無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)習(xí)題與解答

1、4.1名詞解釋（a）弗倫克爾缺陷與肖特基缺陷；（b）刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)（c）類質(zhì)同象與同質(zhì)多晶解：（a）當(dāng)晶體熱振動(dòng)時(shí)，一些能量足夠大的原子離開平衡位置而擠到晶格點(diǎn)的間隙中，形成間隙原子，而原來位置上形成空位，這種缺陷稱為弗倫克爾缺陷。如果正常格點(diǎn)上原子，熱起伏后獲得能量離開平衡位置，躍遷到晶體的表面，在原正常格點(diǎn)上留下空位，這種缺陷稱為肖特基缺陷。（b）滑移方向與位錯(cuò)線垂直的位錯(cuò)稱為刃型位錯(cuò)。位錯(cuò)線與滑移方向相互平行的位錯(cuò)稱為螺型位錯(cuò)。（c）類質(zhì)同象：物質(zhì)結(jié)晶時(shí)，其晶體結(jié)構(gòu)中部分原有的離子或原子位置被性質(zhì)相似的其它離 子或原子所占有，共同組成均勻的、呈單一相的晶體，不引起鍵性和晶體結(jié)構(gòu)變化的

2、現(xiàn)象。同質(zhì)多晶：同一化學(xué)組成在不同熱力學(xué)條件下形成結(jié)構(gòu)不 同的晶體的現(xiàn)象。6-3名詞解釋（并比較其異同）晶子學(xué)說：玻璃部是由無數(shù)“晶子”組成，微晶子是帶有晶格變形的有序區(qū)域。它們分散在無定形介中質(zhì)，晶子向無定形部分過渡是逐漸完成時(shí)， 二者沒有明顯界限。無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說：凡是成為玻璃態(tài)的物質(zhì)和相應(yīng)的晶體結(jié)構(gòu)一樣，也是由一個(gè)三度空間網(wǎng)絡(luò)所構(gòu)成。這種網(wǎng)絡(luò)是由離子多面體（三角體或四 面體）構(gòu)筑起來的。晶體結(jié)構(gòu)網(wǎng)是由多面體無數(shù)次有規(guī)律重復(fù)構(gòu)成，而玻璃中結(jié)構(gòu)多面體的重復(fù)沒有規(guī)律性。單鍵強(qiáng)：?jiǎn)捂I強(qiáng)即為各種化合物分解能與該種化合物配位數(shù)的商。分化過程：架狀SiO 4斷裂稱為熔融石英的分化過程。縮聚過程：分化過程

3、產(chǎn)生的低聚化合物相互發(fā)生作用，形成級(jí)次較高的聚合物，次過程為縮聚過程。網(wǎng)絡(luò)形成劑：正離子是網(wǎng)絡(luò)形成離子，對(duì)應(yīng)氧化物能單獨(dú)形成玻璃。即凡氧化物的單鍵能/熔點(diǎn)0.74kJ/mol k者稱為網(wǎng)絡(luò)形成劑。網(wǎng)絡(luò)變性劑：這類氧化物不能形成玻璃，但能改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而使玻璃性質(zhì)改變，即單鍵強(qiáng)/熔點(diǎn) 0.125kJ/mol .k者稱為網(wǎng)絡(luò)變形劑。5.1試述影響置換型固溶體的固溶度的條件。解：1.離子尺寸因素：從晶體穩(wěn)定性考慮，相互替代的離子尺寸愈相近，則固溶體愈穩(wěn)定。若以 J和分別代表半徑大和半徑小的兩種離子的半徑。 當(dāng)它們半徑差 15%寸，形成連續(xù)置換型固溶體。若此值在 1530%寸，可以形成有限置換型固溶

4、體。而此值 30%寸，不能形成固溶體。2、晶體的結(jié)構(gòu)類型：形成連續(xù)固溶體的兩個(gè)組分必須具有完全相同的晶體結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)不同最多只能生成有限固溶體。3、離子的電價(jià)因素：只有離子價(jià)相同或復(fù)合替代離子價(jià)總和相同時(shí)，才可能形成連續(xù)置換型固溶體。4、電負(fù)性因素：電負(fù)性相近，有利于固溶體的生成。4.2 試述晶體結(jié)構(gòu)中點(diǎn)缺陷的類型。以通用的表示法寫出晶體中各種點(diǎn)缺陷的表示符號(hào)。試舉例寫出CaCl2中Ca2+S才奐KCl中K+或進(jìn)入到KCl間隙中去的兩種點(diǎn)缺陷反應(yīng)表示式。解：晶體結(jié)構(gòu)中的點(diǎn)缺陷類型共分：間隙原子、空位和雜質(zhì)原子等三種。在MX晶體中，間隙原子的表示符號(hào)為 MI或XI;空位缺陷的表示符號(hào)為：VM或VX

