無機材料物理化學考試題

1、晶體結構名詞解釋多晶轉變：當外界條件改變到一定程度時，各種變體之間發(fā)生結構轉變，從一種變體轉變成為另一種變體的現(xiàn)象。同質多品：同一化學組成在不同外界條件下（溫度、壓力、pH值等），結晶成為兩種以上不同結構晶體的現(xiàn)象。位移性轉變：不打開任何鍵，也不改變原子最鄰近的配位數(shù)，僅僅使結構發(fā)生畸變，原子從原來位置發(fā)生少許位移，使次級配位有所改變的一種多品轉變形式。重建性轉變：破壞原有原子間化學鍵，改變原子最鄰近配位數(shù)，使晶體結構完全改變原樣的一種 多晶轉變形式。1.2 品格能與哪些因素有關？答：離子的電子結構；離子的晶體結構類型；正負離子平衡距離。1.3 鮑林規(guī)則（1）配位數(shù)規(guī)則：晶體結構中，陽離子周圍

2、形成一個陰離子配位多面體，陽離子的配位數(shù)取決于 陽離子和陰離子半徑之比。根據不同的配位數(shù)，從幾何關系可以計算出陰陽離子半徑比的上、下 限范圍。因而，可根據r+/r-值求得陽離子的配位數(shù)。（2）靜電價規(guī)則：在穩(wěn)定的離子晶體結構中，所有相連接的陽離子到達一個陰離子的靜電建強度， 等于陰離子的電荷數(shù)。設S為中心陽離子到達每一配位陰離子的靜電建強度，Z為該陽離子的電荷數(shù)，n為陽離子配位數(shù)，則可得 S=Z/n o又設W為陰離子電荷數(shù)，m為陰離子配位數(shù)，則靜電 價規(guī)則規(guī)定m S=Wo靜電鍵規(guī)則是離子晶體中較嚴格的規(guī)則，它使晶體保持總的電性平衡。本 規(guī)則還可用于求得陰離子的配位數(shù)。（3）配位多面體連接方式規(guī)

3、則：在離子晶體中，陰離子配位多面體以共棱，特別是共面的方式存 在時，結構的穩(wěn)定性下降。對于電價高，配位數(shù)小的陽離子，此規(guī)則的效應更為顯著。硅酸鹽結 構中，硅氧四面體的連接方式即為一例。例1:以NaCl晶胞為例，試說明面心立方緊密堆積中的八面體和四面體空隙的位置和數(shù)量。答：以NaCl晶胞中（001）面心的一個球（Cl-離子）為例，它的正下方有1個八面體空隙（體心 位置），與其對稱，正上方也有1個八面體空隙；前后左右各有1個八面體空隙（棱心位置）。 所以共有6個八面體空隙與其直接相鄰，由于每個八面體空隙由6個球構成，所以屬于這個球的八面體空隙數(shù)為6M/6=1。在這個晶胞中，這個球還與另外2個面心、

4、1個頂角上的球構成4個四面體空隙（即1/8小立方體 的體心位置）；由于對稱性，在上面的晶胞中，也有4個四面體空隙由這個參與構成。所以共有8個四面體空隙與其直接相鄰，由于每個四面體空隙由4個球構成，所以屬于這個球的四面體空隙數(shù)為8X1/4=2o例2下列硅酸鹽礦結構各屬何種結構類型？（有A13+離子的要說明其在結構中所處的位谿）：下 列硅酸鹽礦結構各屬何種結構類型？（有 A13+離子的要說明其在結構中所處的位置）：CaMgSi2O6 Ca2AlAlSiO7 MgSi4O10（OH）2 KAlSi3O8答：CaMgSi2O6單鏈狀。Ca2AlAlSiO7組群狀，雙四面體。A13+離子一部分位于氧八面

5、體空 隙，另一部分位于四面體空隙。MgSi4O10(OH)2 層狀。KAlSi3O8 架狀。A13+離子位于氧四面體空隙。二離子晶體結構2-1名詞解釋(a)螢石型和反螢石型(b)類質同品和同質多晶(c)二八面體型與三八面體型(d)同品取代與陽離子交換 (e)尖晶石與反尖晶石答：(a)螢石型：CaF2型結構中，Ca2+按面心立方緊密排列，F(xiàn)-占據晶胞中全部四面體空隙。反螢石型：陽離子和陰離子的位置與 CaF2型結構完全相反，即堿金屬離子占據 F-的位置，O2- 占據Ca2+的位置。(b)類質同象：物質結晶時，具晶體結構中部分原有的離子或原子位置被性質相似的其它離子或 原子所占有，共同組成均勻的、

