無機材料科學基礎復習題

1、1、我們把基本上能為同一點陣所貫穿的晶體叫做單晶(體)。由許多小的單晶體按照不同的取向聚集而成的晶體稱為多晶；結構重復的周期很少的稱為微晶。 2、晶胞參數(shù)確定了晶胞的大小與形狀。3、根據(jù)晶體的對稱性，按照有無某種特征對稱元素將晶體分為7個晶系，晶系按對稱性的高低分為三個晶族。4、晶面指數(shù)越大，則該種平面點陣點密度越小，且相鄰兩平面點陣間的距離越小。5、在離子晶體中，一般陰離子半徑較大，主極化能力較低陽離子半徑相對較小，當電價較高時其主極化作用大，而被極化程度較低。6、聚合體的種類、大小和數(shù)量隨熔體組成和溫度而變化。 7、Tg 是玻璃形成溫度，又稱脆性溫度、Tf 是軟化溫度。8、網(wǎng)絡形成體的鍵強

2、比網(wǎng)絡改變體高，在一定溫度和組成時，鍵強愈高，熔體中負離子集團也愈牢固。因此鍵的破壞和重新組合也愈困難，成核勢壘也愈高，故不易析晶而形成玻璃。 9、熔體中質(zhì)點間化學鍵的性質(zhì)對玻璃的形成也有重要的作用。一般地說具有極性共價鍵和半金屬共價鍵的離子才能生成玻璃。10、范得華力來源三方面：定向作用力 (靜電力)、誘導作用力、分散作用力 (色散力)11、空位擴散活化能包括空位形成能和空位遷移能。12、產(chǎn)生二次再結晶的重要原因是粒度不均勻和燒結溫度偏高，防止二次再結晶的有效方法是加添加劑。13、晶界結構按兩個晶粒之間夾角分為小角度晶界和大角度晶界；按晶界兩邊原子排列的連貫性可分為共格、半共格、非共格14、

3、按潤濕的程度，潤濕可分為浸漬潤濕、附著潤濕、鋪展?jié)櫇袢N情況 。名詞解釋：18分 6題非穩(wěn)定擴散：擴散過程中任一點濃度隨時間變化；穩(wěn)定擴散：擴散質(zhì)點濃度分布不隨時間變化。無序擴散：無化學位梯度、濃度梯度、無外場推動力，由熱起伏引起的擴散。質(zhì)點的擴散是無序的、隨機的。本征擴散：主要出現(xiàn)了肖特基和弗蘭克爾點缺陷，由此點缺陷引起的擴散為本征擴散（空位來源于晶體結構中本征熱缺陷而引起的質(zhì)點遷移）；非本征擴散：空位來源于摻雜而引起的質(zhì)點遷移。一級相變：相變時兩相化學勢相等，但化學勢的一級偏微商不相等。發(fā)生一級相變時有潛熱和體積的變化；二級相變：相變時兩相化學勢相等，其一階偏微商也相等，但二階偏微商不相等

4、。發(fā)生二級相變時無潛熱和體積變化，只有熱容量、膨脹系數(shù)和壓縮系數(shù)的變化。（1）燒結：粉料受壓成型后在高溫作用下而致密化的物理過程。燒成：坯體經(jīng)過高溫處理成為制品的過程，燒成包括多種物理變化和化學變化。燒成的含義包括的范圍廣，燒結只是燒成過程中的一個重要部分。（2）晶粒生長：無應變的材料在熱處理時，平均晶粒尺寸在不改變其分布的情況下，連續(xù)增大的過程。二次再結晶：少數(shù)巨大晶粒在細晶消耗時成核長大過程。（3）固相燒結：固態(tài)粉末在適當?shù)臏囟?、壓力、氣氛和時間條件下，通過物質(zhì)與氣孔之間的傳質(zhì)，變?yōu)閳杂?、致密燒結體的過程。液相燒結：有液相參加的燒結過程。晶體的基本特征：自范性、對稱性、各向異性、晶體的均勻

