无机材料物理化学贺蕴秋测验题
材料物理与化学考试题库
材料物理与化学考试题库一、选择题（每题2分，共20分）1. 材料的微观结构主要包括哪些类型？A. 晶体结构B. 非晶体结构C. 纳米结构D. 所有以上2. 下列哪个不是材料的力学性能指标？A. 硬度B. 弹性模量C. 断裂韧性D. 导热系数3. 材料的热膨胀系数是指什么？A. 材料在受热时体积变化的比率B. 材料在受热时长度变化的比率C. 材料在受冷时体积变化的比率D. 材料在受冷时长度变化的比率4. 材料的导电性能通常由哪个因素决定？A. 材料的化学成分B. 材料的晶体结构C. 材料的电子结构D. 所有以上5. 以下哪个是半导体材料的主要特性？A. 导电性高于绝缘体B. 导电性低于导体C. 导电性随温度升高而降低D. 导电性随温度升高而增加6. 材料的疲劳寿命是指什么？A. 材料在持续加载下破坏的时间B. 材料在持续加载下不破坏的时间C. 材料在单次加载下破坏的时间D. 材料在单次加载下不破坏的时间7. 材料的化学稳定性是指什么？A. 材料对环境的适应性B. 材料在化学作用下的稳定性C. 材料在物理作用下的稳定性D. 材料在生物作用下的稳定性8. 材料的光学性质通常由哪些因素决定？A. 材料的折射率B. 材料的反射率C. 材料的透光性D. 所有以上9. 以下哪个是金属材料的主要特性？A. 良好的导电性B. 良好的延展性C. 良好的热导性D. 所有以上10. 材料的腐蚀是指什么？A. 材料在化学作用下的破坏B. 材料在物理作用下的破坏C. 材料在生物作用下的破坏D. 材料在热作用下的破坏二、填空题（每题2分，共20分）11. 材料的微观结构通常包括________、________和________。
12. 材料的力学性能指标主要包括硬度、弹性模量、断裂韧性和________。
13. 材料的热膨胀系数是指材料在________时长度或体积变化的比率。
14. 材料的导电性能通常由材料的________和________决定。
无机材料物理化学试题
无机材料物理化学试题1一、填空题（每空1分，共20分）1.晶体结构中的热缺陷有和二类。
2.三T 图中三个T 代表、和。
3.玻璃具有下列通性： 、 、和。
4.固体中质点扩散的推动力是，液－固相变过程的推动力是，烧结过程的推动力是。
5.试验测得NaCl 的扩散系数与温度关系如图所 示，直线（1）属 扩散，直线（2） 属 扩散；如果提高NaCl 的纯度， 两直线的转折点向 方向移动。
6. 组成Na 2O . 1/2Al 2O 3 . 2SiO 2的玻璃中氧多面体平均非桥氧数为－－－－。
7．在硅酸盐熔体中，当以低聚物为主时，体系的粘度、析晶能力。
8. 写出缺陷反应式二．（10分）已知O 2溶解在FeO 晶体中形成贫铁氧化物Fe 1-X 的反应如下：试用扩散的微观理论推导Fe 2＋的扩散系数D Fe2＋与氧分压P O2的关系式。
三．（10分）写出杨德尔模型要点及动力学关系式，为什么在转化率高时出现偏差？金斯特林格主要在杨德尔模型的基础上考虑了什么影响？四 （15分）说明影响扩散的因素？五 （15分）试述熔体粘度对玻璃形成的影响？在硅酸盐熔体中，分析加入—价碱金属氧化物、二价金属氧化物或B 2O 3后熔体粘度的变化？为什么？ 六 （10分）简要说明：（1） 材料烧结时四种最基本的传质机理是什么？少量添加剂能促进烧结，其原因是什么？（2） 说明晶粒长大和二次再结晶这两种过程的主要区别，在工艺上如何防止晶粒异常长大？ 七 （20分）分析下列相图1/T−−→−−−→−322232OY CeOZrO O La •+''++FeFe o 2Fe 2Fe V (g)＝O O 212Fe1.划分副三角形；2.用箭头标出界线上温度下降的方向及界线的性质；3.判断化合物S 的性质；4.写出各无变量点的性质及反应式；5.分析点1、2熔体的析晶路程。
( 注：S 、1、E 3在一条直线上)无机材料物理化学试题1答案一、填空题（每空1分，共20分）1.晶体结构中的热缺陷有弗伦克尔缺陷 和 肖特基缺陷 二类。
无机材料物理化学考试题
晶体结构名词解释多晶转变：当外界条件改变到一定程度时，各种变体之间发生结构转变，从一种变体转变成为另一种变体的现象。
同质多晶：同一化学组成在不同外界条件下（温度、压力、pH值等），结晶成为两种以上不同结构晶体的现象。
位移性转变：不打开任何键，也不改变原子最邻近的配位数，仅仅使结构发生畸变，原子从原来位置发生少许位移，使次级配位有所改变的一种多晶转变形式。
重建性转变：破坏原有原子间化学键，改变原子最邻近配位数，使晶体结构完全改变原样的一种多晶转变形式。
1.2晶格能与哪些因素有关？答：离子的电子结构；离子的晶体结构类型；正负离子平衡距离。
林规则1.3 鲍林规则（1）配位数规则：晶体结构中，阳离子周围形成一个阴离子配位多面体，阳离子的配位数取决于阳离子和阴离子半径之比。
根据不同的配位数，从几何关系可以计算出阴阳离子半径比的上、下限范围。
因而，可根据r+/r-值求得阳离子的配位数。
（2）静电价规则：在稳定的离子晶体结构中，所有相连接的阳离子到达一个阴离子的静电建强度，等于阴离子的电荷数。
设S为中心阳离子到达每一配位阴离子的静电建强度，Z为该阳离子的电荷数，n为阳离子配位数，则可得S=Z/n。
又设W为阴离子电荷数，m为阴离子配位数，则静电价规则规定m·S=W。
静电键规则是离子晶体中较严格的规则，它使晶体保持总的电性平衡。
本规则还可用于求得阴离子的配位数。
