮化硅粉，试计算硅粉氮化时的热效应？答案：-718681.28J提示：查表可知
化合物Si3N4SiN2
△a=16.83-3×5.664=-0.162
△b=（23.6-3×0.79）×10-3=0.02123△c=3×1.04×105=3.12×105
△H.R.298=-177.7×4.2=-746.34千焦
△H.= △H.R.298-298△a-1/2×2982△b+1/298△c
=-746340-298×（-0.162）-1/2×298/0.02123+3.12×105/298=-746187.39
a16.835.6640
b23.60.790
c0-1.040
，计算
。
?H1623=△H。+△aT+1/2△bT2-△c/T
=-746187.39-262.93+27961.28-192.24=-718681.28焦
5．计算固体
在2000K下是否具有显著的挥发？
在2000K时，可能出现如下四种情况：
答案：按第种情况显著挥发
提示：可采用热力学势函数法求得2000K时，各反应式的
和平衡常数K进行比较。
6．
是高温导体、金属陶瓷、磨料等不可缺少的原料，以硅石和焦碳为原料制备碳化硅，反应方程：
20
材料科学基础练习题(最新整理)