6、呈單一相的晶體，不引起鍵性和晶體結構變化的現(xiàn)象。同質多品：同一化學組成在不同熱力學條件下形成結構不同的晶體的現(xiàn)象。(c)二八面體型：在層狀硅酸鹽礦物中，若有三分之二的八面體空隙被陽離子所填充稱為二八面體型結構三八面體型：在層狀硅酸鹽礦物中，若全部的八面體空隙被陽離子所填充稱為三八面體型結構。(d)同晶取代：雜質離子取代晶體結構中某一結點上的離子而不改變晶體結構類型的現(xiàn)象。陽離子交換：在粘土礦物中，當結構中的同品取代主要發(fā)生在鋁氧層時，一些電價低、半徑大的 陽離子(如K+、Na+等)將進入晶體結構來平衡多余的負電荷，它們與晶體的結合不很牢固，在 一定條件下可以被其它陽離子交換。(e)正尖晶石：在

7、AB2O4尖晶石型晶體結構中，若 A2+分布在四面體空隙、而 B3+分布于八面體空隙，稱為正尖晶石；反尖晶石：若 A2+分布在八面體空隙、而 B3+一半分布于四面體空隙另一半分布 于八面體結構類型SiO 4共用O2-數(shù)形 狀絡陰離子Si: O實例空隙，逋式 為B(AB)O4 , 稱為反尖 晶石03-6敘述硅酸鹽晶體 結構分類 原則及各 種類型的 特點，并舉 一例說明之。硅酸鹽結構的規(guī)律是：構成硅酸鹽的基本單元是硅氧四面體；硅氧四面體結構硅氧四面體只能通過共用頂角而相互連結；Si4+離子通過O2-結合，Si-O-Si的結合鍵在氧上的鍵角接近于 145°穩(wěn)定的硅酸鹽結構中，硅氧四面體采取

8、最高空間維數(shù)互相結合； 硅氧四面體采取比較緊密的結構連結；同一結構中的硅氧四面體最多只相差 1個氧原子島狀0四面體SiO 4廣1:4鎂橄欖石Mg2SiO4解：硅酸鹽 礦物按照 硅氧四面 體的連接 方式進行 分類，具體 類型見表 3-1。(AlxSi4-x) O8x-鈉長 石 NaAlSi3O組群狀1雙四面體_6-Si2O72:7硅車W Ca3Si 2O72三節(jié)環(huán)Si3O9廣1:3藍錐礦 BaTiSi 3O9四節(jié)環(huán)Si4Oi2廣六節(jié)環(huán)Si6Oi812-綠寶右 Be3Al2Si6O18鏈狀2單鏈一 一 4-Si2O61:3透輝石 CaMgSi 2O62, 3雙鏈-6-Si 4O114:11透閃后

9、Ca2Mg 5Si4On2(OH)2層狀3平白層Si4O104-4:10滑石 Mg3Si4O10(OH) 2架狀4骨架SiO 21:2石英SiO2_ x-(Al xSi4-x)O8鈉長石 NaAlSi 3。88表2-1硅酸鹽晶體的結構類型(AlxSi4-x)O8x- 鈉長石NaAlSi3O8表2-1硅酸鹽晶體的結構類型3.7水的結合方式8-1結構水結構水自由水牢固結構水松結構水含義以OW形式存 在于黏土品格 結構內的水吸附在刻土© 物層問及表面 的定向水分子 層，它與黏土膠 粒形成整體并起移動黏土表面定向 排列過度到非 定向排列的水 層，它處于膠粒 的擴散層內黏土膠團外的 非定向水分

10、子 層作用范圍在黏土結構的310水分子層<200?>200?特點脫水后黏土結 構破壞密度小，熱容小 介電常數(shù)小，冰 點低流動性結構水/自由水比例小，流動性好可朔性黏土膠粒水膜厚度在100?(約30水分子層)時朔性最好1873K:n=exp N9.612 10,92 1.38 10 竣31873=8X10-9晶體結構缺陷習題與解答1.1 名詞解釋（a）弗倫克爾缺陷與肖特基缺陷；（b）刃型位錯和螺型位錯解：（a）當晶體熱振動時，一些能量足夠大的原子離開平衡位置而擠到晶格點的間隙中，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。如果正常格點上原子，熱起伏后獲得能量離開平