（3）配位多面体连接方式规则：在离子晶体中，阴离子配位多面体以共棱，特别是共面的方式存在时，结构的稳定性下降。
对于电价高，配位数小的阳离子，此规则的效应更为显著。
硅酸盐结构中，硅氧四面体的连接方式即为一例。
例1：以NaCl晶胞为例，试说明面心立方紧密堆积中的八面体和四面体空隙的位置和数量。
答：以NaCl晶胞中（001）面心的一个球（Cl-离子）为例，它的正下方有1个八面体空隙（体心位置），与其对称，正上方也有1个八面体空隙；前后左右各有1个八面体空隙（棱心位置）。
无机材料物理性能试题及答案
无机材料物理性能试题及答案无机材料物理性能试题及答案一、填空题（每题2分，共36分）1、电子电导时，载流子的主要散射机构有中性杂质的散射、位错散射、电离杂质的散射、晶格振动的散射。
2、无机材料的热容与材料结构的关系不大，CaO和SiO2的混合物与CaSiO3 的热容-温度曲线基本一致。
3、离子晶体中的电导主要为离子电导。
可以分为两类：固有离子电导（本征电导）和杂质电导。
在高温下本征电导特别显着，在低温下杂质电导最为显着。
4、固体材料质点间结合力越强，热膨胀系数越小。
5、电流吸收现象主要发生在离子电导为主的陶瓷材料中。
电子电导为主的陶瓷材料，因电子迁移率很高，所以不存在空间电荷和吸收电流现象。
6、导电材料中载流子是离子、电子和空位。
7. 电子电导具有霍尔效应，离子电导具有电解效应，从而可以通过这两种效应检查材料中载流子的类型。
8. 非晶体的导热率（不考虑光子导热的贡献）在所有温度下都比晶体的小。
在高温下，二者的导热率比较接近。
9. 固体材料的热膨胀的本质为：点阵结构中的质点间平均距离随着温度升高而增大。
10. 电导率的一般表达式为∑=∑=iiiiiqnμσσ。
其各参数n i、q i和?i的含义分别是载流子的浓度、载流子的电荷量、载流子的迁移率。
11. 晶体结构愈复杂，晶格振动的非线性程度愈大。
格波受到的散射大，因此声子的平均自由程小，热导率低。
12、波矢和频率之间的关系为色散关系。
13、对于热射线高度透明的材料，它们的光子传导效应较大，但是在有微小气孔存在时，由于气孔与固体间折射率有很大的差异，使这些微气孔形成了散射中心，导致透明度强烈降低。
14、大多数烧结陶瓷材料的光子传导率要比单晶和玻璃小1～3数量级，其原因是前者有微量的气孔存在，从而显着地降低射线的传播，导致光子自由程显着减小。
15、当光照射到光滑材料表面时，发生镜面反射；当光照射到粗糙的材料表面时，发生漫反射。
16、作为乳浊剂必须满足：具有与基体显着不同的折射率，能够形成小颗粒。
无机材料Introduction + Crystal Imperfections
Bioceramic
NWPU
Composite materials
Carbon-fiber pens
NWPU
Carbon-fiber badminton pad
Aerospace and aeronautical materials
NWPU
4、synthesis processing of inorganic materials
乌尔曼(D.R.Uhlmann) 清华大学新型陶瓷与精细工艺国家重点 实验室 高等教育出版社 (2010-06出版)
NWPU
NWPU
Chapter 1 structural imperfections
结构缺陷
NWPU
introduction
▪ Many properties are markedly depend on small deviations (偏离）
fro荧m光ide材al料str的uc发tur光e o原f m理at：eria荧l; 光材料中的缺陷能够吸收某种 ▪ Ev波en长th的ou光gh,d利efe用cts这a些cco能un量t fo发r f出ew波of长th更e a长tom的s光ite。s, 由the于y u人su们ally
do通有m常些ina将衣te 荧服the光吸pr增收op白灯ert剂光ies添发of加出the到的m洗紫ac涤外ros剂线co中后pic，会sp所发ec以出im在明en夜亮(样总的品会蓝); 里色，光。 ▪ By在b吸ein收g a和ble放to射m过ov程e i的n th短e 暂latt间ice隔, v中ac，anc荧ie光s p材rod料uc的e d分iff子usi快on速
6. Diffusion 扩散
无机材料物理性能考试试题及答案 2
无机材料物理性能考试试题及答案一、填空(1８)１、声子的准粒子性表现在声子的动量不确定、系统中声子的数目不守恒。
2、在外加电场E的作用下,一个具有电偶极矩为p的点电偶极子的位能Ｕ=-p·E,该式表明当电偶极矩的取向与外电场同向时,能量为最低而反向时能量为最高。
3. ＴC为正的温度补偿材料具有敞旷结构,并且内部结构单位能发生较大的转动。
４、钙钛矿型结构由 5 个简立方格子套购而成,它们分别就是1个Ti、1个C ａ与３个氧简立方格子5、弹性系数ks的大小实质上反映了原子间势能曲线极小值尖峭度的大小。
6、按照格里菲斯微裂纹理论,材料的断裂强度不就是取决于裂纹的数量,而就是决定于裂纹的大小,即就是由最危险的裂纹尺寸或临界裂纹尺寸决定材料的断裂强度。
7、制备微晶、高密度与高纯度材料的依据就是材料脆性断裂的影响因素有晶粒尺寸、气孔率、杂质等。
8. 粒子强化材料的机理在于粒子可以防止基体内的位错运动,或通过粒子的塑性形变而吸收一部分能量,达从而到强化的目的。
