武汉理工大学无机材料科学基础名词解释历年名词解释

武汉理工大学无机材料科学基础名词解释历年名词解释
武汉理工大学无机材料科学基础名词解释历年名词解释

玻璃——玻璃是由熔体过冷所制得的非晶态材料。

水泥——水泥是指加入适量水后可成塑性浆体,既能在空气中硬化又能在水中硬化,并能够将砂,石等材料牢固地胶结在一起的细粉状水硬性材料。

耐火材料——耐火材料是指耐火度不低于1580摄氏度的无机非金属材料。硅质耐火材料,镁质耐火材料,熔铸耐火材料,轻质耐火材料,不定形耐火材料。

高聚物——高聚物是由一种或几种简单低分子化合物经聚合而组成的分子量很大的化合物。

胶粘剂——胶粘剂是指在常温下处于粘流态,当受到外力作用时,会产生永久变形,外力撤去后又不能恢复原状的高聚物。

合金——合金是由两种或两种以上的金属元素,或金属元素与非金属元素形成的具有金属特性的新物质

2 晶体结构

晶胞——晶胞是从晶体结构中取出来的反应晶体周期性和对称性的重复单元。

空间点阵——空间点阵是把晶体结构中原子或分子等结构基元抽象为周围环境相同的阵点之后,描述晶体结构的周期性和对称性的图像。

晶面指数——结晶学中经常用(h k l)来表示一组平行晶面,成为晶面指数。

晶面族——在对称性高的晶体(如立方晶系)中,往往有并不平行的两组以上的晶面,它们的原子排列状况是相同的,这些晶面构成一个晶面族。

氢键——氢键是指氢原子同时与两个电负性很大而原子半径较小的原子(O,F,N等)相结合所形成的键。

空间利用率(原子堆积系数)——晶胞中原子体积与晶胞体积的比值。

配位数——一个原子(或离子)周围同种原子(或异号离子)的数目成为原子或离子的配位数,用CN来表示。

哥希密特化学定律——晶体结构取决于其组成基元(原子,离子或离子团)的数量关系,大小关系及极化性能。

同质多晶——这种化学组成相同的物质,在不同的热力学条件下形成结构不同的晶体的现象,成为同质多晶。由此所产生的每一种化学组成相同但结构不同的晶体,成为变体。

类质同晶——化学组成相似或相近的物质,在相同的热力学条件下,形成的晶体具有相同的结构,这种现象称为类质同晶现象。

位移性转变——仅仅是结构畸变,转变前后结构差异小,转变时并不打开任何键或改变最邻近的配位数,只是原子的位置发生少许位移,使次级配位有所改变。

重建性转变——不能简单地通过原子位移来实现,转变前后结构差异大,必须破坏原子间的键,形成一个具有新键的结构。

解理——晶体沿某个晶面劈裂的现象称为解理。

热释电性——热释电性是指某些像六方ZnS型的晶体,由于加热使整个晶体温度变化,结果在与该晶体c轴垂直方向的一端出现正电荷,在相反的一端出现负电荷的性质。晶体的热释电性与晶体内部的自发极化有关。

声电效应——通过半导体进行声电相互转换的现象称为声电效应。

电光效应——电光效应是指对晶体施加电场时,晶体的折射率发生变化的效应。

铁电晶体——铁电晶体是指具有自发极化且在外电场作用下具有电滞回线的晶体。

声光效应——声光效应是指光波被声光介质中的超声波所衍射或散射的现象。

正尖晶石和反尖晶石——在尖晶石结构中,如果A离子占据四面体空隙,B离子占据占据八面体空隙,则称为正尖晶石。反之,如果半数的B离子占据四面体空隙,A离子和另外半数的B离子占据八面体空隙,则称为反尖晶石。正尖晶石(A)[B2]O4 反尖晶石(B)[AB]O4

同晶取代——[SiO4]四面体中心的Si4+离子可部分地被Al3+所取代,取代后的结构本身并不发生大的变化,即所谓的同晶取代,但晶体的性质却可以发生很大的变化。

3 晶体结构缺陷

热缺陷——热缺陷称为本征缺陷,是指由热起伏的原因所产生的空位和(或)间隙质点(原子或离子)。热缺陷包括弗伦克尔缺陷和肖特基缺陷。弗伦克尔缺陷是质点离开正常格点后进入到晶格间隙位置,其特征是空位和间隙质点成对出现。肖特基缺陷是质点由表面位置迁移到新表面位置,在晶体表面形成新的一层,同时在晶体内部留下空位,其特征是正负离子空位成比例出现。

位错滑移——位错滑移是指在外力作用下,位错线在其滑移面(即位错线和伯氏矢量b构成的晶面)上的运动,结果导致晶体永久变形。

位错攀移——位错攀移是指在热缺陷或外力作用下,位错线在垂直其滑移面方向上的运动,结果导致晶体中空位或间隙质点的增殖或减少。

固溶体——将外来组元引入晶体结构,占据基质晶体质点位置或间隙位置的一部分,仍保持一个晶相,这种晶体成为固溶体。

4 非晶态结构与性质

缩聚——由分化过程产生的低聚合物不是一成不变的,它可以相互发生作用,形成级次较高的聚合物,同时释放出部分Na2O。这过程成为缩聚。

硼反常现象——这种由于B3+离子配位数变化引起性能曲线上出现转折的现象,称为硼反反常现象。

5 表面结构与性质

弛豫表面——为使体系能量尽可能降低,表面上的原子常常会产生相对于正常位置的上、下位移,结果表面相中原子层的间距偏离体相原子层的间距,产生压缩或膨胀。表面上原子的这种位移称为表面弛豫。

重构表面——重构是指表面原子层在水平方向上的周期性不同于体内,但垂直方向的层间距离与体内相同。

范德华力——分子引力,一般是指固体表面与被吸附质点(例如气体分子)之间相互作用力。

6 相平衡和相图

凝聚系统——没有气相或虽有气相但其影响可忽略不计的系统称为凝聚系统。

独立析晶——独立析晶通常是在转熔过程中发生的,由于冷却速度较快,被回吸的晶相有可能会被新析出的固相包裹起来,使转熔过程不能继续进行,从而使液相进行另一个单独的析晶过程,这就是所谓的独立析晶。

7 基本动力学过程——扩散

扩散——扩散是物质内质点运动的基本方式,当温度高于绝对零度时,任何物系内的质点都在做热运动。当物质内有梯度(化学位、浓度、应力梯度等)存在时,由于热运动而触发(导致)的质点定向迁移即所谓的扩散。

稳态扩散与非稳态扩散——稳态扩散的特征是空间任意一点的浓度不随时间变化,扩散通量不随位置变化;非稳态扩散的特征是空间任意一点的浓度随时间变化,扩散通量随位置变化。稳态扩散——在扩散系统中,若对于任一体积元,在任一时刻流入的物质量与流出的物质量相等,即任一点的浓度不随时间变化,则称这种状态为稳态扩散。

