材料科學(xué)基礎(chǔ)問答題整理

1、以下問答題請參考。另外，可以出些對圖表解釋的題目類型，如圖10.14、圖4.23、圖4.12、圖4.14等。1、NaCl晶體中摻雜微量CaCl時，Na的擴散系數(shù)D與溫度T的關(guān)系如圖，試分析圖中曲線出現(xiàn)兩段不同斜率直線（即圖中曲線有一轉(zhuǎn)折點A）的原因。若提高NaCl的純度，圖中曲線的轉(zhuǎn)折點將如何變化？答：低溫時為不等價置換產(chǎn)生的空位引起的非本征擴散，高溫為熱缺陷為主的本征擴散，兩者的活化能不同，從而出現(xiàn)轉(zhuǎn)折。提高NaCl的純度，圖中曲線的轉(zhuǎn)折點將向低溫方向移動。2、比較硅酸鹽晶體與硅酸鹽玻璃的結(jié)構(gòu)和性能。答：項目晶體玻璃硅氧骨架在三維空間作周期性重復(fù)排列無序排列網(wǎng)絡(luò)外陽離子占據(jù)固定位置統(tǒng)計性均勻

2、分布于骨架空腔化學(xué)計量固定比例非化學(xué)計量(無固定比例)陽離子交換半徑相近時能置換滿足靜電規(guī)則均可置換性能具各向異性等晶體性質(zhì)各向同性等3、二次再結(jié)晶產(chǎn)生的原因是什么？可以采取哪些措施來防止它的產(chǎn)生？答：原始粒度不均勻；燒結(jié)溫度偏高；燒結(jié)速率太快；坯體成型壓力不均勻；局部有不均勻液相等。為防止晶粒異常生長，應(yīng)適當控制溫度來防止晶界移動速率過快；引入適當?shù)奶砑觿?，能抑制晶界的遷移，加速氣孔排除。4、試分析二次再結(jié)晶過程對材料性能有何種效應(yīng)? 解：二次再結(jié)晶發(fā)生后,由于個別晶粒異常長大,氣孔進入晶粒內(nèi)部,成為孤立閉氣孔,不易排除,使燒結(jié)速率降低甚至停止,坯體不再致密；加之大晶粒的晶界上有應(yīng)力存在,使

3、其內(nèi)部易出現(xiàn)隱裂紋,繼續(xù)燒結(jié)時坯體易膨脹而開裂,使燒結(jié)體的機械,電學(xué)性能下降。5、試比較機械混合物、固溶體和化合物的異同點(以AO溶質(zhì)溶解在MO溶劑中為例)。答：比較項目固溶體化合物機械混合物形成方式摻雜、溶解化學(xué)反應(yīng)機械混合反應(yīng)式化學(xué)組成混合尺度原子(離子)尺度原子(離子)尺度晶體顆粒態(tài)結(jié)構(gòu)與MO相同AMO型結(jié)構(gòu)AO+ MO結(jié)構(gòu)相組成均勻單相單相兩相、有界面6、試從粘土礦物的晶體結(jié)構(gòu)特點， 解釋高嶺石（AlSiO(OH)）類粘土類礦物與蒙脫石（AlSiO(OH)nHO）類粘土礦物之間存在下列性能的差別： 高嶺石類，具有表面積較小、表面帶電量低、與水混合后吸水膨脹性和粘結(jié)性都較小。蒙脫石類，得

4、不到較大顆粒、表面帶電性強、吸附陽離子的性能比高嶺石強、吸水能力強、遇水膨脹大、粘結(jié)性能好。7、石棉礦如透閃石CaMgSiO2(OH)具有纖維狀結(jié)晶習(xí)性，而滑石MgSiO(OH)卻具有片狀結(jié)晶習(xí)性，試解釋之。8、討論在一定溫度下，同組成的玻璃體比晶體具有更高的內(nèi)能，及晶體具有一定熔點而玻璃體沒有固定熔點的原因。9、試比較機械混合物、固溶體和化合物的異同點。10、試用曲線表示出在成核生長相變過程中，總結(jié)晶速率與溫度的關(guān)系，并說明要獲得細晶，溫度應(yīng)如何控制。11、有人試圖用延長燒結(jié)時間來提高產(chǎn)品致密度，你以為此法是否可行為什么了？解：延長燒結(jié)時間一般都為不同程度地促使燒結(jié)完成,但對粘性流動機理的燒