9、复合体中热膨胀滞后现象产生的原因就是由于不同相间或晶粒的不同方向上膨胀系数差别很大,产生很大的内应力,使坯体产生微裂纹。
1０、裂纹有三种扩展方式:张开型、滑开型、撕开型１1、格波:晶格中的所有原子以相同频率振动而形成的波,或某一个原子在平衡位置附近的振动就是以波的形式在晶体中传播形成的波二、名词解释(12)自发极化:极化并非由外电场所引起,而就是由极性晶体内部结构特点所引起,使晶体中的每个晶胞内存在固有电偶极矩,这种极化机制为自发极化。
断裂能:就是一种织构敏感参数,起着断裂过程的阻力作用,不仅取决于组分、结构,在很大程度上受到微观缺陷、显微结构的影响。
包括热力学表面能、塑性形变能、微裂纹形成能、相变弹性能等。
电子的共有化运动:原子组成晶体后,由于电子壳层的交叠,电子不再完全局限在某一个原子上,可以由一个原子的某一电子壳层转移到相邻原子的相似壳层上去,因而电子可以在整个晶体中运动。
《无机材料物理化学》试卷
名师整理 优秀资源一 名词解释（每题5分，共20分）1. 配位数2. 玻璃体3. 弗伦克尔缺陷4. 凝聚系统二 填空题（每空1分，共10分）1. 二元系统相图中，界线上表示 相平衡，无变量点上表示 相平衡。
2. 三元凝聚系统相图中，当P=1时，F= 。
3. 离子晶体结构中，正负离子半径比决定了 。
4. 玻璃结构参数中，X 是指 ，Y 是指 ，Z 是指 ，R 是指 。
5. 依互溶度大小，固溶体分 和 。
三 选择题（每题2分，共10分）1. 在三元系统相图中，如果具有七个副三角形，则相图中无变量点的个数可能为（ ）Ａ、０ Ｂ、６ Ｃ、７2. 随温度的升高，熔体的粘度将（ ）A 、变大B 、变小C 、不变3. 吸附现象使材料的表面能（ ）A 、升高B 、降低C 、不变4. 原子扩散的驱动力是（ ）A 、组元的浓度梯度B 、组元的化学位梯度C 、温度梯度5. 等径球体作密堆积时，其空隙分为两种，这两种空隙分别为（ ）A 、四面体与面心立方B 、八面体与体心立方C 、四面体与八面体四 问答题 （共40分）1. 简述固体表面粗糙度对润湿性的影响？(10分)2. 试述晶体结构中点缺陷的类型。
以通用的表示法写出晶体中各种点缺陷的表示符号。
试举例写出CaCl 2中Ca 2+置换KCl 中K +或进入到KCl 间隙中去的两种点缺陷反应表示式。
(15分)3. 影响粘土可塑性的因素有哪些？生产上可以采用什么措施来提高或降低粘土的可塑性以满足成型工艺的需要？(15分)五 相图分析（20分）1. 划分副三角形；2. 标出各条界线上的温度变化方向；3. 判断各无变点的性质；4. 写出各无变点的平衡反应式；5. 写出组成为M 点的熔体析晶的路程。
B S参考答案一名词解释（每题5分，共20分）（不要求文字一致，意思表达清楚即可）1.配位数：晶体结构中与一个离子直接相邻的异号离子数。
（或者：晶体结构中，正离子周围的负离子数目，负离子周围的离子数目。
无机材料物理化学(贺蕴秋) 答案
第一章几何结晶学基础1-1. 晶体,晶胞的定义;空间格子构造的特点;晶体的基本性质. 1-2. 参网页上的模型,运用对称要素组合定律,写出四方柱,六方柱,四方四面体,斜方双锥,六八面体,三方柱,复三方三角面体,四六面体的点群符号, 并写出其所属的晶系和晶族. 1-3. 参阅网页上的模型,请确定单型中的六八面体,复三方偏三角面体,复六方双锥,和聚型中2,3,4 号模型在晶体定向中,各晶体的晶轴分别与哪些对称轴重或晶棱方向平行? 1-4. 请写出单型三方柱,四方柱,四方双锥,六方柱,菱面体,斜方双锥各晶面的主要晶面符号. 1-5. 请写出下列聚型模型各晶面的晶面符号:1,2,3,4.两个对称面相互成1)60°,2)90°,3)45°,4)30°,可组合成什么点群? 1-6. 由两根相交的二次轴互成1)90°,2)60°,3)45°,4)30°,可以组合成什么点群? 1-7. 试在面心立方格子中画出菱面体格子一晶面在X,Y,Z 轴分别截得2,4,6 个轴单位,请写出此晶面符号. 1-8. 作图表示立方晶体的(123),(012),(421)晶面. 1-9. 在六方晶体中标出晶面(0001),(2110),(1010),(1120),(1210) 的位置. 1. 答:晶体最本质的特点是其内部的原子,离子,或原子集团在三维空间以一定周期性重复排列而成, 晶体的空间格子构造有如下特点: 结点空间格子中的点,在实际晶体中它们可以代表同种质点占有的位置,因此也称为晶体结构中的等同点位置. 行列结点在一维方向上的排列 . 空间格子中任意两个结点连接的方向就是一个行列方向.面网结点在平面上的分布构成面网.空间格子中,不在同一行列上的任意三个结点就可联成一个面网.平行六面体空间格子中的最小单位.它由六个两两平行且大小相等的面组成. 晶体的基本性质是指一切晶体所共有的性质, 这些性质完全来源于晶体的空间格子构造.晶体的基本性质主要包括以下五点: 1 ) . 自限性(自范性),指晶体在适当条件下自发形成封闭几何多面体的性质. 晶体的的多面体形态是其格子构造在外形上的反映. 暴露在空间的晶体外表, 如晶面,晶棱与角顶分别对应其晶体空间格子中的某一个面网,行列和结点. 2 ) . 结晶均一性,指同一晶体的各个不同部分具有相同的性质.因为以晶体的格子构造特点衡量,晶体不同部分质点分布规律相同,决定了晶体的均一性. 3 ) . 对称性,指晶体中的相同部分在不同方向上或不同位置上可以有规律地重复出现.这些相同部位可以是晶面,晶棱或角顶.晶体宏观上的对称性反映了其微观格子构造的几何特征. 4 ) . 