本征扩散与非本征扩散——本征扩散是由本征点缺陷(即热缺陷)引起的扩散;非本征扩散是由非本征点缺陷引起的扩散,又包括掺杂点缺陷和非化学计量化合物两种情况。

克肯达尔效应——由于多元系统中各组元扩散速率不同而引起的扩散偶原始界面向扩散速率快的一侧移动的现象称为克肯达尔效应。

8 材料中的相变

一级相变——在临界温度、临界压力时,两相化学位相等,但化学位的一阶偏导数不相等的相变。

二级相变——相变时化学位及其一阶偏导数相等,而二阶偏导数不相等的相变。

扩散型相变——在相变时,依靠原子(离子)的扩散来进行的相变成为扩散型相变。

非扩散型相变——相变过程不存在原子(离子)的扩散,或虽存在扩散但不是相变所必需的或不是主要过程的相变即为无扩散型相变。

10 烧结

初次再结晶——是指从塑性变形的、具有应变的基质中,生长出新的无应变晶粒的成核和长大过程。

二次再结晶——正常的晶粒长大是晶界移动,晶粒的平均尺寸增加。如果晶界受到杂质等第二相质点的阻碍,正常的晶粒长大便会停止。但是当坯体中若有大晶粒存在时,这些大晶粒变数较多,晶界曲率较大,能量较高,使晶界可以越过杂质或气孔而继续移向邻近小晶粒的曲率中心。晶粒的进一步生长,增大了晶界的曲率使生长过程不断加速,直到大晶粒的边界互相接触为止。这个过程称为二次再结晶或异常的晶粒长大。

11 腐蚀与氧化

全面腐蚀——是常见的一种腐蚀,是指整个金属表面均发生腐蚀,它可以是均匀的也可以是不均匀的。

应力腐蚀(SCC)——是指金属材料在特定腐蚀介质和拉应力共同作用下发生的脆性断裂。

应力腐蚀开裂门槛值——一般认为当拉伸应力低于某一个临界值时,不再发生断裂破坏,这个临界应力称应力腐蚀开裂门槛值,用KISCC表示。

晶间腐蚀——是金属材料在特定的腐蚀介质中沿着材料的晶界发生的一种局部腐蚀。

氧化——广义的金属氧化是金属在一定温度条件下与环境介质O2(还有S2、Cl2、N2、C 等)间发生化学反应而引起材料损耗的不可逆腐蚀过程。

12 材料的疲劳与断裂

疲劳破坏——材料或构件在交变应力(应变)作用下发生的破坏称为疲劳破坏或疲劳失效。

无机材料科学基础答案

1、熔体的概念:不同聚合程度的各种聚合物的混合物 硅酸盐熔体的粘度与组成的关系(决定硅酸盐熔体粘度大小的主要因素就是硅氧四面体网络连接程度) 在熔体中加入LiO2、Na2O 、K2O 与BaO 、PbO 等,随加入量增加,粘度显著下降。 在含碱金属的硅酸盐熔体中,当Al2O3/Na2O ≤1时,用Al2O3代替SiO2可以起“补网”作用,从而提高粘度。一般加入Al2O3、SiO2与ZrO2有类似的效果。 流动度为粘度的倒数,Φ= 粘度的理论解释:绝对速度理论η=η0exp(ΔE/kT) 自由体积理论η=B exp [ ]=Aexp( ) 过剩熵理论η = Cexp [ = Cexp( ) 2、非晶态物质的特点 :近程有序,远程无序 3、玻璃的通性 (1)各向同性(若有应力,为各向异性) (2)介稳性 (3)熔融态向玻璃态转化的可逆与渐变性 (4)、熔融态向玻璃态转化时其物化性质随温度变化的连续性 4、 Tg 、Tf , 相对应的粘度与特点 钠钙硅酸盐熔体粘度与温度关系表明:熔融温度范围内,粘度为50~500dPa·s 。工作温度范围粘度较高,约103~107dPa·s 。退火温度范围粘度更高,约1012、5~1013、5 dPa·s 。 Tg-脆性温度、退火温度,Tf-软化温度、可拉丝的最低温度 5、 单键强度 > 335 kJ/mol(或80 kcal/mol)的氧化物——网络形成体。 单键强度 < 250 kJ/mol(或60 kcal/mol)的氧化物——网络变性体。 在250~335 kJ/mol 为——中间体,其作用介于玻璃的网络形成体与网络变性体之间。 6、玻璃形成的热力学观点: 熔体就是物质在TM 以上存在的一种高能状态。据随温度降低,熔体释放能量大小不同,冷却途径分为结晶化,玻璃化,分相 ΔGv 越大析晶动力越大,越不容易形成玻璃。 ΔGv 越小析晶动力越小,越容易形成玻璃。 玻璃形成的动力学观点: 过冷度增大,熔体质点动能降低,有利于质点相互吸引而聚结与吸附在晶核表面,有利于成核。 过冷度增大,熔体粘度增加,使质点移动困难,难于从熔体中扩散到晶核表面,不利于晶核长大。 过冷度与成核速率Iv 与晶体生长速率u 必有一个极值。 玻璃形成的结晶化学观点: (1)、键强(孙光汉理论) 熔点低的氧化物易于形成玻璃 (2)、键型 三种纯键型在一定条件下都不能形成玻璃。 )(00T T KV -α0T T B -)(0T T C D P -?0T T B -η1

无机材料科学基础试题及答案

1螺位错:柏格斯矢量与位错线平行的位错。 2同质多晶:同一化学组成在不同热力学条件下形成结构不同的晶体的现象。 3晶胞:指晶体结构中的平行六面体单位,其形状大小与对应的空间格子中的单位平行六面体一致。 4肖特基缺陷:如果正常格点上的原子,热起伏过程中获得能量离开平衡位置,迁移到晶体的表面,在晶格内正常格点上留下空位,即为肖特基缺陷。肖特基缺陷:如果正常格点上的原子,热起伏过程中获得能量离开平衡位置,迁移到晶体的表面,在晶格内正常格点上留下空位,即为肖特基缺陷。 5聚合:由分化过程产生的低聚合物,相互作用,形成级次较高的聚合物,同时释放出部分Na2O,这个过程称为缩聚,也即聚合。 6非均匀成核:借助于表面、界面、微粒裂纹、器壁以及各种催化位置而形成晶核的过程。7稳定扩散:扩散质点浓度分布不随时间变化。 8玻璃分相:一个均匀的玻璃相在一定的温度和组成范围内有可能分成两个互不溶解或部分溶解的玻璃相(或液相),并相互共存的现象称为玻璃的分相(或称液相不混溶现象)。 9不一致熔融化合物:是一种不稳定的化合物。加热这种化合物到某一温度便发生分解,分解产物是一种液相和一种晶相,两者组成与化合物组成皆不相同,故称不一致熔融化合物。10晶粒生长:无应变的材料在热处理时,平均晶粒尺寸在不改变其分布的情况下,连续增大的过程。 11非本征扩散:受固溶引入的杂质离子的电价和浓度等外界因素所控制的扩散。或由不等价杂质离子取代造成晶格空位,由此而引起的质点迁移。(2.5)本征扩散:空位来源于晶体结构中本征热缺陷,由此而引起的质点迁移。 12稳定扩散:若扩散物质在扩散层dx内各处的浓度不随时间而变化,即dc/dt=0。不稳定扩散:扩散物质在扩散层dx内的浓度随时间而变化,即dc/dt≠0。这种扩散称为不稳定扩散。(2.5分) (2.5分) 13可塑性:粘土与适当比例的水混合均匀制成泥团,该泥团受到高于某一个数值剪应力作用后,可以塑造成任何形状,当去除应力泥团能保持其形状,这种性质称为可塑性。(2.5晶胞参数:表示晶胞的形状和大小可用六个参数即三条边棱的长度a、b、c和三条边棱的夹角α、β、γ即为晶胞参数。 14一级相变:体系由一相变为另一相时,如两相的化学势相等但化学势的一级偏微商(一级导数)不相等的称为一级相变。 15二次再结晶:是液相独立析晶:是在转熔过程中发生的,由于冷却速度较快,被回收的晶相有可能会被新析出的固相包裹起来,使转熔过程不能继续进行,从而使液相进行另一个单独的析晶过程,就是液相独立析晶。(2.5) 16泰曼温度:反应物开始呈现显著扩散作用的温度。(2.5) 17晶子假说:苏联学者列别捷夫提出晶子假说,他认为玻璃是高分散晶体(晶子)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,玻璃的结构特征为微不均匀性和近程有序性。无规则网络假说: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。晶体结构网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没有规律性。 18正尖晶石;二价阳离子分布在1/8四面体空隙中,三价阳离子分布在l/2八面体空隙的尖晶石。 19液相独立析晶:是在转熔过程中发生的,由于冷却速度较快,被回收的晶相有可能会被