11、衡位置，躍 遷到晶體的表面，在原正常格點上留下空位，這種缺陷稱為肖特基缺陷。（b）滑移方向與位錯線垂直的位錯稱為刃型位錯。位錯線與滑移方向相互平行的位錯稱為螺型位錯。1.2 試述晶體結構中點缺陷的類型。以通用的表示法寫出晶體中各種點缺陷的表示符號。試舉例寫出CaCl2中Ca+置換KCl中K+或進入到KCl間隙中去的兩種點缺陷反應表示式。解：晶體結構中的點缺陷類型共分：間隙原子、空位和雜質原子等三種。在MX晶體中，間隙原子的表示符號為M或X;空位缺陷的表示符號為：Vm或VX。如果進入MX晶體的雜質原子是 A,則其表示符號可寫成：Am或Ax （取代式）以及A （間隙式）。當CaCl2中Ca2+置換

12、KCl中K+而出現(xiàn)點缺陷，其缺陷反應式如下：CaCl 1.38 10298' CaK+Vk+2CiclCaCl2中C?進入到KCl間隙中而形成點缺陷的反應式為：CaCl2 Cai*>+2Vk +2Cl ci1.3 在缺陷反應方程式中，所謂位置平衡、電中性、質量平衡是指什么？解：位置平衡是指在化合物MX,中，M格點數(shù)與X格點數(shù)保持正確的比例關系，即 M X=a： b。電中性是指在方程式兩邊應具有相同的有效電荷。質量平衡是指方程式兩邊應保持物質質量的守恒。1.4 （a）在MgQll體中，肖特基缺陷的生成能為6ev,計算在25c和1600c時熱缺陷的濃度。（b）如果MgO晶體中，含有百

13、萬分之一 mol的Al2Q雜質，則在1600c時，MgO晶體中是熱缺陷占優(yōu)勢還是雜質缺陷占優(yōu)勢？ 說明原因。解：(a)根據熱缺陷濃度公式：=exp (- -G )N2kT由題意G=6ev=6X 1.602 x 10-19=9.612 x 10-19JK=1.38 X 10-23 J/KT 1=25+273=298KT 2=1600+273=1873K9 612 10,9-51298K: = expN103 =1.92 X 10（b）在MgO加入百萬分之一的Al 2。雜質，缺陷反應方程為：Al 2O3 MgO > 2Al Mg - VMg - 3Oo此時廣生的缺陷為VMg雜質。而由上式可知

14、：Al 2Q= VMg 雜質當加入10-6 Al 2。時，雜質缺陷的濃度為''-6VMg雜質=四2。 = 10''-9由（a）計算結果可知：在 1873 K, VMg-8X10''''顯然：VMg雜質VMg熱，所以在1873 K時雜質缺陷占優(yōu)勢。1.5對某晶體的缺陷測定生成能為84KJ/mol ,計算該晶體在1000K和1500K時的缺陷濃度。解：根據熱缺陷濃度公式:2kT由題意 G=84KJ/mol=84000J/mol則一 =exp ()M2RT其中 R=8.314J/mol - K當 T1=1000K時，=exp (_-G)

15、 = exp84000 =6.4X10-3M2RT2 8.314 1000當 T2=1500K時，=exp ( G) = exp 84000 =3.45X10-2M2RT2 8.314 15001.8非化學計量化合物 FexO中，F(xiàn)e37Fe2+=0.1 ,求FexO中的空位濃度及 x值。解：非化學計量化合物 FexO,可認為是a (mol)的FeO溶入FeO中，缺陷反應式為:FezQ FeO > 2FeFe + V'Fe+3OOa 20coe此非化學計量化合物的組成為：3 2MgO-at 2 Mg ai + V02O0（2） 'Fe 2：.Fe(1.2 . )O已知：F

16、e3+/Fe2+=0.1貝U: 二0.11 -2： Y a = 0.044 - x = 2 a +(1 3a )=1 a = 0.956又：V Fe3 = a = 0.044正常格點數(shù) N= 1+x= 1+0.956 =1.956''3八、小立4V Fe 0.044. 2.空位儂度為一Fe2.25 10N 1.9561.10試比較刃型位錯和螺型位錯的異同點。解：刃型位錯和螺型位錯的異同點見表1-1所示。表1-1刃型位錯和螺型位錯的異同點螺型位錯刃型位錯與柏格斯矢量b柏格斯矢量b與刃性位柏格斯矢量b與螺型位的位置關系錯線垂直位錯分類刃性位錯有正負之分位錯是否引起晶 體畸變和形成應

17、 力場位錯類型引起晶體畸變和形成應 力場，且離位錯線越遠, 晶格畸變越小只有幾個原子間距的線 缺陷錯線平行螺形位錯分為左旋和右旋引起晶體畸變和形成應 力場，且離位錯線越遠, 晶格畸變越小只有幾個原子間距的線 缺陷因而間隙型缺陷在離子晶體中（除螢石型）較少見。上述四個方程以（2）和（3）較合理。當然正確的判斷必Ca 3 Yx F21 x2須用固溶體密度測定法來決定。(b) (1) Al 2 Mgx O3(2) Al 2 x Mg x O x (3) Cai x、F2 x (4)2.1. x-3-322.7 對于MgO AI2Q和CrzQ,其正、負離子半徑比分別為0.47、0.36和0.40。 A