各向异性,指晶体的性质因方向不同而具有差异.如云母的层状结构显示了在不同方向上的结合强度不同.从微观结构角度考虑,代表云母晶体的空间格子在不同方向上结点位置的排列不同.5 ) . 稳定性(最小内能),指在相同的热力学条件下,具有相同化学组成的晶体与气相,液相,非晶态相比,晶体具有最小内能,因此也是稳定的结构. 2. 答: 点群运用组合定律晶系晶族四方柱L 4 4L 2 5PC 1,2,3 四方中级六方中级六方柱L6 6L 2 7PC 1.2.3 四方四面体Li 4 2L 2 2P 4,5 四方中级斜方双锥3L 2 3PC 1,2,3 正交低级六八面体3L 4 4L 3 6L 25 等轴高级9PC 三方中级复三方三角面L 3 3L 2 3PC 1,2,3 体四六面体3L 4 4L 3 6L 25 等轴高级9PC 六方中级三方柱Li 6 3L 2 3P 4 3 答:略4. 答: 三方柱晶面1(2110) 晶面2( 1210) 晶面3(1120) 晶面4(0001) 晶面5(0001) 四方柱晶面1(100) 晶面2(010) 晶面3(100) 晶面4(010) 晶面5(001) 晶面6(001) 四方双锥晶面1(h0l) 晶面2(0kl) 晶面3(h0l) 晶面4(0kl) 晶面5(h0l) 晶面6(0kl) 晶面7(h0l) 晶面8(0kl) 六方柱晶面1(10l0) 晶面2(01l0) 晶面3(l100) 晶面4(l010) 晶面5(0l01) 晶面6(1l00) 晶面7(0001) 晶面8(000l) 菱面体晶面1(h00l) 晶面2(0k0l) 晶面3(h00l) 晶面4(0l0l) 晶面5(00il) 晶面6(00il) 斜方双锥晶面1(hkl) 晶面2(hkl) 晶面3(hkl) 晶面4(hkl) 晶面5(hk l ) 晶面6(hk l ) 晶面7 (hkl) 晶面8(hkl) 5. 答: 60°L33P 90°L22P 45°L44P 30°L66P 6. 答: 90°3L 2 60°L33L2 45°L 4L 30°L 6L 6 4 2 2 7. 答:略.(632) 8. 答:略9. 答:略第二章晶体化学基础和无机化合物晶体结构1-1. 晶格能与哪些因素有关?已知MgO 晶体具有氯化钠的结构型, 其晶格常数 a 为0.42nm,试计算MgO 的晶格能. 1-2. 计算具有简单立方(SC)和体心立方(BCC)结构金属(单质)晶胞的堆积密度(空间利用率). 1-3. 金属钼具有BCC 结构,其晶格常数 a 为0.3146nm,试计算钼原子的半径. 金属铬的晶格常数 a 为0.2884nm,密度为7.19g/cm3,通过计算确定铬是简单立方,体心立方还是面心立方结构.(Cr 52.00) 1-4. 在氧离子面心立方紧密堆积中,画出适合正离子填充的空隙形状和位置, 并分析八面体空隙和四面体空隙数分别与氧离子数有什么关系? 1-5. 比较面心立方最紧密堆积和六方最紧密堆积的异同点. 1-6. ThO2 具有萤石结构:Th4+离子半径为0.100nm,O2-离子半径为0.140nm,试问1)实际结构中的Th4+正离子配位数与预计配位数是否一致?2)结构是否满足鲍林规则. 1-7. 从负离子的立方密堆积出发,说明以下情况各产生什么结构类型:1)正离子填满所有四面体空隙位置;2)正离子填满一半四面体空隙位置;3)正离子填满所有八面体空隙位置. 1-8. 在萤石晶体中Ca2+半径为0.112nm,F-半径为0.131nm,求萤石晶体的堆积密度?萤石晶体a=0.547nm,求萤石的密度. 1-9. 根据教材中的萤石结构图,画出萤石晶胞的投影图,并注明Ca2+离子和F离子的标高. 1-10. 下列硅酸盐矿结构各属何种结构类型?(有Al3+离子的要说明其在结构中所处的位置): CaMg[Si2O6] Ca2Al[AlSiO7] Mg[Si4O10](OH)2 K[AlSi3O8] 1.答:因素为(1)离子的电子结构(2)离子的晶体结构类型(3)正负离子平衡距离.MgO 的晶格能为3955.5 KJ mol . 2.答:SC 堆积密度为52.36%,BCC 堆积密度为68.02%. 3.答:钼原子半径为0.1362nm.铬是体心立方BCC 结构. 4.答:四面体数:氧离子数=2:1,八面体数:氧离子数=1:1. 5.答:略. 6.答: (1)半径计算得出Th4+应为六配位,由于ThO2 为萤石结构,故不一致. (2) 不满足多面体规则,电价规则可满足. 7.答:1)反萤石结构.2)闪锌矿结构.3)NaCl 型结构. 8.答:堆积密度为60.41%,萤石的密度为 3.17g cm3. 9.答:图略. 10. 答:CaMg[Si2O6] 单链状. Ca2Al[AlSiO7] 组群状,双四面体.Al3+离子一部分位于氧八面体空隙, 另一部分位于四面体空隙. Mg[Si4O10](OH)2 层状. K[AlSi3O8] 架状.Al3+离子位于氧四面体空隙.第三章晶体的结构缺陷.3-1 方镁石(MgO)的密度是 3.58g/cm3,其晶格常数是0.42nm,计算MgO 中每个晶胞中肖特基缺陷的数目. 3-2 1)在CaF2 晶体中,弗兰克尔缺陷形成能为2.8eV,肖特基缺陷的生成能为 5.5eV, 计算在25℃和1600℃时热缺陷的浓度? 2)如果CaF2 晶体中,含有百万分之一的YF3 杂质,则在1600℃时,CaF2 晶体中是热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势?