无机材料科学基础习题与解答

4.1 名词解释(a )弗伦克尔缺陷与肖特基缺陷;(b )刃型位错和螺型位错 (c )类质同象与同质多晶解:(a )当晶体热振动时,一些能量足够大的原子离开平衡位置而挤到晶格点的间隙中,形成间隙原子,而原来位置上形成空位,这种缺陷称为弗伦克尔缺陷。如果正常格点上原子,热起伏后获得能量离开平衡位置,跃迁到晶体的表面,在原正常格点上留下空位,这种缺陷称为肖特基缺陷。(b )滑移方向与位错线垂直的位错称为刃型位错。位错线与滑移方向相互平行的位错称为螺型位错。(c )类质同象:物质结晶时,其晶体结构中部分原有的离子或原子位置被性质相似的其它离子或原子所占有,共同组成均匀的、呈单一相的晶体,不引起键性和晶体结构变化的现象。同质多晶:同一化学组成在不同热力学条件下形成结构不同的晶体的现象。 6-3 名词解释(并比较其异同) ⑴晶子学说:玻璃内部是由无数“晶子”组成,微晶子是带有晶格变形的有序区域。它们分散在无定形介中质,晶子向无定形部分过渡是逐渐完成 时,二者没有明显界限。 无规则网络学说: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。晶体结构网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没有规律性。 ⑵单键强:单键强即为各种化合物分解能与该种化合物配位数的商。 ⑶分化过程:架状[SiO 4]断裂称为熔融石英的分化过程。 缩聚过程:分化过程产生的低聚化合物相互发生作用,形成级次较高的聚合物,次过程为缩聚过程。 ⑷网络形成剂:正离子是网络形成离子,对应氧化物能单独形成玻璃。即凡氧化物的单键能/熔点﹥0.74kJ/mol .k 者称为网络形成剂。 网络变性剂: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,即单键强/熔点﹤ 0.125kJ/mol .k 者称为网络变形剂。 5.1试述影响置换型固溶体的固溶度的条件。 解:1.离子尺寸因素 :从晶体稳定性考虑,相互替代的离子尺寸愈相近,则固溶体愈稳定。若以r 1和r 2分别代表半径大和半径小的两种离子的半径。当它们半径差< 15%时,形成连续置换型固溶体。若此值在15~30%时,可以形成有限置换型固溶体。而此值>30%时,不能形成固溶体。 2、晶体的结构类型:形成连续固溶体的两个组分必须具有完全相同的晶体结构。结构不同最多只能生成有限固溶体。 3、离子的电价因素:只有离子价相同或复合替代离子价总和相同时,才可能形成连续置换型固溶体。 4、电负性因素:电负性相近,有利于固溶体的生成。 4.2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CaCl2中Ca2+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。 解:晶体结构中的点缺陷类型共分:间隙原子、空位和杂质原子等三种。在MX 晶体中,间隙原子的表示符号为MI 或XI ;空位缺陷的表示符号为:VM 或VX 。如果进入MX 晶体的杂质原子是A ,则其表示符号可写成:AM 或AX (取代式)以及Ai (间隙式)。 当CaCl2中Ca2+置换KCl 中K+而出现点缺陷,其缺陷反应式如下: CaCl 2++2Cl Cl CaCl2中Ca2+进入到KCl 间隙中而形成点缺陷的反应式为: CaCl 2+2 +2Cl Cl 4.3在缺陷反应方程式中,所谓位置平衡、电中性、质量平衡是指什么? 解:位置平衡是指在化合物MaXb 中,M 格点数与X 格点数保持正确的比例关系,即M :X=a :b 。电中性是指在方程式两边应具有相同的有效电荷。质量平衡是指方程式两边应保持物质质量的守恒。 4.4(a )在CaF2晶体中,肖特基缺陷的生成能为2.8ev ,计算在25℃和1600℃时热缺陷的浓度。 (b )如果MgO 晶体中,含有百万分之一mol 的YF3杂质,则在1600℃时,CaF3晶体中是热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势?说明原因。 解:因为n/N=exp (-?Gf/2kT ) ?Gf=5.5×1.602×10-19=8.817×10-19J T=1600+273=1873K 所以 n/N=exp (-8.817×10-19/2×1.38×10-23×1873)= exp (-17.056)=3.9×10-8 (5分) 在CaF2晶体中,含有百分之一的YF3 杂质,缺陷方程如下: F i Ca CaF F F Y YF 2'32 ++??→?? 此时产生的缺陷为' i F ,]['i F =10-6大于热缺陷浓度3.9×10-8,故在1873K 时杂质缺陷占优势 或 F Ca Ca CaF F V Y YF 622''32 ++??→?? ) 此时产生的缺陷为 ' 'Ca V ,][''Ca V =5.5×10-7大于热缺陷浓度3.9×10-8,故在1873K 时杂质缺陷占优势 5.6 ZnO 是六方晶系,a=0.3242nm ,c=0.5195nm ,每个晶胞中含2个ZnO 分子,测得晶体密度分别为5.74,5.606 g/cm 3,求这两种情况下各产生什么型式的固溶体?

无机材料科学基础课后习题答案第六章共21页文档

第六章答案 6-1 略。 6-2 什么是吉布斯相律?它有什 么实际意义? 解:相律是吉布斯根据热力学原理 得出的相平衡基本定律,又称吉布斯相律,用于描述达到相平衡时系统中自由度数与组分数和相数之间的关系。一般形式的数学表达式为F=C-P+2。其中F为自由度数,C为组分数,P为相数,2代表温度和压力两个变量。应用相率可以很方便地确定平衡体系的自由度数。 6-3 固体硫有两种晶型,即单斜硫、斜方硫,因此,硫系统可能有四个相,如果某人实验得到这四个相平衡共存,试判断这个实验有无问题? 解:有问题,根据相律,F=C-P+2=1-P+2=3-P,系统平衡时,F=0 ,则P=3 ,硫系统只能是三相平衡系统。 图 6-1 图6-2 6-4 如图6-1是钙长石(CaAl 2Si 2 O)的单元系统相图,请根据相图回解: (1)六方、正交和三斜钙长石的熔点各是多少?(2)三斜和六方晶型的转变是可逆的还是不可逆的?你是如何判断出来的?(3)正交晶型是热力学稳定态?还是介稳态?