5、如果進(jìn)入M淄體的雜質(zhì)原子是A,則其表示符號(hào)可寫成：AM或AX （取代式）以及Ai （間隙式）。當(dāng)CaCl2中Ca2+S才K KCl中K+W出現(xiàn)點(diǎn)缺陷，其缺陷反應(yīng)式如下：CaCl2+2ClaCaCl2中Ca2+進(jìn)入到KCl間隙中而形成點(diǎn)缺陷的反應(yīng)式為：CaCl2+2 +2Cl ci4.3 在缺陷反應(yīng)方程式中，所謂位置平衡、電中性、質(zhì)量平衡是指什么？解：位置平衡是指在化合物 MaXb中，M格點(diǎn)數(shù)與X格點(diǎn)數(shù)保持正確的比例關(guān)系，即 M X=a b。電中性是指在方程式兩邊應(yīng)具有相同的有效電荷。質(zhì) 量平衡是指方程式兩邊應(yīng)保持物質(zhì)質(zhì)量的守恒。4.4 （a）在CaF2晶體中，肖特基缺陷的生成能為 2.8ev，

6、計(jì)算在25c和1600c時(shí)熱缺陷的濃度。（b）如果Mg端體中，含有百萬分之一 mol的YF3雜質(zhì)，則在1600c時(shí)，CaF3晶體中是熱缺陷占優(yōu)勢(shì)還是雜質(zhì)缺陷占優(yōu)勢(shì)？說明原因。解：因?yàn)?n/N=exp （-? Gf/2kT）? Gf=5.5 X 1.602 X 10-19=8.817 X 10-19J T=1600+273=1873K所以 n/N=exp （-8.817 X 10-19/2 X 1.38X 10-23 X 1873） = exp （-17.056 ） =3.9 x 10-8（5 分）在CaF端體中，含有百分之一的 YF3雜質(zhì)，缺陷方程如下：YF3 CaF2 Yea Fi'

7、 2Ff一''T此時(shí)產(chǎn)生白缺陷為 Fi ,1=10-6大于熱缺陷濃度3.9X10-8,故在1873K時(shí)雜質(zhì)缺陷占優(yōu)勢(shì)2YF3CaF22Yea Vea 6Ff'''此時(shí)產(chǎn)生的缺陷為VCa , Ca =5.5 X 10-7大于熱缺陷濃度3.9X10-8,故在1873K時(shí)雜質(zhì)缺陷占優(yōu)勢(shì)5.6 ZnO是六方晶系，a=0.3242nm, c=0.5195nm,每個(gè)晶胞中含2個(gè)ZnO分子，測(cè)得晶體密度分別為 5.74, 5.606 g/cm 3,求這兩種情況下各產(chǎn)生什么 型式的固溶體？ 解：六方晶系的晶胞體積 3V=4.73cm在兩種密度下晶胞的重量分別為 此dv=

8、5.74 X4.73 x 10-23=2.72 x 10-22(g)W=d2V=5.606 x 4.73 x 10-23=2.65 x 10-22 (g)理論上單位晶胞重W=2.69(g).密度是d1時(shí)為間隙型固溶體，是d2時(shí)為置換型固溶體。試簡(jiǎn)述硅酸鹽熔體聚合物結(jié)構(gòu)形成過程和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)？答：聚合物的形成是以硅氧四面體為基礎(chǔ)單位，組成大小不同的聚合體?？煞譃槿齻€(gè)階段 初期：石英的分化；中期：縮聚并伴隨變形；后期：在一定時(shí)間和一定溫度下，聚合和解聚達(dá)到平衡。產(chǎn)物中有低聚物、高聚物、三維晶格碎片以及游離堿、吸附物，最后得到的熔體是不同聚合度的各種聚合物的混合物，構(gòu)成硅酸鹽結(jié)構(gòu)。聚合物種類、 大小和數(shù)

9、量隨熔體的組成和溫度而變化。4.5對(duì)某晶體的缺陷測(cè)定生成能為 84KJ/mol,計(jì)算該晶體在1000K和1500K時(shí)的缺陷濃度。 解：根據(jù)熱缺陷濃度公式：exp (一) 由題意G=84KJ/mol=84000J/mol貝U exp ()其中 R=8.314J/mol ' K當(dāng) T1=1000KM, exp () = exp=6.4 X10-3當(dāng) T2=1500KM, exp () = exp=3.45 x 10-24.8 非化學(xué)計(jì)量化合物FexO中，F(xiàn)e3+/Fe2+=0.1 ,求FexO中的空位濃度及x值。解：非化學(xué)計(jì)量化合物FexO可認(rèn)為是a (mol)的FeO溶入FeO中，缺陷反