18、I2Q和Cr2O3形成連續(xù)固溶體。（a）這個結果可能嗎？為什么？ （b）試預計，在 MgO Cr2O3系統(tǒng)中的固溶度是有限還是很大？為什么？解：（a） AI2Q與CrzQ有可能形成連續(xù)固溶體。因為: RlJ.40-。36Ri0.40=10%< 15%結構類型相同，均屬剛玉型結構。（b）對于MgOCr2O3系統(tǒng)，由于結構類型相差較大，前者為 NaCl型，后者為剛玉型。雖然R1 R2 =0.47 0.4=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。Ri 0.472.8 Al 2Q在MgO將形成有限固溶體，在低共熔溫度1995c時，約有18wt% AI2O溶入Mg

19、O中，MgOI位晶胞尺寸減小。試預計下列情況下密度的變化。（a） Al 3+為間隙離子，（b） Al3+為置換離子。解：（a） Al 3+為間隙離子:缺陷反應為：Al2O3-MgO-； 2AliW VMg3Oo(1)固溶式分子式:Mgl_3xAlxVMg|x(2)（b） Al3+為置換離子:缺陷反應為：Al 2O3 -MgO- 2Al Mg +VMg 3OO（3）固溶式分子式：Mg 3 Al x V 1 O1 xMgx（4）取100g試樣為基準：（為摩爾數(shù)）mA. O = 一18一= 0.176 (m 為摩爾數(shù))Al2O3MAl2O3102RMgk 82= -82- = 2.035M MgO

20、40.3.MgO中固溶18%wt的AlzQ后的分子式為：2.035 MgO 0.176 Al 2Q或 Mg.035Al 0.352 C2.563 (5)式各項除以 2.563 得 Mg.794 A10.137。(6)由（6）式得x=0.137代入（2） （4）式,對（a）有 Mg 3 Al 0.137 V 3 O1_.X0.137Mg- 0.137即 Mg）.794 A1 0.137 VMg o 206 O（b）有 MSP94 Al 0.137 VMg 0.069 O設：固溶前后晶胞體積不變，則密度變化為：P°.176M AI2O3 +2.°35M MgO0.176 m 1

21、02 +2.035 m 40.3 八 “c=0.968：Mg02.563M MgO2.563 40.3（PMgO，P'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。第三章熔體和非晶態(tài)固體3.1 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單位，組成大小不同的聚合體?？煞譃槿齻€階段初期：石英的分化；中期：縮聚并伴隨變形；后期：在一定時間和一定溫度下，聚合和解聚達到平衡。3.3 名詞解釋（并比較其異同）答：晶子學說：玻璃內部是由無數(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，晶子向無定形部分過渡是逐漸完成時，二者沒有明顯界限。無規(guī)則

22、網絡學說：凡是成為玻璃態(tài)的物質和相應的晶體結構一樣，也是由一個三度空間網絡所構成。這種 網絡是由離子多面體（三角體或四面體）構筑起來的。晶體結構網是由多面體無數(shù)次有規(guī)律重復構成，而玻璃 中結構多面體的重復沒有規(guī)律性。3.4 玻璃形成的條件形成熱力學條件：玻璃與晶體的內能差值不大，內能差別愈小，玻璃愈難結晶，即愈容易生成玻璃。玻璃形成的動力學條件：避免析晶，過冷度大，冷卻速度快，防止成核并變大。結晶化學條件：（1）鍵強；（2）鍵型：形成玻璃必須具有極性共價鍵或金屬共價鍵。3.5 試用實驗方法鑒別晶體 SiO2、SiO2玻璃、硅膠和 SiO2熔體。它們的結構有什么不同？答：利用X一射線檢測。晶體S

23、iO2一質點在三維空間做有規(guī)律的排列，各向異性。SiO2熔體一內部結構為架狀，近程有序，遠程無序。SiO 2玻璃一各向同性。硅膠一疏松多孔。3.5 玻璃的組成是 13wt%Na。13wt%CaO 74wt%SiQ,計算橋氧分數(shù)？解：NaOCaOSiO2wt%131374mol0.210.231.23mol%12.613.873.6R=(12.6+13.8+73.6X 2)/ 73.6=2.39 Z=4 .1.X=2R- Z=2.39 X 2-4=0.72Y=ZX= 4 - 0.72=3.28氧橋 =3.28/ (3.28 X 0.5+0.72 )=69.5%3.7在SiO2中應加入多少N32O