5、性、晶體確定的熔點、晶體對的X-射線衍射 、最小內(nèi)能性對稱操作： 一個物體運動或變換，使得變換后的物體與變換前不可區(qū)分（復原，重合）配位數(shù)：在絡合物中配位數(shù)指的是與中心離子直接成鍵的配位原子數(shù)目。固體表面力：晶體中每個質(zhì)點周圍都存在著一個力場，在晶體內(nèi)部，質(zhì)點力場是對稱的。但在固體表面，質(zhì)點排列的周期重復性中斷，使處于表面邊界上的質(zhì)點力場對稱性破壞，表現(xiàn)出剩余的鍵力。問答題：20分 4題1、什么叫表面張力和表面能 ? 在固態(tài)下和液態(tài)下這兩者有何差別 ? 答：表面張力：垂直作用在單位長度線段上的表面緊縮力或?qū)⑽矬w表面增大一個單位所需作的功。表面能：恒溫、恒壓、恒組成情況下，可逆地增加物系表面積須

6、對物質(zhì)所做的非體積功稱為表面能；液體：不能承受剪應力，外力所做的功表現(xiàn)為表面積的擴展，因為表面張力與表面能數(shù)量是相同的；固體：能承受剪切應力，外力的作用表現(xiàn)為表面積的增加和部分的塑性形變，表面張力與表面能不等。2、一般說來，同一種物質(zhì)，其固體的表面能要比液體的表面能大，試說明原因。 解：同一種物質(zhì)，其液體固體的表面結構不同，液體分子可自由移動，總是通過形成球形表面來降低其表面能；固體則不能，固體質(zhì)點不能自由移動，只能通過表面質(zhì)點的極化、變形、重排來降低系統(tǒng)的表面能，固體表面處于高能量狀態(tài)（由于表面力的存在）。3、濃度差會引起擴散，擴散是否總是從高濃度處向低濃度處進行?為什么?解：擴散的基本推動

7、力是化學位梯度，只不過在一般情況下以濃度梯度的方式表現(xiàn)出來；擴散是從高化學位處流向低化學位處，最終系統(tǒng)各處的化學位相等。如果低濃度處化學勢高，則可進行負擴散，如玻璃的分相過程。4、試比較楊德爾方程和金斯特林格方程的優(yōu)缺點及其適用條件。解：楊德爾方程在反應初期具有很好的適應性，但楊氏模型中假設球形顆粒反應截面積始終不變，因而只適用反應初期轉化率較低的情況。而金氏模型中考慮在反應進程中反應截面積隨反應進程變化這一事實，因而金氏方程適用范圍更廣，可以適合反應初、中期。兩個方程都只適用于穩(wěn)定擴散的情況。5、說明影響燒結的因素？答：（1）粉末的粒度。細顆粒增加了燒結推動力，縮短原子擴散距離，提高顆粒在液

8、相中的溶解度，從而導致燒結過程的加速；（2）外加劑的作用。在固相燒結中，有少量外加劑可與主晶相形成固溶體，促進缺陷增加，在液相燒結中，外加劑改變液相的性質(zhì)（如粘度，組成等），促進燒結。 （3）燒結溫度：晶體中晶格能越大，離子結合也越牢固，離子擴散也越困難，燒結溫度越高。 （4）保溫時間：高溫段以體積擴散為主，以短時間為好，低溫段為表面擴散為主，低溫時間越長，不僅不引起致密化，反而會因表面擴散，改變了氣孔的形狀而給制品性能帶來損害，要盡可能快地從低溫升到高溫，以創(chuàng)造體積擴散條件。（5）氣氛的影響：氧化，還原，中性。 （6）成形壓力影響：一般說成型壓力越大顆粒間接觸越緊密，對燒結越有利。6、固相燒