10、應(yīng)式為：Fe2O32Fe+ V+3O a 2 a a此非化學(xué)計(jì)量化合物的組成為：Fe FeO已知：Fe3+/Fe2+= 0.1則：；a = 0.044.x = 2a+(1 3a ) = 1 a = 0.956又：.V3+ = a = 0.044正常格點(diǎn)數(shù)N= 1+x= 1+0.956 = 1.956.空位濃度為4.9 非化學(xué)計(jì)量氧化物TiO2-x的制備強(qiáng)烈依賴于氧分壓和溫度：(a)試列出其缺陷反應(yīng)式。(b)求其缺陷濃度表達(dá)式。解：非化學(xué)tf量氧化物TiO2-x,其晶格缺陷屬于負(fù)離子缺位而使金屬離子過剩的類型。 (a)缺陷反應(yīng)式為：2Ti Ti ?/FONT>OT - 2+3OCOf +2

11、e' +Ot (b)缺陷濃度表達(dá)式：V4.1 0試比較刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)的異同點(diǎn)。刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)的異同點(diǎn)刃型位錯(cuò)螺型位錯(cuò)與柏格斯矢量的位置關(guān)系柏格斯矢量與刃性位錯(cuò)線垂直柏格斯矢量與螺型位錯(cuò)線平行位錯(cuò)分類刃性位錯(cuò)有正負(fù)之分螺形位錯(cuò)分為左旋和右旋位錯(cuò)是否引起晶體畸變和形成應(yīng)力場(chǎng)引起晶體畸變和形成應(yīng)力場(chǎng)，且 離位錯(cuò)線越遠(yuǎn)，晶格畸變?cè)叫∫鹁w畸變和形成應(yīng)力場(chǎng)，且 離位錯(cuò)線越遠(yuǎn)，晶格畸變?cè)叫∥诲e(cuò)類型只有幾個(gè)原子間距的線缺陷只有幾個(gè)原子間距的線缺陷5.2從化學(xué)組成、相組成考慮，試比較固溶體與化合物、機(jī)械混合物的差別。解：從化學(xué)組成、相組成考慮，固溶體、化合物和機(jī)械混合物的區(qū)別列下表5-1比較

12、之表5-1固溶體、化合物和機(jī)械混合物比較以 AO溶質(zhì)溶解在RO溶劑中為例）比較項(xiàng)固溶體化合物機(jī)械混合物化學(xué)組成R-xAO(x =0 2)ABOAO+BO相組成均勻單相單相兩相有界面5.3試闡明固溶體、晶格缺陷和非化學(xué)計(jì)量化合物三者之間的異同點(diǎn)。列出簡(jiǎn)明表格比較。解：固溶體、晶格缺陷和非化學(xué)計(jì)量化合物都屬晶體結(jié)構(gòu)缺陷，但它們又各有不同，現(xiàn)列表 5-2比較之。表5-2固溶體、晶格缺陷和非化學(xué)計(jì)量化合物比較分類形成原因形成條件缺陷反應(yīng)固溶式溶解度肖特基缺晶執(zhí) 八、陷格0MX缺熱0K以上只受溫度控制振陷弗倫克爾MM =動(dòng)MX缺陷Xx=摻< 15% , A2+雜電價(jià)=B2+電無限置換溶價(jià)，AO吉構(gòu)

13、AOB-xAO受溫度控制x=01型固溶體固解同BQ電負(fù)溶性相近體有間間隙離子半YF3摻雜量固溶度，受溫度控制限隙徑小，晶體固型結(jié)構(gòu)開放，溶空隙大體組 分 缺 陷2+<30% , Ca電價(jià)w Zr4+電價(jià)2CaOCaO摻雜量固溶度，受溫度控制陽離子缺位環(huán)境變價(jià)元素氧Q(g) -2Fe+ V+。h P O非 化 學(xué) 計(jì) 量 化中 氣 氛 性 質(zhì) 和化物在氧化氣氛中陰離子間隙Q(g) -+U(2h)陽離子間隙變價(jià)元素氧ZnO+2e +Q(g)合壓化物在還原V物陰離子缺位力變氣氛中Qf+2+O(g)化5.4試寫出少量MgOgl雜到ALO中和少量YF3摻雜到CaF中的缺陷方程。(a)判斷方程的合理

14、性。(b)寫出每一方程對(duì)應(yīng)的固溶式。解：3MgO2+ +3OO (1)2MgO2+ +2O (2)YF3Y +F+2Ff (3)2YF32Y +6Ff (4)(a)書寫缺陷方程首先考慮電價(jià)平衡，如方程(1)和(4)。在不等價(jià)置換時(shí)，3Mg+ -2Al3+ ; 2Y+ -3。a+。這樣即可寫出一組缺陷方程。其次考慮 不等價(jià)離子等量置換，如方程(2)和(3) 2Mg+ -2A13+ ; Y3+ -CS。這樣又可寫出一組缺陷方程。在這兩組方程中，從結(jié)晶化學(xué)的晶體穩(wěn)定性考慮， 在離子晶體中除螢石型晶體結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生間隙型固溶體以外，由于離子晶體中陰離子緊密堆積，間隙陰離子或陽離子都會(huì)破壞晶體的穩(wěn)定性。因