解:(1)六方钙长石熔点约1300℃(B点),正钙长石熔点约1180℃(C点),三斜钙长石的熔点约为1750℃(A点)。 (2)三斜与六方晶型的转变是可逆的。因为六方晶型加热到转变温度会转变成三斜晶型,而高温稳定的三斜晶型冷却到转变温度又会转变成六方晶型。 (3)正交晶型是介稳态。 6-5 图6-2是具有多晶转变的某物质的相图,其中DEF线是熔体的蒸发曲线。KE是晶型 I的升华曲线;GF是晶型II的升华曲线;JG是晶型III的升华曲线,回答下列问题:(1)在图中标明各相的相区,并写出图中各无变量点的相平衡关系;(2)系统中哪种晶型为稳定相?哪种晶型为介稳相?(3)各晶型之间的转变是可逆转变还是不可逆转变? 解:(1)KEC为晶型Ⅰ的相区,EFBC 过冷液体的介稳 区,AGFB晶型Ⅱ的介稳区,JGA晶型Ⅲ的介稳区,CED是液相区,KED 是气相区; (2)晶型Ⅰ为稳定相,晶型Ⅱ、Ⅲ为介稳相;因为晶型Ⅱ、Ⅲ的蒸汽压高于晶型Ⅰ的,即它们的自由能较高,有自发转变为自由能较低的晶型Ⅰ的趋势; (3)晶型Ⅰ转变为晶型Ⅱ、Ⅲ是单向的,不可逆的,多晶转变点的温度高于两种晶型的熔点;晶型Ⅱ、Ⅲ之间的转变是可逆的,双向的,多晶转变点温度低于Ⅱ、Ⅲ的熔点。 6-6 在SiO 2 系统相图中,找出两个可逆多晶转变和两个不可逆多晶转变的例子。 解:可逆多晶转变:β-石英←→α-石英α-石英←→α-鳞石英 不可逆多晶转变:β-方石英←→β-石英γ-鳞石英←→β-石英 6-7 C 2S有哪几种晶型?在加热和冷却过程中它们如何转变?β-C 2 S为什 么能自发地转变成γ-C 2S?在生产中如何防止β-C 2 S 转变为γ-C 2 S?

无机材料科学基础 陆佩文 课后答案

2-1 名词解释(a )弗伦克尔缺陷与肖特基缺陷;(b )刃型位错和螺型位错 (c )类质同象与同质多晶 解:(a )当晶体热振动时,一些能量足够大的原子离开平衡位置而挤到晶格点的间隙中,形成间隙原子,而原来位置上形成空位,这种缺陷称为弗伦克尔缺陷。如果正常格点上原子,热起伏后获得能量离开平衡位置,跃迁到晶体的表面,在原正常格点上留下空位,这种缺陷称为肖特基缺陷。(b )滑移方向与位错线垂直的位错称为刃型位错。位错线与滑移方向相互平行的位错称为螺型位错。(c )类质同象:物质结晶时,其晶体结构中部分原有的离子或原子位置被性质相似的其它离子或原子所占有,共同组成均匀的、呈单一相的晶体,不引起键性和晶体结构变化的现象。同质多晶:同一化学组成在不同热力学条件下形成结构不同的晶体的现象。 2-6(1)在CaF 2晶体中,弗仑克尔缺陷形成能为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?(k =1.38×10-23J/K ) (2)如果CaF 2晶体中,含有百万分之一的YF 3杂质,则在1600℃时,CaF 2晶体中时热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势?说明原因。 解:(1)弗仑克尔缺陷形成能为2.8eV ,小于肖特基缺陷形成能5.5eV ,所以CaF 2晶体中主要是弗仑克尔缺陷,肖特基缺陷可忽略不计。-----------1分 当T =25℃=298K 时,热缺陷浓度为: 242319298 1006.2)2981038.1210602.18.2exp()2exp(---?=?????-=?-=??? ??kT G N n f ----2分 当T =1600℃=1873K 时,热缺陷浓度为: 423191873 107.1)18731038.1210602.18.2exp()2exp(---?=?????-=?-=??? ??kT G N n f -----2分 (2)CaF 2中含百万分之一(10- 6)的YF 3时的杂质缺陷反应为: Ca F Ca CaF V F Y YF ''++??→??62223 由此可知:[YF3]=2[Ca V ''],所以当加入10- 6YF3时,杂质缺陷的浓度为: 73105][2 1][-?==''YF V Ca 杂--------------------1分 此时,在1600℃下的热缺陷计算为: Ca i Ca V Ca Ca ''+→?? x x +5×10- 7 则:8241089.2)107.1()exp(][]][[--???=?=?-==''kT G k Ca V Ca f Ca Ca i 即:871089.21 )105(--?=?+x x ,x ≈8.1×10-4 热缺陷浓度: 4101.8][-?=≈''x V Ca 热------------------1分

无机材料科学基础习题答案

第一章晶体几何基础 1-1 解释概念: 等同点:晶体结构中,在同一取向上几何环境和物质环境皆相同的点。 空间点阵:概括地表示晶体结构中等同点排列规律的几何图形。 结点:空间点阵中的点称为结点。 晶体:内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体。 对称:物体相同部分作有规律的重复。 对称型:晶体结构中所有点对称要素(对称面、对称中心、对称轴和旋转反伸轴)的集合为对称型,也称点群。 晶类:将对称型相同的晶体归为一类,称为晶类。 晶体定向:为了用数字表示晶体中点、线、面的相对位置,在晶体中引入一个坐标系统的过程。 空间群:是指一个晶体结构中所有对称要素的集合。 布拉菲格子:是指法国学者 A.布拉菲根据晶体结构的最高点群和平移群对称及空间格子的平行六面体原则,将所有晶体结构的空间点阵划分成14种类型的空间格子。 晶胞:能够反应晶体结构特征的最小单位。 晶胞参数:表示晶胞的形状和大小的6个参数(a、b、c、α 、β、γ ). 1-2 晶体结构的两个基本特征是什么?哪种几何图形可表示晶体的基本特征? 解答:⑴晶体结构的基本特征: ①晶体是内部质点在三维空间作周期性重复排列的固体。 ②晶体的内部质点呈对称分布,即晶体具有对称性。 ⑵14种布拉菲格子的平行六面体单位格子可以表示晶体的基本特征。 1-3 晶体中有哪些对称要素,用国际符号表示。 解答:对称面—m,对称中心—1,n次对称轴—n,n次旋转反伸轴—n 螺旋轴—ns ,滑移面—a、b、c、d 1-5 一个四方晶系的晶面,其上的截距分别为3a、4a、6c,求该晶面的晶面指数。 解答:在X、Y、Z轴上的截距系数:3、4、6。 截距系数的倒数比为:1/3:1/4:1/6=4:3:2 晶面指数为:(432) 补充:晶体的基本性质是什么?与其内部结构有什么关系? 解答:①自限性:晶体的多面体形态是其格子构造在外形上的反映。 ②均一性和异向性:均一性是由于内部质点周期性重复排列,晶体中的任何一部分在结构上是相同的。异向性是由于同一晶体中的不同方向上,质点排列一般是不同的,因而表现出不同的性质。 ③对称性:是由于晶体内部质点排列的对称。 ④最小内能和最大稳定性:在相同的热力学条件下,较之同种化学成分的气体、液体及非晶质体,晶体的内能最小。这是规则排列质点间的引力和斥力达到平衡的原因。 晶体的稳定性是指对于化学组成相同,但处于不同物态下的物体而言,晶体最为稳定。自然界的非晶质体自发向晶体转变,但晶体不可能自发地转变为其他物态。