请说明原因. 3-3 在下述晶体中,你认为何类缺陷占优势?1)用MgCl2 掺杂的NaCl;2)用Y2O3 掺杂的ZrO2;3)用YF3 掺杂的CaF2;4)在一种还原性气氛中加热的WO3. 3-4 试写出下列缺陷方程: 1) 3) 2) 4) 3-5 当ZrO2 添加到Y2O3 中,为保持结构的电中性,在形成置换型固溶体的同时, 还产生正离子空位,写出其缺陷反应方程式. 3-6 高温结构材料Al2O3 可以用ZrO2 来实现增韧,也可以用MgO 来促进Al2O3 的烧结:1)如加入0.2mol%ZrO2,试写出缺陷反应式和固溶体分子式;2)如加入0.3mol%ZrO2 和Xmol%MgO 对Al2O3 进行复合取代,试写出缺陷反应式,固溶体分子式,并求出X 值. 3-7 ZnO 属六方晶系,a=0.3242nm,c=0.5195nm,每个晶胞中含有2 个ZnO 分3 子,测得晶体密度分别为5.74,5.606g/cm ,求两种情况下各产生什么型式的固溶体? 3-8 非化学计量化合物FexO 中,Fe3+/Fe2+=0.1,求FexO 中空位浓度及x 值. 1.答:平均每个晶胞0.0082 对肖特基缺陷. 2.答:⑴T1=298K,弗兰克缺陷浓度2.21×10-24 ,肖特基缺陷浓度为1.374×10-31;T2=1873K, 弗兰克缺陷浓度 1.72×10-4,肖特基缺陷浓度为 1.4×10-5;⑵T=1600℃,热缺陷1.72×10-4,杂质缺陷1×10-6,热缺陷占优势3.答: 4.答:略5. 答: 6.答:①Al1.997Zr0.002O3 ②Zr0.003Mg0.003Al1.994O3 7.答:略8.答:Fe0.957O,空位浓度[ ]=0.0435第四章非晶态固体4-1 试分析影响熔体粘度的因素有哪些? 4-2 名词解释:晶子学说和无规则网络学说,单键强度,网络形成剂和网络变性剂4-3 玻璃的组成是13mol%Na2O,13mol%CaO,74mol%SiO2,计算非桥氧分数. 有两种不同配比的玻璃,其组成如下: 序号1 2 Na2O( mol%) 8 12 CaO( mol%) 12 8 SiO2( mol%) 80 80 试用玻璃结构参数说明两种玻璃高温下粘度的大小. 4-4 有一组二元硅酸盐熔体,其R 志变化规律如下,写出熔体一系列性质的变化规律:R = 2 , 2.5, 3, 3.5, 4 游离碱含量的变化; O/Si 比的变化; 低聚物数量; 熔体粘度; 形成玻璃的能力; 析晶能力. 4-5 什么是硼反常现象?为什么会产生硼反常现象. 1. 答:溶体组成,质点活化能,温度等. 2. 答:略. 3. 答:R 值为2.35.X 值为0.7.非桥氧分数为17.5%.两种玻璃结构参数相同,但(1)的钙含量高,所以(1)粘度大. 4.答:游离碱含量的变化增大; O/Si 比的变化增大; 低聚物数量增多; 熔体粘度递减; 形成玻璃的能力递减; 析晶能力递增. 5.答:略.第五章固体的表面与界面行为5-1 名词解释: 表面能,表面张力,吸附,接触角,晶界结构,润湿角. 5-2 试说明晶界能总小于两个相邻晶粒的表面能之和的原因. 5-3 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,而液体与固体的界面能为600×10- 3 N/m,测得接触角为70.52°. (1) (2) 求Si3N4 的表面张力; 把Si3N4 在低共熔温度下进行热处理,测试其热腐蚀的槽角为60°,求Si3N4 的晶界能. 5-4 生产氧化铅瓷件过程中需要镀银,已知1000℃时γAl2O3 s=1.0×10-3N/m, γAg L=0.92×10-3N/m,γAg L/Al2O3 s=1.77×10-3N/m,问液态银能否润湿氧化铅瓷件表面?可以用什么方法改善它们之间的润湿性? 5-5 5-6 5-7 5-8 影响润湿效果的主要因素有哪些? 大块状的石英材料经煅烧后易于破碎,这是为什么? 试说明晶粒之间的晶界应力大小对晶体性能的影响. 在真空中和在空气中将云母片剥落后再合上,会出现什么现象?说明理由? 5-9 5-10 什么是粘附功?粘附性越好是否就意味着粘附功越小,为什么? 1 克石英当它粉碎(在湿空气中)成每颗粒半径为1μm 的粉末时质量增加至 1.02 克,它的吸附水膜厚度为多少?(石英密度是2.65g/cm3) 1. 3. 答:略2. 答:略答:⑴900×10-3N/M ⑵1559×10-3N/M 4. 答:θ=147°>90°,液态银不能润湿氧化铅表面,可以通过以下方法改善它们之间的润湿性:增大瓷件表面粗糙度;设法除去表面吸附膜等. 5. 略6. 略7. 略8. 略9. 略10. 答:膜厚度为0.0177um第六章相图及其相平衡6-1 名词解释: 凝聚系统;介稳平衡;无变量点;低共熔点;双升点;双降点;液相独立析晶. 6-2 简述SiO2 的多晶转变现象,说明为什么在硅酸盐产品中SiO2 经常是以介稳状态存在. 6-3 具有不一致熔融二元化合物的二元相图(图6-11 所示),在低共熔点E 发生如下析晶过程: .已知 E 点 B 含量为20%,化合物AmBn 的 B 含量为64%.现有C1 和C2 二种配合料,已知C1 中的 B 含量为C2 中 B 含量的 1.5 倍,且在高温熔融冷却析晶时,从该二配合料中析出的初相(即到达低共熔温度前析出的第一种晶体)含量相等.试计算C1 和C2 配合料的组成. 