15、而間 隙型缺陷在離子晶體中(除螢石型)較少見。上述四個(gè)方程以(2)和(3)較合理。當(dāng)然正確的判斷必須用固溶體密度測(cè)定法來決定。(b)(2) (3) (4)5. 5一塊金黃色的人造黃玉，化學(xué)分析結(jié)果認(rèn)為，是在ALQ中添加了 0.5mol%NiO和0.02mol% CO。試寫出缺陷反應(yīng)方程(置換型)及化學(xué)式。解：NiO和Cr2O固溶入ALO的缺陷反應(yīng)為：2NiO2+ +2OOCr2O固溶體分子式為：Cr取1mol試樣為基準(zhǔn)，則m= 0.005 ; m= 0.0002 ; m= 1 0.005 0.0002 = 0.9948.2NiO -2AL OCr2 O fAl 2 O.取代前ALQ所占晶格為：

16、0.9948 + 0.005/2 + 0.0002 = 0.9975mol (Al 2Q)取代后各組分所占晶格分別為：Al 2。： molNiO: molCr2 O： mol；取代后，固溶體的分子式為：0.9973 Al 2O - 0.005 NiO - 0.0002 Cr 2 O或 Al 1.9946 Ni 0.005 Cr0.0004 O,99751.9946=2 0.005 0.0004=2 x y2.9975=3x1 .7對(duì)于MgO AI2O和CeO,其正、負(fù)離子半徑比分別為0.47、0.36和0.40。Al2Q和Cr。形成連續(xù)固溶體。（a）這個(gè)結(jié)果可能嗎？為什么？（b）試預(yù)計(jì)，在Mg

17、O- Cr2O3系統(tǒng)中的固溶度是有限還是很大？為什么？解：（a） ALO與Cr2O3有可能形成連續(xù)固溶體。因?yàn)椋?10%c 15%結(jié)構(gòu)類型相同，均屬剛玉型結(jié)構(gòu)。（b）對(duì)于MgO- MO系統(tǒng)，由于結(jié)構(gòu)類型相差較大，前者為 NaCl型，后者為剛玉型。雖然=14.89%< 15%也不 可能形成完全互溶的固溶體，而只能是有限固溶。2 .8 Al2O在Mg8將形成有限固溶體,在低共熔溫度 1995c時(shí)，約有18wt%Al2O3溶入MgB, MgOt位晶胞尺寸減小。試預(yù)計(jì)下列情況下密度的變化。（a） Al 3+為間隙離子，（b） Al 3+為置換離子。解：（a） Al 3+為間隙離子：缺陷反應(yīng)為：（

18、1）固溶式分子式：（2）（b） Al3+為置換離子：缺陷反應(yīng)為：+ （3）固溶式分子式：（4）取100g試樣為基準(zhǔn)：（為摩爾數(shù)）m= = = 0.176 （m 為摩爾數(shù)）mMg<O= = = 2.035；Mg8固溶18%w的ALQ后的分子式為：2.035 MgO - 0.176 Al 2O 或 Mg. Al 0.352。3（5）（5）式各項(xiàng)除以 2.563 得 Mg.794 Al am O （6）由（6）式得x=0.137代入（2） （4）式，對(duì)（a）有即 Mg794 Al 0.137 O（b）有 Mg.794 Al 0.137。0476M上k* +2,U35MmsP 0,176 x 1

19、C2 + 2.035x40.3設(shè)：固溶前后晶胞體積不變，則密度變化為：' w皿（,分別代表固溶前后密度）所以，固溶后的密度小于固溶前的密度。3 .9用0.2mol YF 3加入CaF2中形成固溶體，實(shí)驗(yàn)測(cè)得固溶體的晶胞參數(shù)a=0.55nm,測(cè)得固溶體密度p =3.64g/cm3,試計(jì)算說明固溶體的類型？（元素的相對(duì)原子質(zhì)量：Y=88.90; Ca=40.08; F=19.00）解:YR加入 CaE 的缺陷反應(yīng)方程如下:YFY +F+2R （1）2YF32Y +V +6Ff （2）方程（1）和（2）的固溶式：（1）Ca “Y+x （2） Ca （田*，YF?按題意x=0.2代入上述固溶式

20、得：間隙型固溶體分子式為Ca，Y.2F2.2置換型固溶體分子式為Ca.7Y.2F2；它們的密度分別設(shè)為p 1和p2。CaE是螢石型晶體，單位晶胞含有 4個(gè)螢石分子。p 1=3.659 （g/cm3）p 2=3.346 （g/cm3）由P 1與p 2計(jì)算值與實(shí)測(cè)密度P =3.64g/cm3比較，P 1值接近3.64g/cm 3,因此0.2mol YF 3加入CaF中形成間隙型固溶體。6-1說明熔體中聚合物形成過程？答：聚合物的形成是以硅氧四面體為基礎(chǔ)單位，組成大小不同的聚合體?？煞譃槿齻€(gè)階段 初期：石英的分化；中期：縮聚并伴隨變形;后期：在一定時(shí)間和一定溫度下，聚合和解聚達(dá)到平衡6-2簡(jiǎn)述影響熔