无机材料科学基础复习重点

第二章、晶体结构缺陷 1、缺陷的概念 2、热缺陷(弗伦克尔缺陷、肖特基缺陷) 热缺陷是一种本征缺陷、高于0K就存在,热缺陷浓度的计算 影响热缺陷浓度的因数:温度和热缺陷形成能(晶体结构) 弗伦克尔缺陷肖特基缺陷 3、杂质缺陷、固溶体 4、非化学计量化合物结构缺陷(半导体) 种类、形成条件、缺陷的计算等 5、连续置换型固溶体的形成条件 6、影响形成间隙型固溶体的因素 7、组分缺陷(补偿缺陷):不等价离子取代 形成条件、特点(浓度取决于掺杂量和固溶度) 缺陷浓度的计算、与热缺陷的比较 幻灯片6 8、缺陷反应方程和固溶式 9、固溶体的研究与计算 写出缺陷反应方程→固溶式、算出晶胞的体积和重量→理论密度(间隙型、置换型)→和实测密度比较 10、位错概念 刃位错:滑移方向与位错线垂直,伯格斯矢量b与位错线垂直 螺位错:滑移方向与位错线平行,伯格斯矢量b与位错线平行 混合位错:滑移方向与位错线既不平行,又不垂直。 幻灯片7 第三章、非晶态固体 1、熔体的结构:不同聚合程度的各种聚合物的混合物 硅酸盐熔体的粘度与组成的关系 2、非晶态物质的特点 3、玻璃的通性 4、 Tg 、Tf ,相对应的粘度和特点 5、网络形成体、网络改变(变性)体、网络中间体 玻璃形成的结晶化学观点:键强,键能 6、玻璃形成的动力学条件 (相变),3T图 7、玻璃的结构学说(二种玻璃结构学说的共同之处和不同之处) 8、玻璃的结构参数 Z可根据玻璃类型定,先计算R,再计算X、Y 注意网络中间体在其中的作用。 9、硅酸盐晶体与硅酸盐玻璃的区别 10、硼的反常现象 幻灯片8 第四章、表面与界面 1、表面能和表面张力,表面的特征 2、润湿的概念、定义、计算;槽角、二面角的计算 改善润湿的方法:去除表面吸附膜(提高固体表面能)、

无机材料科学基础答案第六,七,九,十章习题答案

6-1 略。 6-2 什么是吉布斯相律?它有什么实际意义? 解:相律是吉布斯根据热力学原理得出的相平衡基本定律,又称吉布斯相律,用于描述达到相平衡时系统中自由度数与组分数和相数之间的关系。一般形式的数学表达式为F=C-P+2。其中F为自由度数,C为组分数,P为相数,2代表温度和压力两个变量。应用相率可以很方便地确定平衡体系的自由度数。 6-3 固体硫有两种晶型,即单斜硫、斜方硫,因此,硫系统可能有四个相,如果某人实验得到这四个相平衡共存,试判断这个实验有无问题? 解:有问题,根据相律,F=C-P+2=1-P+2=3-P,系统平衡时,F=0 ,则P=3 ,硫系统只能是三相平衡系统。 图 6-1 图6-2 6-4 如图6-1是钙长石(CaAl2Si2O)的单元系统相图,请根据相图回解:(1)六方、正交和三斜钙长石的熔点各是多少?(2)三斜和六方晶型的转变是可逆的还是不可逆的?你是如何判断出来的?(3)正交晶型是热力学稳定态?还是介稳态? 解:(1)六方钙长石熔点约1300℃(B点),正钙长石熔点约1180℃(C点),三斜钙长石的熔点约为1750℃(A点)。 (2)三斜与六方晶型的转变是可逆的。因为六方晶型加热到转变温度会转变成三斜晶型,而高温稳定的三斜晶型冷却到转变温度又会转变成六方晶型。 (3)正交晶型是介稳态。

6-5 图6-2是具有多晶转变的某物质的相图,其中DEF线是熔体的蒸发曲线。 KE是晶型 I的升华曲线;GF是晶型II的升华曲线;JG是晶型III的升华曲线,回答下列问题:(1)在图中标明各相的相区,并写出图中各无变量点的相平衡关系;(2)系统中哪种晶型为稳定相?哪种晶型为介稳相?(3)各晶型之间的转变是可逆转变还是不可逆转变? 解:(1)KEC为晶型Ⅰ的相区,EFBC 过冷液体的介稳区,AGFB晶型Ⅱ的介稳区, JGA晶型Ⅲ的介稳区,CED是液相区,KED是气相区; (2)晶型Ⅰ为稳定相,晶型Ⅱ、Ⅲ为介稳相;因为晶型Ⅱ、Ⅲ的蒸汽压高于晶型Ⅰ的,即它们的自由能较高,有自发转变为自由能较低的晶型Ⅰ的趋势; (3)晶型Ⅰ转变为晶型Ⅱ、Ⅲ是单向的,不可逆的,多晶转变点的温度高于两种晶型的熔点;晶型Ⅱ、Ⅲ之间的转变是可逆的,双向的,多晶转变点温度低于Ⅱ、Ⅲ的熔点。 6-6 在SiO2系统相图中,找出两个可逆多晶转变和两个不可逆多晶转变的例子。 解:可逆多晶转变:β-石英←→α-石英α-石英←→α-鳞石英 不可逆多晶转变:β-方石英←→β-石英γ-鳞石英←→β-石英 6-7 C2S有哪几种晶型?在加热和冷却过程中它们如何转变?β-C2S为什么能自发地转变成γ-C2S?在生产中如何防止β-C2S 转变为γ-C2S? 解:C2S有、、、四种晶型,它们之间的转变如右图所示。由于β-C2S 是一种热力学非平衡态,没有能稳定存在的温度区间,因而在相图上没有出现β-C2S的相区。C3S和β-C2S 是硅酸盐水泥中含量最高的两种水硬性矿物,但当水泥熟料缓慢冷却时,C3S将会分解,β-C2S将转变为无水硬活性的γ-C2S。为了避免这种情况的发生,生产上采取急冷措施,将C3S和β-C2S迅速越过分解温度或晶型转变温度,在低温下以介稳态保存下来。

无机材料科学基础第九章习题

第九章习题与答案 一、判断正误 1、烧结中始终可以只有一相是固态。(对) 2、液相烧结与固相烧结的推动力都是表面能。(对) 3、二次再结晶对坯体致密化有利。(错) 4、扩散传质中压应力区空位浓度<无应力区空位浓度<张应力区空位浓度。(对) 5、晶粒长大源于小晶体的相互粘结。(错) 6、一般来说,晶界是气孔通向烧结体外的主要扩散通道。一般来说,晶界是杂质的富集之 地。(对) 二、填空 1、烧结的主要传质方式有:蒸发-凝聚传质、扩散传质、流动传质和溶解-沉淀传质四种,这四种传质过程的坯体线收缩ΔL/L与烧结时间的关系依次为ΔL/L=0、ΔL/L~t2/5、ΔL/L~t和ΔL/L~t1/3。 三、选择 1、在烧结过程中,只改变气孔形状不引起坯体收缩的传质方式是(a、c)。 a.表面扩散 b.流动传质 c.蒸发-凝聚 d.晶界扩散 2、在烧结过程中只改变坯体中气孔的形状而不引起坯体致密化的传质方式是(b)。 a. 流动传质 b. 蒸发—凝聚传质 c. 溶解—沉淀 d. 扩散传质 四、问答题 1、典型的传质过程有哪些?各采用什么烧结模型?分析产生的原因是什么? 答:典型的传质过程有:固相烧结的蒸发-凝聚传质、扩散传质,液相烧结的流动传质、溶解-沉淀传质。 固相烧结的蒸发-凝聚传质过程采用中心距不变的双球模型。 固相烧结的扩散传质、液相烧结的流动传质、溶解-沉淀传质过程采用中心距缩短的双球模型。 原因:蒸发—冷凝:压力差ΔP;扩散传质:空位浓度差ΔC;流动传质:应力—应变; 溶解—沉淀:溶解度ΔC(大、小晶粒溶解度不同;自由表面与点接触溶解度)。 2、试述烧结的推动力和晶粒生长的推动力。并比较两者的大小。 答:烧结推动力是粉状物料的表面能(γsv)大于多晶烧结体的晶界能(γgb),即γsv>γgb。 晶粒生长的推动力是晶界两侧物质的自由焓差,使界面向晶界曲率半径小的晶粒中心推进。 烧结的推动力较大,约为4~20J/g。晶粒生长的推动力较小,约为0.4~2J/g,因而烧结推动力比晶粒生长推动力约大十倍。 3、在制造透明Al2O3材料时,原始粉料粒度为2μm,烧结至最高温度保温0.5h,测得晶粒尺寸为10μm,试问保温2h,晶粒尺寸多大?为抑制晶粒生长加入0.1%MgO,此时若保温2h,晶粒尺寸又有多大? 解:1、G 2-G02 = kt = 2 μm, G = 10 μm, t = 0.5 h,得 代入数据:G