9、結與液相燒結的主要傳質(zhì)方式？固相燒結與液相燒結之間有何相同與不同之處？答：固相燒結的主要傳質(zhì)方式有蒸發(fā)-凝聚傳質(zhì)和擴散傳質(zhì)，液相燒結的主要傳質(zhì)方式有溶解-沉淀傳質(zhì)和流動傳質(zhì)。固相燒結與液相燒結的共同點是燒結的推動力都是表面能；燒結過程都是由顆粒重排、物質(zhì)傳遞與氣孔充填、晶粒生長等階段組成。不同點是：由于流動傳質(zhì)比擴散傳質(zhì)速度快，因而致密化速率高；固相燒結主要與原料粒度和活性、燒結溫度、氣氛成型壓力等因素有關，液相燒結與液相數(shù)量、液相性質(zhì)、液-固潤濕情況、固相在液相中的溶解度等有關。7、燒結過程是怎樣產(chǎn)生的，各階段的特征是什么?解：燒結過程是經(jīng)過成型的固體粉狀顆粒在加熱到低于熔點溫度的溫度下，產(chǎn)

10、生顆粒粘結；通過物質(zhì)傳遞，使成型題逐漸變成具有一定幾何形狀和性能的整體的過程。燒結初期：顆粒僅發(fā)生重排和鍵和，顆粒和空隙形狀變化很小，頸部相對變化 x/r90 ，不能潤濕。10、當鋅向銅內(nèi)擴散時，已知在x點處鋅的含量為2.51017個鋅原子/cm3， 300時每分鐘每mm2要擴散60個鋅原子，求與x點相距2mm處鋅原子的濃度。（已知鋅在銅內(nèi)的擴散體系中D0=0.3410-14m2s；Q=18.5kJmol）解：看成一維穩(wěn)定擴散，根據(jù)菲克第一定律：，,Cx=2.51017個/cm3，x-x2=2mm，Jx=60個/60Smm2，擴散系數(shù)宏觀表達式 ，D0=0.3410-14m2/s，Q=1.85

11、104J/mol，R=8.314J/molK，T=300+273=573K，D=0.3410-14exp（-3.88）=0.3410-140.02=6.810-17m2/s，Cx=2.51017/10-6=2.51023，C2=cx-2.941019=2.5102311、在制造硅半導體器體中，常使硼擴散到硅單晶中，若在1600K溫度下，保持硼在硅單晶表面的濃度恒定（恒定源半無限擴散），要求距表面10-3cm深度處硼的濃度是表面濃度的一半，問需要多長時間（已知D1600 =810-12cm2/sec）？解：不穩(wěn)定擴散恒定源半無限擴散，已知，已知x=10-3cm，D，求解t=1.25105s=34

12、.7h。12、當一種純液體過冷到平衡凝固溫度 （T0）以下時，固相與液相間的自由焓差越來越負。試證明在溫度T0附近隨溫度變化的關系近似地為：，式中為凝固潛熱。解：，平衡溫度T0時，TT0時，13、為什么在成核一生成機理相變中，要有一點過冷或過熱才能發(fā)生相變 ? 什么情況下需過冷，什么情況下需過熱。 解：由熱力學，平衡時， Tm：相變平衡溫度；H相變熱，溫度T時，系統(tǒng)處于不平衡狀態(tài)，則，要使相變自發(fā)進行，對放熱過程如結晶，凝聚H0,Tm0，必須過冷；對吸熱過程如蒸發(fā)，熔融H0，則T0，必須過熱。14、如在液相中形成邊長為 a 的立方體晶核時，求出“臨界核胚”立方體邊長 a*和 G*。為什么立方體

13、的 G*大于球形 G*? 解：, ，而，當形成體積相同的核時（），立方體表面積（6a3）球形的表面積（），則，。15、試證明均相成核臨界狀態(tài)下，新相界面能與單位體積中舊相和新相之間的自由能差Gv有如下關系：=-r*/（2Gv）（晶胚為球形，r*為晶胚的臨界半徑）解：單位體積中半徑為r的晶胚數(shù)為n，則，得臨界半徑：16、由Al2O3和SiO2粉末反應生成莫來石，過程由擴散控制，擴散活化能為50千卡/摩爾，1400下，一小時完成10%，求1500下，一小時和四小時各完成多少？（應用揚德方程計算）解：由楊德爾方程，代入 T=1400，G=10% t=1h，Q=50kcal/mol，求得k1673=0.001191，根據(jù)求得k1773=0.002791，代入楊德方程求出G1h=15.03，G4h=28.47。17、由Al2O3和SiO