21、體粘度的因素？答：影響熔體粘度的主要因素：溫度和熔體的組成。堿性氧化物含量增加，劇烈降低粘度。隨溫度降低，熔體粘度按指數(shù)關(guān)系遞增。6-4試用實(shí)驗(yàn)方法鑒別晶體SiO2、SiO2玻璃、硅膠和SiO2熔體。它們的結(jié)構(gòu)有什么不同?答：利用X一射線檢測(cè)。晶體SiO2一質(zhì)點(diǎn)在三維空間做有規(guī)律的排列，各向異性。SiO 2熔體一部結(jié)構(gòu)為架狀，近程有序，遠(yuǎn)程無序。SiO2玻璃一各向同性。硅膠一疏松多孔。6-5玻璃的組成是13wt%N2O 13wt%CaO 74wt%SiO,計(jì)算橋氧分?jǐn)?shù)?解：NaOCaOSiO2wt%131374mol0.210.231.23mol%12.613.873.6R=(12.6+13.

22、8+73.6 X2)/ 73.6=2.39.Z=4 a X=2F Z=2.39 X 2 4=0.72Y=Z X= 4 0.72=3.28氧橋=3.28/ (3.28X0.5+0.72 )=69.5%6-6有兩種不同配比的玻璃，其組成如下:序號(hào)NaO(wt%)Al，O(wt%)SiO2(wt%)181280212880試用玻璃結(jié)構(gòu)參數(shù)說明兩種玻璃高溫下粘度的大??？解：X1: Z=4 Ri=O/Si=2.55；Xi=2R 4=1.1 Y i=Z X= 41.1=2.9對(duì)于 2: R= O/Si=2.45X2=2R 4=0.9 Y 2= 4 X2= 4 0.9=3.16-7在SiO2中應(yīng)加入多少 N

23、aQ使玻璃的O/Si=2.5 ,Y1< Y2.序號(hào)1的玻璃組成的粘度比序號(hào)2的玻璃小。此時(shí)析晶能力是增強(qiáng)還是削弱？解：設(shè)加入x mol的NaO,而SiO2的量為y mol。則 O/Si= （x+2y） / y =2.5x=y/2 即二者的物質(zhì)量比為1:2時(shí)，O/Si=2.5。因?yàn)镺/Si增加了，粘度下降，析晶能力增強(qiáng)了。6-8有一種平板玻璃組成為14NaO- 13CaO-73SQ （wt%g量百分比），其密度為2.5g/cm 計(jì)算玻璃的原子堆積系數(shù)（AFP為多少？計(jì)算該玻璃的結(jié)構(gòu)參數(shù)值？解：該玻璃的平均分子量GM=0.14< 62+0.13 X 56+0.73 X 60.02=59

24、.77在1? 3中原子數(shù)為n=p No/GM=2.5K 10-24 X6.02 X 1023/59.77 =0.252 個(gè)/ ? 3在1? 3原子所占體積V=0.0252X4/3 兀0.14 X2X0.98 3+0.13 X1.06 3+0.73 X0.39 3+ (0.14+0.13+0.73 X2) X 1.32 3 =0.4685；AFP=0.46結(jié)構(gòu)參數(shù):wt%141373mol0.230.231.22mol%13.713.772.6R=(13.7+13.7+72.6 X2)/ 72.6=2.38.Z=4 a X=2F Z=2.38 X 2 4=0.76Y=Z X= 4 0.76=3.

25、246-9試比較硅酸鹽玻璃與硼酸鹽玻璃在結(jié)構(gòu)與性能上的差異。答：結(jié)構(gòu)差異：硅酸鹽玻璃：石英玻璃是硅酸鹽玻璃的基礎(chǔ)。石英玻璃是硅氧四面體SiO4以頂角相連而組成的三維架狀結(jié)構(gòu)。由于SiMSi鍵角變動(dòng)圍大，使石英玻璃中Si。，四面體排列成無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。SiO2是硅酸鹽玻璃中的主要氧化物。硼酸鹽玻璃：B和。交替排列的平面六角環(huán)的B。集團(tuán)是硼酸鹽玻璃的重要基元，這些環(huán)通過BO-B鏈連成三維網(wǎng)絡(luò)。BQ是網(wǎng)絡(luò) 形成劑。這種連環(huán)結(jié)構(gòu)與石英玻璃硅氧四面體的不規(guī)則網(wǎng)絡(luò)不同，任何O-B三角體的周圍空間并不完全被臨接的三角體所填充，兩個(gè)原子接近的可能性較小。性能差異：硅酸鹽玻璃：試劑和氣體介質(zhì)化學(xué)穩(wěn)定性好、硬度高