24、,使玻璃的O/Si=2.5 ,此時析晶能力是增強還是削弱?解：設加入 x mol的N&O,而SiO2的量為y mol。則 O/Si= （x+2y） / y =2.5，x=y/2 即二者的物質量比為 1:2 時，O/Si=2.5。因為O/Si增加了，粘度下降，析晶能力增強了。3.9 試比較硅酸鹽玻璃與硼酸鹽玻璃在結構與性能上的差異。答：結構差異：硅酸鹽玻璃：石英玻璃是硅酸鹽玻璃的基礎。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構。由于 Si-O-Si鍵角變動范圍大，使石英玻璃中 SiO 4四面體排列成無規(guī)則網絡結構。 SiO2是硅酸鹽玻璃中的主要氧化物。硼酸鹽玻璃：B和。交

25、替排列的平面六角環(huán)的 B-O集團是硼酸鹽玻璃的重要基元，這些環(huán)通過 B O B鏈 連成三維網絡。B2O3是網絡形成劑。這種連環(huán)結構與石英玻璃硅氧四面體的不規(guī)則網絡不同，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：試劑和氣體介質化學穩(wěn)定性好、硬度高、生產方法簡單等優(yōu)點。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； 氧化硼玻璃的轉化溫度比硅酸鹽玻璃低得多；硼對中子射線的靈敏度高，硼酸鹽玻璃作為原子反應堆的窗口對 材料起屏蔽中子射線的作用。3.10 解釋硼酸鹽玻璃的硼反?，F(xiàn)象？答：硼反?，F(xiàn)象：

26、隨著 Ns2O（R。含量的增加，橋氧數(shù)增大，熱膨脹系數(shù)逐漸下降。當NaO含量達到15% 16%寸，橋氧又開始減少，熱膨脹系數(shù)重新上升，這種反?，F(xiàn)象就是硼反常現(xiàn)象。硼反?，F(xiàn)象原因：當數(shù)量不多的堿金屬氧化物同B2Q一起熔融時，堿金屬所提供的氧不像熔融SiO2玻璃中作為非橋氧出現(xiàn)在結構中，而是使硼轉變?yōu)橛蓸蜓踅M成的硼氧四面體。致使B2Q玻璃從原來二度空間層狀結構部分轉變?yōu)槿瓤臻g的架狀結構，從而加強了網絡結構，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。3.10 陶瓷的典型組織結構 包括三種相：晶體相（莫來石和石英）、玻璃相和氣相3.11 氧化

27、鋁瓷件中需要被銀，已知 1000c 時ai2O3（s）=1.0 ¥0-3N/m,飲（l）=0.92 10-3N/m,於g （L） /ai2O3 s ）=1.77 »0-3N/m,問液態(tài)銀能否濕潤氧化鋁瓷件表面？用什么方法改善它們之間的濕潤性？ 解：由于 利=+扎vCOSB COV =-0.84 a 9 = 147> 90°液態(tài)銀不能濕潤氧化鋁瓷件表面，但可以通過降低聞使其小于fv,從而達到濕潤的目的。方法如下：加入一些金屬降低 利。5.2 影響濕潤的因素有那些？答： 固體表面粗糙度 當真實接觸角8小于90。時，粗糙度越大，表面接觸角越小，就越容易 濕潤；當8

28、大于90。，則粗糙度越大，越不利于濕潤。 吸附膜 吸附膜的存在使接觸角增大，起著阻礙作用。第四章相平衡1.解釋下列名詞：解：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。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。介穩(wěn)平衡：即熱力學非平衡態(tài)，能量處于較高狀態(tài)，經常出現(xiàn)于硅酸鹽系統(tǒng)中。低共熔點：是一種無變量點，系統(tǒng)冷卻時幾種晶相同時從熔液中析出，或加熱時同時融化。馬鞍點：三元相圖界線上溫度最高點，同時又是二元系統(tǒng)溫度的最低點。切線規(guī)則：將界線上某一點所

29、作的切線與相應的連線相交，如交點在連線上，則表示界線上該處具有共熔性質; 如交點在連線的延長線上，則表示界線上該處具有轉熔性質，遠離交點的晶相被回吸。三角形規(guī)則：原始熔體組成點所在副三角形的三個頂點表示的物質即為其結晶產物；與這三個物質相應的初初 晶區(qū)所包圍的三元無變量點是其結晶結束點。重心規(guī)則：如無變點處于其相應副三角形的重心位，則該無變點為低共熔點：如無變點處于其相應副三角形的 交叉位，則該無變點為單轉熔點；如無變點處于其相應副三角形的共軻位，則該無變點為雙轉熔點。4.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E發(fā)生如下析晶過程：LA+C,已知 E點的B含量為20%