6-4 今通过实验测得如图所示的各相图,试判断这些实验结果的正确性,若有错误,予以修正,并说明理由. 6-5 已知 A 和 B 两组份构成具有低共熔点的有限固溶体二元系统(图6-17). 试根据下列实验数据绘制概略相图: 的熔点为1000℃, 的熔点为700℃. A B 含B25%的试样在500℃完全凝固, 其中含73.3.%初相SA(B)和26.7%SA(B)+SB(A) 共生体.含B50%的试样在同一温度下凝固完毕,其中含40%初相SA(B) 和60%SA(B)+SB(A) 共生体,而SA(B)相总量占晶相总量的50%,实验数据均在达到平衡状态时测定. 6-6 试完成下图中的配料点1,2,3 的结晶路程(表明液,固相组成点的变化及其结晶过程各阶段系统中发生的相变化). 6-7 下图所示为一个三元化合物的三元相图. (1) (2) (3) (4) 判断三元化合物N 的性质; 标出边界曲线的降温方向(转熔界线用双箭头); 指出无变点K,L,M 的性质分析点1,2 的结晶路程(表明液固相组成的变化及各阶段的相变化) 6-8 如图6-43,配合料P 的液相在无变点K 发生独立析晶,最终在低共熔点 F 结束结晶.试问此时所获得的C3S,C2S,C3A 和C12A7 四种晶相的含量各为多少?,如果在F 点仍未达到平衡,残留液相能否离开F 点向其它无变点继续转移?为什么? 6-9 如图6-43,今取配合料成分恰好如无变点h 的组成,在充分平衡条件下, 问: (1) (2) (3) 加热该配合料,什么温度开始出现液相? 要使物料全部熔融,至少要加热到多高温度? 写出配合料加热到开始出现液相时和全部熔融时的反应过程. 6-10 如图6-43,若原始液相组成位于配合料圈内,并恰好在CaO 和C3S 初相区的边界曲线上: (1) (2) 说明此液相的结晶路程在缓慢冷却到无变点K 的温度1455℃时急剧冷却到室温,则最终获得哪些相? 各相含量如何? 1.答:名词解释略. 2.答:略,提示从动力学角度说明. 3.答:C1 配料组成为 A 74.1%,B 25.9%;C2 配料组成为 A 82.7%,B 17.3%. 4.答:(A)B 的熔点温度只有一个,两点应该重合.(B)液相组成不应该存在范围.(C)低共熔温度不应该是一条倾斜的直线,应该是水平的.(D)(E)均为二元系统,P 最大为3,不应该出现四相点和四相区域. 5.答:图略,提示低共熔温度线上三点的B%分别为5%,80%,95%. 6.答:略. 7.答:(1)N 为不一致熔融三元化合物.(2)略.(3)L 点位于△BNC 内部,为低共熔点, 点位于△ANB 交叉位, K 为双升点, 点位于△ANC 内部, M 为低共熔点. (4)略. 8.答:C3S,C2S,C3A 和C12A7 四种晶相的含量略,残留液相不能离开F 向其它无变量点转移,因为三元系统最多存在四相,在F 点已有四相. 9.答:(1)加热该配合料,1335 度开始出现液相.(2)要使物料全部熔融,至少要加热到2570 度.(3)略. 10. 答:最终获得C3S,C2S,玻璃相.第七章扩散与固相反应7-1 名词解释: 无序扩散,晶界扩散,表面扩散,本征扩散,非本征扩散,自扩散,互扩散,稳定扩散,不稳定扩散,扩散活化能,扩散通量. 7-2 已知CaO 的肖特基缺陷生成能为6ev,欲使Ca2+在CaO 中的扩散直至CaO 的熔点(2600 ℃)都是非本征扩散,要求三价杂质离子的浓度是多少? 7-3 设有一条内径为30mm 的厚壁管道,被厚度为0.1mm 的铁膜隔开.通过管子的一端向管内输送氮气,以保持膜片一侧氮气浓度为1 200mol/m ,而另一侧的氮气浓度为100 mol/m3.如在700℃下测得通过管道的氮气流量为 2.8×10-8mol/s,求此时氮气在铁中的扩散系数. 7-4 在二根金晶体圆棒的端点涂上示踪原子Au,并把棒的两端如图所示连接. 在920℃下加热100 小时,Au 示踪原子的扩散分布如图所示,并满足下列关系: 3 M 为实验中示踪原子总量,求此时金的自扩散系数. 7-5 试定性地分析和讨论从室温到熔融温度范围内,氯化锌添加剂(10-4mol%) 对氯化纳单晶中所有离子(Zn,Na,Cl)的扩散能力的影响. 7-6 试从扩散介质的结构,性质,晶粒尺寸,扩散物浓度,杂质等方面分析影响扩散的主要因素. 7-7 根据ZnS 烧结的数据测定了扩散系数,在450℃和563℃时,分别测得扩散系数为1.0 ×10 cm /s 和3.0×10 cm /s.(1)确定激活能和D0;(2)根据你对结构的了解, 试从运动的观点和缺陷的产生来推断激活能的含义;(3)根据ZnS 和ZnO 相互类似的特点,预测D 随硫的分压而变化的关系. 7-8 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=λ Pг形式写出其扩散系数(设点阵常数为a).式中λ为跃迁自由程,P 为跃迁几率,而г为跃迁频率. 7-9 指出以下概念中的错误: (1) (2) (3) 如果固体中不存在扩散流,则说明原子没有扩散; 因固体原子每次跳动方向是随机的,所以在任何情况下扩散流量为零; 晶界上原子排列混乱,不存在空位,所以以空位机制扩散的原子在晶界处无法扩散; -4 2 -4 2 (4) 间隙固溶体中溶质浓度较高,则溶质所占据的间隙越多,供扩散的空余间隙越少,即Z 值越小,越容易导致扩散系数的降低. 7-10 以空位机制进行扩散时,原子每次跳动一次就相当于空位反向跳动一次, 并未形成新的空位,而扩散活化能中却包含着空位形成能,此说法正确吗?