5、結(jié)較為明顯,而對體積擴散和表面擴散機理影響較小。對體積擴散和表面擴散,低溫下以表面擴散為主,高溫下以體積擴散為主,而表面擴散并不改變?yōu)榕黧w的致密度,因此,可適當延長高溫?zé)Y(jié)時間。另外,在燒結(jié)后期,不合理的延長燒結(jié)時間,有時會加劇二次再結(jié)晶作用,反而得不到充分致密的制品。12、材料的許多性能如強度、光學(xué)性能等要求其晶粒尺寸微小且分布均勻，工藝上應(yīng)如何控制燒結(jié)過程以達到此目的?解:(1) 晶粒的大小取決于起始晶粒的大小,燒結(jié)溫度和燒結(jié)時間;(2) 防止二次再結(jié)晶引起的晶粒異常長大13、何謂均勻成核?何謂不均勻成核?晶核劑對熔體結(jié)晶過程的臨界晶核半徑有何影響?解：均勻成核在均勻介質(zhì)中進行，在整體介質(zhì)

6、中的核化可能性相同，與界面，缺陷無關(guān)非均勻成核在異相界面上進行，如容器壁，氣泡界面或附著于外加物（雜質(zhì)或晶核劑）14、試分析離子晶體中，陰離子擴散系數(shù)般都小于陽離子擴散系數(shù)的原因。解：離子晶體一般為陰離子作密堆積，陽離子填充在四面體或八面體空隙中。所以陽離子較易擴散。如果陰離子進行擴散，則要改變晶體堆積方式，阻力大。從而就會拆散離子晶體的結(jié)構(gòu)骨架15、試從結(jié)構(gòu)和能量的觀點解釋為什么D表面D晶面D晶內(nèi)。解：固體表面質(zhì)點在表面力作用下，導(dǎo)致表面質(zhì)點的極化、變形、重排并引起原來的晶格畸變，表面結(jié)構(gòu)不同于內(nèi)部，并使表面處于較高的能量狀態(tài)。晶體的內(nèi)部質(zhì)點排列有周期性，每個質(zhì)點力場是對稱的，質(zhì)點在表面遷移

7、所需活化能較晶體內(nèi)部小，則相應(yīng)的擴散系數(shù)大。同理，晶界上質(zhì)點排列方式不同于內(nèi)部，排列混亂，存在著空位、位錯等缺陷，使之處于應(yīng)力畸變狀態(tài)，具有較高能量，質(zhì)點在晶界遷移所需的活化能較晶內(nèi)小，擴散系數(shù)大。 但晶界上質(zhì)點與晶體內(nèi)部相比，由于晶界上質(zhì)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，其能量較晶體表面質(zhì)點低，質(zhì)點遷移阻力較大因而D晶界D表面。16、試說明晶界能總小于兩個相鄰晶粒的表面能之和的原因。解：結(jié)構(gòu)相同而取向不同的晶體相互接觸，其接觸界面稱晶界。若相鄰晶粒的原子彼此無作用，那么，每單位面積晶界能將等于兩晶粒表面能之和。但實際上，兩個相鄰晶粒的表面層上的原子間存在相互作用，且很強，兩者都力圖使晶界上質(zhì)點排列符合于自己的取向，所以晶界上原子形成某種過渡的排列方式，與晶格內(nèi)卻不同，晶界上原子排列疏松，處于應(yīng)力畸變狀態(tài)，晶界上原子比晶界內(nèi)部相同原子有較高的能量，這種作用部分抵消了表面質(zhì)點的剩余的鍵力。因此晶界結(jié)構(gòu)和表面結(jié)構(gòu)不同導(dǎo)致了晶界能總小于兩個相鄰晶粒的表面能之和。17、試述石英晶體、石英熔體、NaO2SiO熔體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上的區(qū)別。解：石英晶體石英熔體Na2O2SiO2結(jié)構(gòu)SiO44-按共頂方式對稱有規(guī)律有序排列，遠程有序