30、化合物C的B含量為64%今有C,。兩種配料，已知。中B含量是中B含量的1.5倍, 且在高溫熔融冷卻析晶時，從該二配料中析出的初相(即達到低共熔溫度前析出的第一種晶體)含量相等。請計算C1, C2的組成。解：設C2中B含量為x,解得x = 17.31.5x-26則C中B含量為1.5x ,由題意得：20-x = 1.5X-2020 - 64-207.圖10-24 (e)是具有雙降升點的生成一個不一致熔融三元化合物的三元相圖。 晶路程的各自特點， 并在圖中用陰影標出析晶時可能發(fā)生穿相區(qū)的組成范圍。組成點 的析晶路程。請分析1, 2, 3點的析 n在SC連線上，請分析它解：熔體1的析晶路程：嬉陽右！區(qū)

31、(期黃才己4 w +(助看乎知事也A+E Y3熔體2的析晶路程：熔體A =M 4月+ j- Rm 仃，月+E+ P- ltF-3P- 4 F-1晨工; 品皿取月+S +5消妁:三反3 N+ S+O品電容,12. A +S +C)上4+工豐U熔體3的析晶路程;塔律3 -T 3 月<月)一T J 4月+/)一、3 T曷.出戰(zhàn)，應十義+解)1 PH.F琦p-4 F-iP7.F73H_Et 超右+ (凡必同葉消窕)一三45gT3,5 + (C) Xd, F/P- F-S-> .Irijln, £+ 0 + (£)1 ->13, S+ £+ ClP&

32、;F74F*。卬加11G第五章擴散7-14試從結構和能量的觀點解釋為什么D表面D晶面D晶內。解：固體表面質點在表面力作用下，導致表面質點的極化、變形、重排并引起原來的晶格畸變，表面結 構不同于內部，并使表面處于較高的能量狀態(tài)。晶體的內部質點排列有周期性，每個質點力場是對稱的，質點 在表面遷移所需活化能較晶體內部小，則相應的擴散系數(shù)大。同理，晶界上質點排列方式不同于內部，排列混 亂，存在著空位、位錯等缺陷，使之處于應力畸變狀態(tài)，具有較高能量，質點在晶界遷移所需的活化能較晶內 小，擴散系數(shù)大。但晶界上質點與晶體內部相比，由于晶界上質點受兩個晶粒作用達到平衡態(tài)，處于某種過渡 的排列方式，其能量較晶體

33、表面質點低，質點遷移阻力較大因而D晶界D表面。第六章固相反應6-3比較楊德方程、金斯特林格方程優(yōu)缺點及適應條件。解：兩個方程都只適用穩(wěn)定擴散的情況。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 球形顆粒截面始終不變。因而只適用反應初期轉化率較低的情況。而金斯格林方程考慮了在反應進程中反應截 面面積隨反應過程變化這一事實，因而金氏方程適用范圍更廣，可以適合反應初、中期。6-2固相反應模型1拋物線型速度方程平板模型；2楊德爾方程成體模型；3金斯特林格方程球體模型6-7試分析影響固相反應的主要因素。解：(1)反應物化學組成與結構的影響：反應物中質點作用力越大，反應能力越小；同一反應體系中，

34、固相反應速度與各反應物間的比例有關；礦化劑的特殊作用。(2)顆粒度和分布影響：粒徑越小，反應速度越快；同一反應體系中由于物料尺寸不同，反應速度會屬 于不同動力學范圍控制；少量較大尺寸的顆粒存在會顯著延緩反應過程的完成。(3)反應溫度的影響：溫度越高，質點熱運動增強，反應能力和擴散能力增強。(4)壓力、氣氛的影響：兩固相間的反應，增大壓力有助顆粒的接觸面積，加速物質傳遞過程，使反應 速度增加；對有液汽相參加的固相反應，提高壓力不表現(xiàn)積極作用，甚至適得其反。(5)礦化劑的影響：晶格能越大，結構越完整和穩(wěn)定，反應活性越低。加入礦化劑可以提高固相反應。6-8如果要合成鎂鋁尖晶石，可供選擇的原料為MgC