请给出说明. 1. 2. 3. 4. 答:略答:1.1×10-5mol/m3 答:D=3.6×10 m /s 答:根据表中数据,以-ln ,求D 为2.33×10-7m2/s 对x2 作图,得一直线,求斜率K,t=360000s,D= -12 2 5. 答:低温时,以杂质扩散为主,ZnCl2 的加入对Na 离子的扩散能力有扩散作用, 而对氯离子的扩散能力影响不大,在高温条件下,本征扩散为主要形式, ZnCl2 的加入影响可忽略. 6. 略7. 答:①Q=48.9kJ,D0=0.39cm2/s ②质点处于其他质点作用的三位势阱中作周期性振动,若要摆脱其他质点的束缚,必须具有克服势阱作用的能量,这部分能量称为激活能,激活能包括迁移能和缺陷形成能. ③D∝PS2-1/4,硫分压越小,D 越大,硫分压增大,D 减小. 8. 9. 答:面心立方(fcc), = ,P= ,D= ,体心立方(bcc),D= 答:①扩散流的产生需要一个推动力,但在宏观上不存在扩散流,只要有一定温度,原子之间存在杂乱无章的自扩散. ②当有外力作用,如处于电场中,扩散流量不为零,只有在平衡状态下,扩散流量为零. ③晶界上原子所受束缚力低,其能量/振动频率搞,迁移能力强,其原子迁移到内部相党羽空位的反向扩散,不仅存在扩散,其扩散能力还比内部强. ④对扩散系数的影响可以忽略. 10.答:不正确.扩散系数是宏观值不是单个原子跳动机理的简单叠加.第八章固相反应8-1 MgO 和SiO2 固相反应生成Mg 2SiO4,反应时扩散离子是什么?写出界面反应方程. 8-2 MoO3 和CaCO3 反应时, 反应机理受到CaCO3 颗粒大小的影响. MoO3 : 当CaCO3 =1:1,MoO3 的粒径r1 为0.036mm,CaCO3 的粒径r2 为0.13mm 时,反应是扩散控制的;而当CaCO3 :MoO3=15:1,r2<0.03 时,反应由升华控制, 试解释这种现象. 8-3 试比较杨德方程和金斯特林格方程的优缺点及其适用条件. 8-4 当测量氧化铝-水化物的分解速率时,发现在等温试验期间,质量损失随时间线性增加到50%左右,超过50%时,质量损失的速率就小于线性规律.线性等温速率随温度指数地增加,温度从451℃增大到493℃时速率增大10 倍,试计算激活能,并说明这是一个扩散控制的反应?还是一般反应或是界面控制的反应. 8-5 1 平均粒径为1μm 的MgO 粉料与Al2O3 粉料以1: 摩尔比配料并均匀混合. 将原料在1300℃恒温3600h 后,有0.3mol 的粉料发生反应生成Mg Al2O4, 该固相反应为扩散控制的反应.试求在300h 后,反应完成的摩尔分数以及反应全部完成所需的时间. 答:扩散离子是Mg2+和Si4+,界面反应方程为: g 2+ +SiO4 Mg2SiO4+Si4+ Si4++4MgO Mg2SiO4+2 Mg2+ 2.答:当MoO3 的粒径r1 为0.036mm,CaCO3 的粒径r2 为0.13mm 时, CaCO3 颗粒大于MoO3,反应由扩散控制,反应速率随着CaCO3 颗粒度减小而加速,当r2<r1 时存在过量CaCO3,由于产物层变薄,扩散阻力减小,反应由MoO3 粒径升华控制, 并随着MoO3 粒径减小而加剧. 3.答:略. 4.答:1):. 由阿累尼乌斯公式: K=Aexp(-Q/RT)得: Q=R In k2/k1 (T1T2/T2-T1)=In10 *R*776*724/(493-451)=257.189KJ/mol R 故反应激活能为257.189kJ/mol 2):此反应为热分解反应,反应是在反应物与产物层的界面处进行的.由题中所述,反应进行到一定程度后质量损失速率小于线性规律,由此可推测该反应由扩散控制, 即后期由于反应物表层已被先前生成的大量产物层所包裹,导致新产生的气体无法扩散到外界去,从而减缓反应进行. 5.答:由于该固相反应为扩散控制反应,且粉料可视为均状大小球形,故用金斯特林格方程得: 1-2/3G-(1-G) 2/3 =kt G1=0.3/(1+1)=0.15 代入得K=7.45×10 -7 由题中所给条件;t1=3600h 所以当t2=300h 时,G2=0.045 令G=1,则T=1/3k=4.47×10 h 5第九章相变9-1 名词解释: 一级相变,二级相变,玻璃析晶,玻璃分相,均态成核,非均态成核,马氏体相变,亚稳分解,不稳分解. 9-2 为什么成核生长机理的相变过程需要有一定的过冷或过热, 相变才能发生, 在什么情况下需要过冷, 什么情况下需要过热?一般物质具有的最大成核速率的过冷度应该如何求得? 9-3 当一个球形晶核在液态中形成时,其自由能的变化△G=4πr2γ+ 4/3 r3△GV.式中r 为球形晶核的半径;γ为液态中晶核的表面能;△GV 为单位体积晶核形成时释放的体积自由能,求临界半径rk 和临界核化自由能△Gk. 8-4 如果液态中形成一个边长为a 的立方体晶核时, 其自由能△G 将写出什么形式?求出此时晶核的临界立方体边长ak 和临界核化自由能△Gk, 并比较球状晶核时,哪一种形状的△G 值更大,为什么? 9-5由 A 向 B 转变的相变过程中, 单位体积能变化△GV 在1000℃时为-419J/cm3, 在900℃时为-2093J/cm3,设A-B 间界面能为5×10-5J/ cm3,求: (1) (2) 在900℃和1000℃时的临界半径; 在1000℃进行相变时所需的能量. 