26、、生產(chǎn)方法簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。硼酸鹽玻璃：硼酸鹽玻璃有某些優(yōu)異的特性。例如：硼酊是唯一能用以制造有吸收慢中子的氧化物玻璃；氧化硼玻璃的轉(zhuǎn)化溫度比 硅酸鹽玻璃低得多；硼對(duì)中子射線的靈敏度高，硼酸鹽玻璃作為原子反應(yīng)堆的窗口對(duì)材料起屏蔽中子射線的作用。6-10解釋硼酸鹽玻璃的硼反?，F(xiàn)象？答：硼反?，F(xiàn)象：隨著NaO (R。含量的增加，橋氧數(shù)增大，熱膨脹系數(shù)逐漸下降。當(dāng)NaO含量達(dá)到15%-16%寸，橋氧又開始減少，熱膨脹系數(shù)重新上升，這種反常現(xiàn)象就是硼反?，F(xiàn)象。硼反常現(xiàn)象原因：當(dāng)數(shù)量不多的堿金屬氧化物同BO一起熔融時(shí)，堿金屬所提供的氧不像熔融SiO2玻璃中作為非橋氧出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)中，而是使硼轉(zhuǎn)變?yōu)橛蓸蜓踅M成的硼氧

27、四面體。致使B2O3玻璃從原來二度空間層狀結(jié)構(gòu)部分轉(zhuǎn)變?yōu)槿瓤臻g的架狀結(jié)構(gòu)，從而加強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并使玻璃的各種物理性能變好。這與相同條件下的硅酸鹽玻璃性能隨堿金屬或堿土金屬加入量的變化規(guī)律相反。7-2 MgOALOSiO2系統(tǒng)的低共熔物放在Si3吊瓷片上，在低共熔溫度下，液相的表面力為 900X 10-3N/m,液體與固體的界面能為600x 10-3N/m,測(cè)得 接觸角為70.52。，求Si3N4的表面力。 把Si3N4在低共熔溫度下進(jìn)行熱處理，測(cè)試其熱腐蝕的槽角60° ,求Si3N4的晶界能？解：已知 Y lv=900x 10-3N/m T sl=600X 10-3N/m 0 =7

28、0.52°T SV=T sl+t lvCOS) =600X 10-3+900X 10-3 xCOS70.25=900.13x 10-3N/m已知<|)=60o丫 ss=2t sv CO/2 =2 X900X 10-3XCOS60/2 =1.559N/m7-3氧化鋁瓷件中需要被銀，已知 1000c時(shí) i2O3(S» =1.0X10-3 N/m,T(Ag (L) =0.92 X10-3 N/m, 丫內(nèi)“丘 )= 1.77 x 10-3 N/m,問液態(tài)銀能否濕潤(rùn)氧化 鋁瓷件表面？用什么方法改善它們之間的濕潤(rùn)性？解：由于 Y SV=Y sl+y lvCOS) , COS) =

29、 -0.84= = 147° >90°二.液態(tài)銀不能濕潤(rùn)氧化鋁瓷件表面，但可以通過降低TSL使其小于YSV,從而達(dá)到濕潤(rùn)的目的。方法如下：加入一些金屬降低 YSLO7-4影響濕潤(rùn)的因素有那些？答： 固體表面粗糙度當(dāng)真實(shí)接觸角e小于90。時(shí)，粗糙度越大，表面接觸角越小，就越容易濕潤(rùn)；當(dāng) e大于90。，則粗糙度越大，越不利于濕潤(rùn)。 吸附膜 吸附膜的存在使接觸角增大，起著阻礙作用。7-5說明吸附的本質(zhì)？答：吸附是固體表面力場(chǎng)與吸附分子發(fā)出的力場(chǎng)相互作用的結(jié)果，它是發(fā)生在固體上的。根據(jù)相互作用力的性質(zhì)不同，可分為物理吸附和化學(xué)吸附兩種。物理吸附：由分子間引力引起的，這時(shí)吸附物

30、分子與吸附劑晶格可看作是兩個(gè)分立的系統(tǒng)?；瘜W(xué)吸附：伴隨有電子轉(zhuǎn)移的鍵合過程，這時(shí)應(yīng)把吸附分子與吸附劑晶格作為一個(gè)統(tǒng)一的系統(tǒng)來處理。7-6什么是晶界結(jié)構(gòu)？答：晶界結(jié)構(gòu)是指晶界在多晶體中的形狀、結(jié)構(gòu)和分布。7-7試說明晶粒之間的晶界應(yīng)力的大小對(duì)晶體性能的影響？答：兩種不同熱膨脹系數(shù)的晶相，在高溫燃燒時(shí)，兩個(gè)相完全密合接觸，處于一種無應(yīng)力狀態(tài)，但當(dāng)它們冷卻時(shí)，由于熱膨脹系數(shù)不同，收縮不 同，晶界中就會(huì)存在應(yīng)力。晶界中的應(yīng)力大則有可能在晶界上出現(xiàn)裂紋，甚至使多晶體破裂，小則保持在晶界。8-1結(jié)構(gòu)水結(jié) 構(gòu) 水自由水牢固結(jié)構(gòu)水松結(jié)構(gòu)水含義以O(shè)H®形式存在于黏土晶格結(jié)構(gòu)的水吸附在黏土礦物層間及表面