无机材料科学基础复习资料_百度文库

第三章练习题 一、填空题 1.玻璃具有下列通性:、态转化时物理、化学性能随温度变化的连续性。 2.在硅酸盐熔体中,当以低聚物为主时,体系的粘度 3.物质在熔点时的粘度越越容易形成玻璃,大于,等于,小于)时容易形成玻璃。 4.熔体是物质在液相温度以上存在的一种高能量状态,在冷却的过程中可以出现和分相三种不同的相变过程。 5.当SiO2含量比较高时,碱金属氧化物降低熔体粘度的能力是Li2Na22O。 6. 2Na2O·CaO·Al2O3·2SiO2的玻璃中,结构参数Y为 3 。 7. 从三T曲线可以求出为避免析出10-6分数的晶体所需的临界冷却速率,该速率越小,越容易形成玻璃。 8.NaCl和SiO2两种物质中SiO2 容易形成玻璃,因其具有极性共价键结构。 9.在Na2O-SiO2熔体中,当Na2O/Al2O3<1时,加入Al2O3使熔体粘度降低。 10. 硅酸盐熔体中聚合物种类,数量与熔体组成(O/Si)有关,O/Si比值增大,则熔体中的高聚体[SiO4]数量减少。 11. 硅酸盐熔体中同时存在许多聚合程度不等的负离子团,其种类、大小和复杂程度随熔体的组成和温度而变。当温度不变时,熔体中碱性氧化物含量增加, O/Si比值增大,这时熔体中高聚体数量减少。 二、问答题 1.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B2O3后熔体粘度的变化?为什么? 答:1) 熔体粘度对玻璃形成具有决定性作用。熔体在熔点时具有很大粘度,并且粘度随温度降低而剧烈地升高时,容易形成玻璃。 2) 在硅酸盐熔体中,加入R2O,随着O/Si比增加,提供游离氧,桥氧数减小,硅氧网络断裂,使熔体粘度显著减小。加入RO,提供游离氧,使硅氧网络断裂,熔体粘度降低,但是由于R的场强较大,有一定的集聚作用,降低的幅度较小。加入B2O3,加入量少时,B2O3处于三度空间连接的[BO4]四面体中,使结构网络聚集紧密,粘度上升。随着B2O3含量增加,B开始处于[BO3]三角形中使结构网络疏松,粘度下降。 3+2+ 1当我排队等着站上小便池的时候有人已经在大便池先尿了■■■■■■■■■■■■张为政整理■■■■■■■■■■■■勿删■■■■■■■■■■■■ 2.试阐述网络形成体和网络变性体。 玻璃网络形成体:其单键强度>335KJ/MOL。这类氧化物能单独形成玻璃。 网络变性体:其单键强度<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。

无机材料科学基础课后习题答案(6)

6-1 说明熔体中聚合物形成过程? 答:聚合物的形成是以硅氧四面体为基础单位,组成大小不同的聚合体。 可分为三个阶段初期:石英的分化; 中期:缩聚并伴随变形; 后期:在一定时间和一定温度下,聚合和解聚达到平衡。6-2 简述影响熔体粘度的因素? 答:影响熔体粘度的主要因素:温度和熔体的组成。 碱性氧化物含量增加,剧烈降低粘度。 随温度降低,熔体粘度按指数关系递增。 6-3 名词解释(并比较其异同) ⑴晶子学说和无规则网络学说 ⑵单键强 ⑶分化和缩聚 ⑷网络形成剂和网络变性剂

答:⑴晶子学说:玻璃内部是由无数“晶子”组成,微晶子是带有晶格变形的有序区域。它们分散在无定形介中质,晶子向无 定形部分过渡是逐渐完成时,二者没有明显界限。 无规则网络学说: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。晶体结构网 是由多面体无数次有规律重复构成,而玻璃中结构多 面体的重复没有规律性。 ⑵单键强:单键强即为各种化合物分解能与该种化合物配位数的商。 ⑶分化过程:架状[SiO4]断裂称为熔融石英的分化过程。 缩聚过程:分化过程产生的低聚化合物相互发生作用,形成级次较高的聚合物,次过程为缩聚过程。 ⑷网络形成剂:正离子是网络形成离子,对应氧化物能单独形成玻 璃。即凡氧化物的单键能/熔点﹥0.74kJ/mol.k 者称为网 络形成剂。 网络变性剂: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,即单键强/熔点﹤0.125kJ/mol.k者称 为网络变形剂。

6-4 试用实验方法鉴别晶体SiO2、SiO2玻璃、硅胶和SiO2熔体。它们的结构有什么不同? 答:利用X—射线检测。 晶体SiO2—质点在三维空间做有规律的排列,各向异性。 SiO2熔体—内部结构为架状,近程有序,远程无序。 SiO2玻璃—各向同性。 硅胶—疏松多孔。 6-5 玻璃的组成是13wt%Na2O、13wt%CaO、74wt%SiO2,计算桥氧分数? 解: Na2O CaO SiO2 wt% 13 13 74 mol 0.21 0.23 1.23 mol% 12.6 13.8 73.6 R=(12.6+13.8+73.6 ×2)/ 73.6=2.39 ∵Z=4 ∴X=2R﹣Z=2.39×2﹣4=0.72 Y=Z﹣X= 4﹣0.72=3.28 氧桥%=3.28/(3.28×0.5+0.72) =69.5%