9-6 试从热力学,动力学和形貌等方面比较亚稳分解和不稳分解这两种分相过程的特点. 9-9 某物质从熔体析晶,当时间分别为1s 和5s 时,测得晶相的体积分数分别为0.1%与11.8%,试用Vβ/V=1-exp(-Ktn)式计算Avrami 指数及其速率常数K. 9-10 如果直径为20μm 的液滴,测得成核速率IV=10 S cm ,如果锗能够过冷227℃,试计算锗的晶-液界面能?(TM=1231K,△H=34.8kJ/mol,ρ =5.35g/cm ) 9-11 举例说明相变理论在科学研究和生产实际中的应用. 1. 2. 答:略答: ,当,过热,过冷度为扩散活化能. 3. 4. 答: 答: , , ,显然立方体晶核形成, ,球形晶核较大. ,过冷;当, 3 -1 -1 -3 5. 答:900℃, ×10-17J =4.778, 1000℃, =2.387nm, 6. 9. 10. 11. 答:略答:n=3,K=10-3 答: 答:略第十章烧结过程10-1 名词解释: 熔融温度,烧结温度,烧结,烧成,液相烧结,固相烧结,晶粒生长,二次再结晶,晶粒极限尺寸,晶粒平均尺寸. 10-2 烧结的模型主要有哪几种?各适用于哪些典型的传质过程? 10-3 若固-气界面能为0.1J/m ,如果用直径为1μm 的粒子组成压块的体积为1cm ,试计算由烧结推动力而产生的能量是多少? 10-4 设有粉料粒度为5μm,若经2h 烧结后,x/r=0.1.如果不考虑晶粒的生长,若烧结至x/r=0.2.并分别通过蒸发-凝聚;体积扩散;粘性流动; 溶解-沉淀传质,则各需要多少时间?若烧结8h,则各传质过程的颈部增长x/r 又是多少? 10-5 如上题粉料的粒度改为16μm,烧结至x/r=0.2,各传质需要多少时间? 若烧结时间为8h,各个过程的x/r 又是多少?从两题计算的结果,讨论粒度与烧结时间对四种传质过程的影响程度? 10-6 下列过程中, 哪些能使烧结强度增加, 而不产生致密化过程?试说明理由.(1) 蒸发-凝聚(2)体积扩散(3)粘性流动(4)晶界扩散(5)表面扩散(6)溶解-沉淀. 10-7 制造透明Al2O3 材料时, 原始粉料粒度为2μm, 烧结至最高温度保温0.5h, 测得晶粒尺寸10μm,试问若保温时间为2h,晶粒尺寸多大?为抑制晶粒生长加入0.1%MgO,此时若保温时间为2h,晶粒尺寸又有多大? 10-8 晶界遇到夹杂物时会出现几种情况,从实现致密化目的考虑,晶界应该如何移动?怎样控制? 10-9 在烧结时,晶粒生长能够促进坯体致密化吗?晶粒生长会影响烧结速率吗?试说明之. 10-10 影响烧结的因素有哪些?最易控制的因素是哪几个? 1.答:名词解释略. 2.答:略. 3.答:烧结推动力而产生的能量是0.6J.提示,先算出粒子个数,再算出气固界面消失的面积. 4.答:根据查得各传质方式公式可得: 时间分别为16h,64h,8h,128h,若只烧结8h,则X/R 分别为0.1×41/3,0.1×4 1/5,0.2,0.1×41/6. 5.答:略6.答:略. 7.答:略3 2。
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一、填空
硅酸盐结构：岛状结构层状结构组群状结构链状结构架状结构
晶格能影响因素:离子半径离子电荷电子层构型
固溶体种类：填隙型置换型
决定离子晶体结构的基本因素:球体最紧密堆积配位数离子的极化电负性
固溶体影响因素:离子尺寸晶体的结构类型电负性
非化学计量化合物：阴离子空位型阳离子填隙型阴离子填隙型阴离子空位型
位错类型:刃位错螺型位错
熔融三种冷却过程：结晶化玻璃化分相
玻璃冷却速率的影响因素:过冷度熔体黏度晶核形成速率晶核成长速率
玻璃在熔点的黏度越高越易形成玻璃，Tg/Tｍ>2/３时易形成玻璃
３T图中3T：时间温度转变
分子引力：定向力色散力诱导力
热缺陷:弗伦克尔缺陷肖特基缺陷
固体表面影响因素：表面粗糙度表面微裂纹
晶界:小角度晶界大角度晶界
润湿现象：附着润湿铺展润湿浸渍润湿
润湿的影响因素:粗糙度吸附膜
熔体黏度的影响因素:温度熔体组成
扩散机制:直接易位环形易位间隙扩散准间隙扩散空位扩散
由点缺陷（肖特基和弗兰克尔缺陷)引起的扩散为本征扩散,空位来源于掺杂而引起的扩散为非本征扩散。
黏附的影响因素:润湿性黏附功黏附面的张力相容性和亲和性
固相反应速率:化学反应速率扩散速率
烧结气氛:还原性氧化性中性
固态相变：一级相变二级相变
从熔体中析晶的过程分二步完成，首先是成核，然后就是晶体生长过程。
均匀成核的成核速率由受核化位垒影响的成核率因子和受原子扩散影响的成核率因子所决定的。
固体质点扩散的推动力:化学位梯度
液-固相变过程的推动力：过冷度
烧结过程的推动力：粉料表面能的降低
二、名词解释
晶格能：在0K时1ｍｏl离子化合物的各离子拆散成气体所需的能量
配位数：与一个原子或离子直接相邻的原子或离子数
离子极化：离子正负电荷的重心发生偏离产生偶极矩的现象
同质多晶:物质在不同温度、压力等热力学条件下呈现不同的晶体结构
点缺陷:在空间各方向上的尺度远小于晶体、晶粒尺度的缺陷
热缺陷:由晶体内部质点热运动而形成的缺陷
肖特基缺陷:原子离开平衡位置迁移至晶体表面格点位置,晶体内仅留有空隙的缺陷
弗伦克尔缺陷：原子离开平衡位置进入晶格间隙形成的缺陷
杂质缺陷:杂质原子进入晶格形成的结构缺陷
固溶体：固体作为溶剂溶有其他数量可变的杂质原子,并形成的单一均匀的晶态固体
位错：晶体的一维晶格缺陷
刃位错：滑移方向与位错线垂直的位错。