35、G Mg(OH、MgO AI2Q 3屋。丫-Al 2Q、“-Al 2Q。從提高反應速率的角度出發(fā)，選擇什么原料較好？請說明原因。解：應選用 MgCO Mg(OH)和Al 2O 3HO作原料較好。因為MgCO, Mg(OH在反應中可以發(fā)生熱分解， Al 2O 3HO發(fā)生脫水反應和晶型轉變，將獲得具有較大 比表面和晶格缺陷的初生態(tài)或無定形物質從而提高了反應活性，加劇了固相反應的進行。第七章相變7-2什么叫相變？按照相變機理來劃分，可分為哪些相變？解：相變是物質系統(tǒng)不同相之間的相互轉變。按相變機理來分，可以分為擴散型相變和非擴散型相變和 半擴散型相變。依靠原子或離子長距離擴散進行的相變叫擴散型相變。

36、非擴散型型相變指原子或離子發(fā)生移動，但相對位移不超過原子間距。7-3分析發(fā)生固態(tài)相變時組分及過冷度變化相變驅動力的影響。解：相變驅動力是在相變溫度下新舊相的體自由能之差(AQ)，而且AGr °是新相形成的必要條件。當兩個組元混合形成固溶體時，混合后的體系的自由能會發(fā)生變化。可以通過自由能-成分曲線來確定其相變驅動力的大小。過冷度是相變臨界溫度與實際轉變溫度之差，相變形核的熱力學條件是要有過冷度。已知驅動力4(竺)與過冷度AT之間的關系是：方,這進一步說明了形核的熱力學條件。7-4馬氏體相變具有什么特征？它和成核-生成相變有何差別？解：馬氏體相變是替換原子經無擴散切變位移（均勻或不均勻

37、）并由此產生形狀改變和表面浮凸、曾不變平面應變特征的一級形核、長大的相變。特征：具有剪切均勻整齊性、不發(fā)生原子擴散、相變速度快、相變有一定范圍、有很大的切變型彈性應 變能。成核-生長過程中存在擴散相變，母相與晶相組成可相同可不同，轉變速度較慢，無明顯的開始和終了溫度。7-9在純液體平衡凝固溫度 。以下，AG；臨界相變勢壘隨溫度下降而減小，于是有一個使熱起伏活化因子exp（-%/上力為極大值的溫度。試證明當T= T0/3時，exp（Y中冏有極大植。（提示：利用凡值一印八 表達式）4夕=16咤沖=A4解：由將/ 代入a“_16戊或16楠曾則一艾（年-工？ 令一1_則年二 :7二 2L,即求y的極值

38、，當 3時了 =。，即此時y有極大值。7 力 世故當 3時，exp （ k'T ）有極大值。密度為7.3g/cm3,熔點為1593 C,熔化熱為11495J/mol ,固液界面能10C、100c時的臨界晶核大小，并估計這些晶核分別由多少個晶胞所組7-13 鐵的原子量為55.84 , 為2.04 X 10 5J/cm2,試求在過冷度為 成（已知鐵為體心立方晶格，晶格常數(shù)a=0.305nm）。/=- NG廣上4亓（力,則晶胞的個數(shù)為 34,解：由,7.3x10- U495x283 = _2 267x1o8.-門二J晶核體積為3,晶胞的體積為a當過冷度為10c時，將已知條件代入，得：/ =

39、_ 2x2.04x10 i 8xlQ.?2 2"m4x3 14x（18x10“）,則晶胞的個數(shù)為3xi；0.305xl0）5個當過冷度為100c時，將已知條件代入，得：= 2.98x10s jt = 2x2,04x10 1 775xlQ,；2 2三 111'm此時晶胞的個數(shù)為825x108個。7-14 熔體冷卻結晶過程中， 在1000c時，單位體積自由烙變化 G418J/cm3;在900c時是2090J/cm3。設固液界面能-5X10 5J/cm2,求：（1）在900c和1000c時的臨界晶核半徑； （2）在900c和1000 c時進行相變所需的能量。解：（1）由題意可知,2

40、"父10 ' = 478x10*m = 0.47&im 20904182x5x10 5 = 239x10111 = 2.39nm(2)溫度為900 c時,16* _ 16x3.14x(5x10-7ALtv =* 一3(g)3x(2090)= 324x10 出 j溫度為1000 c時，16 瑰16x3,14x(5x10-)33x(418)= L19xlO*J7-17圖7-1為晶核的半徑與4G間的關系, 現(xiàn)有不同溫度的三條曲線，請指出哪條溫度最高？哪條溫度最低？并說明理由。圖7-16關系曲線解：晶核的半徑相同時第八章燒結過程8-1名詞解釋:燒結 燒結溫度泰曼溫度液相燒結固