无机材料科学基础试卷资料

1. 不一致熔融化合物,连线规则 答:不一致熔化合物是一种不稳定的化合物,加热到一定温度会发生分解,分解产物是一种液相和一种固相,液相和固相的组成与化合物组成都不相同。(2.5分) 连线规则:将一界线(或其延长线)与相应的连线(或其延长线)相交,其交点是该界线上的温度最高点。(2.5分) 2. 非本征扩散,稳定扩散 非本征扩散:受固溶引入的杂质离子的电价和浓度等外界因素所控制的扩散。或由不等价杂质离子取代造成晶格空位,由此而引起的质点迁移。(2.5) 稳定扩散:若扩散物质在扩散层dx内各处的浓度不随时间而变化,即dc/dt=0。这种扩散称稳定扩散。(2.5分) 3. 非均匀成核, 一级相变 非均匀成核:是指借助于表面、界面、微粒裂纹器壁以及各种催化位置等而形成晶核的过程一级相变:体系由一相变为另一相时,如两相的化学势相等但化学势的一级偏微商(一级导数)不相等的称为一级相变。(2.5) 4. 晶粒生长,二次再结晶 晶粒生长:平衡晶粒尺寸在不改变其分布的情况下,连续增大的过程。(2.5分) 二次再结晶:是少数巨大晶粒在细晶消耗时成核长大的过程。(2.5分) 5. 一致熔融化合物,三角形规则 答:一致熔融化合物是一种稳定的化合物,与正常的纯物质一样具有固定的熔点,熔化时,产生的液相与化合物组成相同。(2.5分) 三角形规则:原始熔体组成点所在副三角形的三个顶点表示的物质即为其结晶产物;与这三个物质相应的初初晶区所包围的三元无变量点是其结晶结束点。(2.5分) 6. 晶粒生长,二次再结晶 晶粒生长:平衡晶粒尺寸在不改变其分布的情况下,连续增大的过程。(2.5分) 二次再结晶:是少数巨大晶粒在细晶消耗时成核长大的过程。(2.5分) 7.液相独立析晶,切线规则 答:液相独立析晶:是在转熔过程中发生的,由于冷却速度较快,被回收的晶相有可能会被新析出的固相包裹起来,使转熔过程不能继续进行,从而使液相进行另一个单独的析晶过程,就是液相独立析晶。(2.5) 切线规则:将界线上某一点所作的切线与相应的连线相交,如交点在连线上,则表示界线上该处具有共熔性质;如交点在连线的延长线上,则表示界线上该处具有转熔性质,远离交点的晶相被回吸。 8.本征扩散,不稳定扩散, .答:本征扩散:空位来源于晶体结构中本征热缺陷,由此而引起的质点迁移。(2.5)不稳定扩散:扩散物质在扩散层dx内的浓度随时间而变化,即dc/dt≠0。这种扩散称为不稳定扩散。(2.5分) 9.均匀成核,二级相变, 答:均匀成核是晶核从均匀的单相熔体中产生的过程。(2.5分) 相变时两相化学势相等,其一级偏微商也相等,但二级偏微商不等的相变。(2.5分)10.烧结,泰曼温度 答:烧结:由于固态中分子(或原子)的相互吸引,通过加热,使粉末体产生颗粒粘结,经过物质迁移使粉末体产生强度并导致致密化和再结晶的过程。(2.5) 泰曼温度:反应物开始呈现显著扩散作用的温度。(2.5)

无机材料科学基础习题课习题解答

1,(a)在MgO晶体中,肖特基缺陷的生成能为6ev,计算在25℃和1600℃时热缺陷的浓度。(b)如果MgO晶体中,含有百万分之一mol的Al2O3杂质,则在1600℃时,MgO晶体中是热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势?说明原因。 解:(a)根据热缺陷浓度公式: exp(-) 由题意△G=6ev=6×1.602×10-19=9.612×10-19J K=1.38×10-23 J/K T1=25+273=298K T2=1600+273=1873K 298K:exp=1.92×10-51 1873K:exp=8×10-9 (b)在MgO中加入百万分之一的Al2O3杂质,缺陷反应方程为: 此时产生的缺陷为[ ]杂质。 而由上式可知:[Al2O3]=[ ]杂质 ∴当加入10-6 Al2O3时,杂质缺陷的浓度为 [ ]杂质=[Al2O3]=10-6 由(a)计算结果可知:在1873 K,[]热=8×10-9 显然:[ ]杂质>[ ]热,所以在1873 K时杂质缺陷占优势。 2,非化学计量化合物FexO中,Fe3+/Fe2+=0.1,求FexO中的空位浓度及x值。 解:非化学计量化合物Fe x O,可认为是α(mol)的Fe2O3溶入FeO中,缺陷反应式为: Fe2O32Fe+ V+3O O α2αα 此非化学计量化合物的组成为: Fe Fe O 已知:Fe3+/Fe2+=0.1 则: ∴α=0.044 ∴x=2α+(1-3α)=1-α=0.956

又:∵[V3+]=α=0.044 正常格点数N=1+x=1+0.956=1.956 ∴空位浓度为 3,试写出少量MgO掺杂到Al2O3中和少量YF3掺杂到CaF2中的缺陷方程。(a)判断方程的合理性。(b)写出每一方程对应的固溶式。 解:3MgO2++3OO (1) 2MgO2+ +2O O(2) YF3Y+F+2F F (3) 2YF32Y++6F F (4) (a)书写缺陷方程首先考虑电价平衡,如方程(1)和(4)。在不等价置换时,3Mg2+→2Al3+;2Y3+→3Ca2+。这样即可写出一组缺陷方程。其次考虑不等价离子等量置换,如方程(2)和(3)2Mg2+→2Al3+;Y3+→Ca2+。这样又可写出一组缺陷方程。在这两组方程中,从结晶化学的晶体稳定性考虑,在离子晶体中除萤石型晶体结构可以产生间隙型固溶体以外,由于离子晶体中阴离子紧密堆积,间隙阴离子或阳离子都会破坏晶体的稳定性。因而间隙型缺陷在离子晶体中(除萤石型)较少见。上述四个方程以(2)和(3)较合理。当然正确的判断必须用固溶体密度测定法来决定。 (b)(1) (2) (3) (4) 4, 5,一块金黄色的人造黄玉,化学分析结果认为,是在Al2O3中添加了0.5mol%NiO和0.02mol% Cr2O3。试写出缺陷反应方程(置换型)及化学式。 解:NiO和Cr2O3固溶入Al2O3的缺陷反应为: 2NiO2++2O O Cr2O3 固溶体分子式为:Cr 取1mol试样为基准,则