31、 的定向水分子層，它與黏土膠 粒形成整體并一起移動(dòng)黏土表面定向排列過度到非 定向排列的水層，它處于膠粒 的擴(kuò)散層黏土膠團(tuán)外的非定向水分子層作用圍在黏土結(jié)構(gòu)的310水分子層<200?>200?特點(diǎn)脫水后黏土結(jié)構(gòu)破壞密度小，熱容小 介電常數(shù)小， 冰點(diǎn)低流動(dòng)性結(jié)構(gòu)水/自由水 比例小，流動(dòng)性好可朔性黏土膠粒水膜厚度在100?（約30水分子層）時(shí)朔性最好8-2黏土膠粒分散在水中時(shí)，因吸附層與擴(kuò)散層各帶有相反的電荷，所以相對(duì)移動(dòng)時(shí)兩者之間就存在著電位差，這個(gè)電位差稱電動(dòng)電位或（-電位。其數(shù)值對(duì)黏土泥漿的穩(wěn)定性有重要的作用。8-3大?。?）離子置換能力（2）黏土的工-電位（3）泥漿的流動(dòng)性（4）

32、泥漿的穩(wěn)定性（5）黏土的結(jié)合水8-4泥漿的流動(dòng)性是指泥漿含水量低，黏度小而流動(dòng)度大的性質(zhì)。泥漿的觸變性是泥漿靜止不動(dòng)時(shí)似凝固體，一經(jīng)擾動(dòng)或搖動(dòng)，凝固的泥漿又重新獲得流動(dòng)性。如再靜止又重新凝固，這樣可以重復(fù)無數(shù)次。泥漿從流 動(dòng)狀態(tài)到觸變狀態(tài)是逐漸的，非突變的，并伴隨著黏度的增高。8-5 Na2CO3稀釋的泥漿對(duì)黏土邊面結(jié)合的結(jié)構(gòu)拆散的得不完全，因而泥漿流動(dòng)差而注漿速度高，觸變性大，坯體致密度低。8-6影響因素：1）含水量，2）電解質(zhì)，3）顆粒大小，4）黏土的礦物組成，5）泥料處理工藝，6）腐殖質(zhì)含量，添加劑。泥料經(jīng)過真空練泥排除氣 體；經(jīng)過一定時(shí)間腐使水分均勻；適宜的腐殖質(zhì)含量；添加朔化劑等方法

33、提高瘠性物料的朔化。8-7黏土層面上的負(fù)電荷：黏土晶格離子的同晶置換造成電價(jià)不平衡使之面板上帶負(fù)電；在一定條件下，黏土的邊棱由于從介質(zhì)中接受質(zhì)子而使邊棱帶正電荷。由于黏土的負(fù)電荷一般都大于正電荷，因此黏土是帶有負(fù)電荷的。8-8影響粘土可塑性的因素有那些？生產(chǎn)上可以來用什么措施來提高或降低粘土的可塑性以滿足成形工藝的需要？解：當(dāng)粘土與適當(dāng)?shù)乃旌暇鶆蛑瞥赡鄨F(tuán)，該泥團(tuán)受到高于某一個(gè)數(shù)值剪應(yīng)力作用后，可以塑造成任何形狀，當(dāng)去處應(yīng)力泥團(tuán)能保持其形狀，這種性質(zhì)稱為可塑性。影響因素有：1.礦物組成，礦物組成不同，顆粒間的作用力也不同。2.吸附的陽離子種類，陽離子的電價(jià)越高可塑性越好。3.顆粒的大小和形狀，

34、顆粒越細(xì)，比表面積越大，顆粒間的接觸點(diǎn)越多，則可塑性增加。4.含水量等。生產(chǎn)上可以增大礦物組分的比表面積來增大電細(xì)管力，從而增大可塑性；也可增大或減小吸附的陽離子的電價(jià)，從而改變粘土可塑性；或者將礦物的顆粒減小增大接觸點(diǎn)來增大粘土的可塑性；5-20試解釋粘土結(jié)構(gòu)水和結(jié)合水（牢固結(jié)合水、松結(jié)合水）、自由水的區(qū)別，分析后兩種水在膠團(tuán)中的作用圍及其對(duì)工藝性能的影響。解：粘土結(jié)水水是粘土結(jié)構(gòu)中的水；由于粘土顆粒一般帶負(fù)電，又因水是極性分子，當(dāng)粘土顆粒分散于水中時(shí)，在粘土表面負(fù)電場(chǎng)的作用下，水分子以一定取向 分布在粘土顆粒周圍以氫鍵與其表面上的氧和氫氧基結(jié)合，負(fù)電端向外。在第一層水分子的外圍形成一個(gè)負(fù)電