41、相燒結初次再結晶晶粒長大二次再結晶(1)燒結：粉末或壓坯在低于主要組分熔點的溫度下的熱處理，目的在于通過顆粒間的冶金結合以提高其強度。2/3處的溫（3）泰曼溫度：固體晶格開始明顯流動的溫度，一般在固體熔點（絕對溫度）的度。在煨燒時，固體粒子在塔曼溫度之前主要是離子或分子沿晶體表面遷移，在晶格內部空間擴散（容積擴散） 和再結晶。而在塔曼溫度以上，主要為燒結，結晶黏結長大。（7）晶粒長大：是指多晶體材料在高溫保溫過程中系統(tǒng)平均晶粒尺寸逐步上升的現(xiàn)象（8）二次再結晶：再結晶結束后正常長大被抑制而發(fā)生的少數(shù)晶粒異常長大的現(xiàn)象。8-2燒結推動力是什么？它可憑哪些方式推動物質的遷移，各適用于何種燒結機理？

42、解：推動力有：（1）粉狀物料的表面能與多晶燒結體的晶界能的差值，燒結推動力與相變和化學反應的能量相比很小，因而不能自發(fā)進行，必須加熱?。?）顆粒堆積后，有很多細小氣孔彎曲表面由于表面張力而產生壓力差，（3）表面能與顆粒之間形成的毛細管力。傳質方式：（1）擴散（表面擴散、界面擴散、體積擴散）；（2）蒸發(fā)與凝聚；（3）溶解與沉淀；（4）黏滯流動和塑性流動等，一般燒結過程中各不同階段有不同的傳質機理，即燒結過程中往往有幾種傳質機理在 起作用。8-3下列過程中，哪一個能使燒結體強度增大，而不產生坯體宏觀上的收縮？試說明理由。（1）蒸發(fā)冷凝；（2）體積擴散；（3）粘性流動；（4）晶界擴散；（5）表面擴散

43、；（6）溶解沉淀解：蒸發(fā)-凝聚機理（凝聚速率=頸部體積增加）燒結時頸部擴大，氣孔形狀改變，但雙球之間中心距不變，因此坯體不發(fā)生收縮，密度不變。8-4什么是燒結過程？燒結過程分為哪三個階段？各有何特點？解：燒結過程：粉末或壓坯在低于主要組分熔點的溫度下的熱處理，目的在于通過顆粒間的粘結結合 以提高其強 度。燒結過程大致可以分為三個界線不十分明顯的階段。（1）液相流動與顆粒重排階段：溫度升高，出現(xiàn)足夠量液相，固相顆粒在DP作用下重新排列，顆粒堆積更緊密；(2)固相溶解與再析出：接觸點處高的局部應力?塑性變形和蠕變？顆粒進一步重排;(3)固相的的燒結：小顆粒接觸點處被溶解較大顆?；蜃杂杀砻娉练e晶粒長

44、大形狀變化不斷重排而致 密化。8-5燒結的模型有哪幾種？各適用于哪些典型傳質過程？解：粉體壓塊：蒸發(fā)一凝聚雙球模型：有液相參與的粘性蠕變擴散Kingery和LSW :溶解-沉淀8-12在1500 C, MgOE常的晶粒長大期間，觀察到晶體在 1h內從直徑從1m長大到10m,在此 條件下，要得到直徑20 dm的晶粒，需燒結多長時間？如已知晶界擴散活化能為 60kcal/mol，試計算在1600 c 下4h后晶粒的大小，為抑制晶粒長大，加入少量雜質，在 1600 C下保溫4h ,晶粒大小又是多少？1）解：燒結數(shù)率常數(shù)和溫度關系服從阿累尼烏斯方程:Ri其中：為常數(shù)，Q為晶界擴散活化能，在正常的晶粒長

45、大期間，晶粒直徑與時間關系為:( 2)其中口。為£二0時晶粒的平均尺寸。在加入少量雜質時，晶粒直徑與時間關系為：存 F*(3)在1500 C時，MgO正常生長時，由(2)有二99再由（1）有 , = 5789.5則在1500 c正常生長條件下，達到20機所需時間為：二4034，義、&0即（一三）在 1600 C 時RT = 122.83由（2） =。= 22.2阿 加入雜質后由（3）有。=7.9阿8-14在制造透明Al 203材料時，原始粉料粒度為 2 m,燒結至最高溫度保溫 0.5h ,測得晶粒尺寸10 m,試問若保溫時間為 2h,晶粒尺寸多大？為抑制晶粒生長加入 0.1 %MgO此時若保溫時間為 2h,晶粒又有 尺寸多大？解：由：一在此條件下保溫21設直徑為口則有：口二19.7償即求加入少量的MgO寸：由：',J:-，”8-15在1500 C Al 2。正常晶粒生長期間，觀察到晶體在 1h內從0.5科m直徑長大到10 dmb如已知晶 界擴散活化能為 335kJ/mol ,試預測在1700 c下保溫時間為 4h后，晶粒尺寸是多少？你估