无机材料科学基础综合测试9知识讲解

无机材料科学基础综 合测试9

测试九问答与计算 1.(5分)Si和Al的原子量非常接近(分别为28.09和26.98),但SiO 2及Al 2 O 3 的密度相差很大(分别为 2.65 g/cm3及 3.96 g/cm3)试运用晶体结 构及鲍林规则说明这一差别。 2.(15分)石墨、云母和高岭石具有相似的结构,请分析它们结构的区别以及由此引起的性质上的差异。 3.(1)(5分)在MgO晶体中,肖特基缺陷的生成能为6 ev,分别计算 25 ℃和 1600℃时热缺陷的浓度。(2)(5分)如果MgO晶体中,含有百万 分之一的Al 2O 3 杂质,则在 1600 ℃时,MgO晶体中是热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势?请说明原因。 4.(15分)非化学计量缺陷的浓度与周围气氛的性质、压力大小相关,如果增大周围氧气的分压,非化学计量化合物的密度将发生怎样的变化?为什么? 5.(10分)在组成为16Na 2O.xB 2 O 3 .(84-x)SiO 2 的熔体中,当x<15 mol%时,增加B 2 O 3 的含量使粘度升高;当x> 15mol%时,增加B 2 O 3 的含量,反而会 使粘度降低,为什么? 6.(10分)用Na 2CO 3 和Na 2 SiO 3 分别稀释同一粘土泥浆,试比较电解质加入量相同时,两种泥浆的流动性、触变性和坯体致密度的大小。 7.(10分)试说明中各项所代表的意义,并解释同样是间隙扩散机构,为什么在相同的温度下,杂质在介质中的扩散系数比介质本身形成间隙离子的扩散系数大? 8.(10分)扩散系数与哪些因素有关?为什么?为什么可以认为浓度梯度大小基本上不影响D值,但浓度梯度大则扩散得快又如何解释? 9.(1)(8分)当测量氧化铝-水化物的分解速率时,一个学生发现在等温实验期间,重量损失随时间线性增加到50%左右。超出50%时重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℃增加到 493℃时速率增大10倍,试计算反应活化能。(2)(7分)何谓矿化剂?在固相反应中加入少量矿化剂可促进反应加速进行,解释其原因。 10.(10分)为什么在成核生长机理相变中,要有一点过冷或过热才能发生相变?什么情况下需要过冷,什么情况下需要过热? 11.(10分)当球形晶核在液态中形成时,整个自由焓的变化ΔG=4πr2γ+4/3πr3ΔGv,式中r为球形晶核的半径,γ为液态中晶核的表面能,ΔGv 为液相中单位体积晶核形成的体积自由焓变。求证晶核的临界半径r c 和成核势垒ΔG c 。如在液态中形成边长为a的立方体晶核时,求晶核的临界立方体边 长a c 和成核势垒ΔG c 。 12.(10分)在 1500 ℃MgO正常晶粒长大期间,观察到晶体在 1小时内从 1 μm直径长大到10 μm。如已知晶界扩散能为60 kcal/mol,试推测在1600 ℃下 4小时后晶粒的大小,并解释为什么在烧结粉末体中加入少量添加物可促进烧结?

无机材料科学基础答案第十章

10-1 名词解释:烧结烧结温度泰曼温度液相烧结固相烧结初次再结晶晶粒长大二次再结晶 (1)烧结:粉末或压坯在低于主要组分熔点的温度下的热处理,目的在于通过颗粒间的冶金结合以提高其强度。 (2)烧结温度:坯体在高温作用下,发生一系列物理化学反应,最后显气孔率接近于零,达到致密程度最大值时,工艺上称此种状态为"烧结",达到烧结时相应的温度,称为"烧结温度"。 (3)泰曼温度:固体晶格开始明显流动的温度,一般在固体熔点(绝对温度)的2/3处的温度。在煅烧时,固体粒子在塔曼温度之前主要是离子或分子沿晶体表面迁移,在晶格内部空间扩散(容积扩散)和再结晶。而在塔曼温度以上,主要为烧结,结晶黏结长大。 (4)液相烧结:烧结温度高于被烧结体中熔点低的组分从而有液相出现的烧结。 (5)固相烧结:在固态状态下进行的烧结。 (6)初次再结晶:初次再结晶是在已发生塑性变形的基质中出现新生的无应变晶粒的成核和长大过程。 (7)晶粒长大:是指多晶体材料在高温保温过程中系统平均晶粒尺寸逐步上升的现象. (8)二次再结晶:再结晶结束后正常长大被抑制而发生的少数晶粒异常长大的现象。 10-2 烧结推动力是什么?它可凭哪些方式推动物质的迁移,各适用于何种烧结机理? 解:推动力有:(1)粉状物料的表面能与多晶烧结体的晶界能的差值, 烧结推动力与相变和化学反应的能量相比很小,因而不能自发进行,必须加热!! (2)颗粒堆积后,有很多细小气孔弯曲表面由于表面张力而产生压力差, (3)表面能与颗粒之间形成的毛细管力。 传质方式:(1)扩散(表面扩散、界面扩散、体积扩散);(2)蒸发与凝聚;(3)溶解与沉淀;(4)黏滞流动和塑性流动等,一般烧结过程中各不同阶段有不同的传质机理,即烧结过程中往往有几种传质机理在起作用。 10-3 下列过程中,哪一个能使烧结体强度增大,而不产生坯体宏观上的收缩? 试说明理由。 (1)蒸发-冷凝;(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

无机材料科学基础

第二章晶体结构与晶体结构中的缺陷 2-1 氯化铯(CsCl)属萤石结构,如果Cs+离子半径为0.170nm,Cl-离子半径为0.181nm,计算球状离子所占据的空间分数(堆积系数)。假设Cs+和Cl-离子沿立方对角线接触。 2-2 (a)MgO具有NaCl结构。根据O2-半径为0.140nm和Mg2+半径为0.072nm,计算球状离子所占据的空间分数(堆积系数)。 (b)计算MgO的密度。 2-3 氧化锂(Li2O)的晶胞结构构成:O2-离子呈面心立方堆积,Li+离子占据所有四面体空隙。计算:(a)晶胞常数;(b)Li2O的密度;(c)O2-离子密堆积的结构格子,其空隙所能容纳的最大正离子半径是多大?(d)有0.01mol%SrO溶于Li2O中的固溶体的密度。(注:Li+离子半径:0.74? ,O2-离子半径:1.40?) 2-4 ThO2 具有CaF2结构。Th4+离子半径为0.100 nm。O2-离子半径为0.140 nm。 (a)实际结构中的Th4+正离子配位数与预计配位数是否一致? (b)结构遵循鲍林规则否? 2-5 石墨、云母和高岭石具有相似的结构。说明他们的结构区别及由此引起的性质上的差异。2-6(a)在氧离子立方密堆中,画出适合于阳离子位置的间隙类型和位置,八面体间隙位置数与氧离子数之比为多少?四面体间隙位置数与氧离子数之比为多少?(b)用键强度和鲍林规则来解释,对于获得稳定的结构各需要何种价离子,其中: 1)所有八面体间隙位置均填满, 2)所有四面体间隙位置均填满, 3)填满一半八面体间隙位置, 4)填满一半四面体间隙位置 并对每一种举出一个结构类型名称和正负离子配位数。 2-7 很简明地说明下列名词的含义:类质同晶现象,同质多象现象,多型现象,反结构(如反萤石结构),倒反结构(如反尖晶石结构)。 2-8 Si 和Al的原子量非常接近(分别为28.09和26.98),但SiO2及Al2O3的密度相差很大(分别为2.65及3.96)。运用晶体结构及鲍林规则说明这一差别。 2-9(a)计算三重配位时阳离子和阴离子半径比的下限。 (b)对B3+(r0=0.20?),O2-(r0=1.40?)。试预测其配位数。 (c)通常实验中观察到的是三角配位,试做出解释。 2-10 (a)在MgO晶体中,肖特基缺陷的生成能为6eV,计算在25℃和1600℃时热缺陷的浓度。(b)如果MgO晶体中,含有百万分之一的Al2O3杂质,则在1600℃时,MgO晶体是热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势?说明原因。 2-11? 对某晶体的缺陷测定生成能为84 kJ/mol,计算该晶体在1000K和1500K时的缺陷浓度。 2-12 ?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CaCl2中Ca2+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。2-13? 非化学计量缺陷的浓度与周围气氛的性质、压力大小相关,如果增大周围氧气的分压,非化学计量化合物Fe1-xO及Zn1+xO的密度将发生怎样的变化?增大?减小?为什么? 2-14 对于MgO、Al2O3和Cr2O3,其正负离子半径分别为0.47、0.36和0.40。Al2O3和Cr2O3形成连续固溶体。(a)这个结果可能吗?为什么?(b)试预计,在MgO—Cr2O3系统中的固溶度是有限还是很大的?为什么? 第三章熔体和玻璃体 名词解释:晶子假说和无规则网络假说;网络形成剂和网络变形剂;单键强

相关文档
最新文档