35、表面，因而又吸引第二層水分子。負(fù)電 場(chǎng)對(duì)水分子的引力作用，隨著離開粘土表面距離的增加而減弱，因此水分子的排列也有定向逐漸過渡到混亂?？拷鼘有纬傻亩ㄏ蚺帕械乃肿訉臃Q為 牢固結(jié)合水，圍繞在粘土顆粒周圍，與粘土顆粒形成一個(gè)整體，一起在介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)，其厚度約為3-10個(gè)水分子厚。在牢固結(jié)合水的外圍吸引著一部分定向程度較差的水分子層稱為松結(jié)合水，由于離開粘土顆粒表面較遠(yuǎn)，他們之間的結(jié)合力較小。在松結(jié)合水以外的水叫自由水。結(jié)合水的密度大， 熱容小，界電常數(shù)小，冰點(diǎn)低等，在物理性質(zhì)上與自由水不同。粘土和水結(jié)合的數(shù)量可以用測(cè)量潤(rùn)飾熱來判斷。粘土與這三種水結(jié)合的狀態(tài)與數(shù)量將 會(huì)影響粘土-水系統(tǒng)的工藝性能。在粘土

36、含水量一定的情況下，若結(jié)合水減少，則自由水就多，此時(shí)粘土膠的體積減小，容易移動(dòng)，因而泥漿粘度小， 流動(dòng)性好；當(dāng)結(jié)合水量多時(shí)，水膜厚，利于粘土膠粒間的滑動(dòng)，則可塑性好。第10章習(xí)題-解答 解：凝聚系統(tǒng)：不含氣相或氣相可以忽略的系統(tǒng)。介穩(wěn)平衡：即熱力學(xué)非平衡態(tài)，能量處于較高狀態(tài)，經(jīng)常出現(xiàn)于硅酸鹽系統(tǒng)中。低共熔點(diǎn)：是一種無變量點(diǎn)，系統(tǒng)冷卻時(shí)幾種晶相同時(shí)從熔液中析出，或加熱時(shí)同時(shí)融化。雙升點(diǎn)：處于交叉位的單轉(zhuǎn)熔點(diǎn)。雙降點(diǎn)：處于共軻位的雙轉(zhuǎn)熔點(diǎn)。馬鞍點(diǎn)：三元相圖界線上溫度最高點(diǎn)，同時(shí)又是二元系統(tǒng)溫度的最低點(diǎn)。連線規(guī)則：將一界線(或其延長(zhǎng)線)與相應(yīng)的連線(或其延長(zhǎng)線)相交，其交點(diǎn)是該界線上的溫度最高點(diǎn)。切

37、線規(guī)則：將界線上某一點(diǎn)所作的切線與相應(yīng)的連線相交，如交點(diǎn)在連線上，則表示界線上該處具有共熔性質(zhì)；如交點(diǎn)在連線的延長(zhǎng)線上，則表示界 線上該處具有轉(zhuǎn)熔性質(zhì)，遠(yuǎn)離交點(diǎn)的晶相被回吸。三角形規(guī)則：原始熔體組成點(diǎn)所在副三角形的三個(gè)頂點(diǎn)表示的物質(zhì)即為其結(jié)晶產(chǎn)物；與這三個(gè)物質(zhì)相應(yīng)的初初晶區(qū)所包圍的三元無變量點(diǎn)是其結(jié)晶結(jié) 束點(diǎn)。重心規(guī)則：如無變點(diǎn)處于其相應(yīng)副三角形的重心位，則該無變點(diǎn)為低共熔點(diǎn)：如無變點(diǎn)處于其相應(yīng)副三角形的交叉位，則該無變點(diǎn)為單轉(zhuǎn)熔點(diǎn)；如無 變點(diǎn)處于其相應(yīng)副三角形的共軻位，則該無變點(diǎn)為雙轉(zhuǎn)熔點(diǎn)。4 . SiO 2具有很高的熔點(diǎn)，硅酸鹽玻璃的熔制溫度也很高。現(xiàn)要選擇一種氧化物與Si。在800c的低溫下形成均一的二元氧化物玻璃，請(qǐng)問，選何種氧化物？加入量是多少？解：木g據(jù)NaO Si。系統(tǒng)相圖可知最低共熔點(diǎn)為799C。故選擇NaO能與SiO,在800c的低溫下形成均一的二元氧化物玻璃。5 .具有不一致熔融二元化合物的二元相圖圖 10-12 (c)在低共熔點(diǎn)E