材料科學基礎(chǔ)最新考題總結(jié)

1、#名詞解釋（5*4）1、螢石結(jié)構(gòu):Ca2+作立方緊密堆積 ,F-充填于全部的四面體空隙,八面體空隙全部空著，因此在八個F-之間存在有較大的空洞，為陰離子F-的擴散提供條件。2、反螢石結(jié)構(gòu)：晶體結(jié)構(gòu)與螢石完全相同，只是陰、陽離子的位置完全互換。3、正尖晶石答：在尖晶石AB2O4型結(jié)構(gòu)中，如果A離子占據(jù)四面體空隙，B離子占據(jù)八面體空隙，則稱為正尖晶石。(A)B2O4。4、反尖晶石型結(jié)構(gòu)答：如果半數(shù)的B離子占據(jù)四面體空隙，A離子和另外半數(shù)的B離子占據(jù)八面體空隙，則稱為反尖晶石。 (B)ABO4。5、二八面體：在層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體中，二八面體以共棱方式相連，但八面體中的離子被其他兩個陽離子所共用，因而

2、稱為二八面體。6、三八面體：仍共棱方式相連，但八面體中的離子被其他三個陽離子所共用，因此成為三八面體。7、位移性轉(zhuǎn)變：這種改變不打開任何鍵，也不改變原子最鄰近的配位數(shù)，僅僅使結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變，原子位置發(fā)生少許位移。是高低溫轉(zhuǎn)變，所需能量低，屬于可逆轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變速度快。8、重建性轉(zhuǎn)變：是破壞原有原子間的化學鍵，改變原子最鄰近的配位數(shù)，是晶體結(jié)構(gòu)完全改變。使晶體結(jié)構(gòu)完全改變原樣的一種多晶轉(zhuǎn)變形式。需要破壞化學鍵，所需能量高，有些是不可逆轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變速率慢。9、同質(zhì)多晶現(xiàn)象：相同的化學組成，在不同的熱力學條件下卻能形成不同的晶體的結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出不同的物理、化學性質(zhì)。10、類質(zhì)同晶現(xiàn)象：化學組成相似或相近，在相

3、同的熱力學條件下，形成的晶體具有相同的結(jié)構(gòu)。11、弗侖克爾缺陷：正常格點離子和間隙位置反應生成間隙離子和空位的過程。 特征：當晶體中剩余空隙比較大時，如螢石CaF2型結(jié)構(gòu)等，容易產(chǎn)生弗侖克爾缺陷。12、肖特基缺陷：正常格點位置的離子躍遷到晶體表面的位置上，在原來的各點留下空位。特征：當晶體中剩余空隙比較小，如NaCl型結(jié)構(gòu)，容易形成肖特基缺陷。13、置換式固溶體：亦稱替代固溶體，其溶質(zhì)原子位于點陣結(jié)點上，替代（置換）了部分溶劑原子。14、 間隙式固溶體，亦稱填隙式固溶體，其溶質(zhì)原子位于點陣的間隙中15、穩(wěn)定擴散：是指擴散物質(zhì)的濃度分布不隨時間變化的擴散過程，使用菲克第一定律可解決穩(wěn)定擴散問題。

4、16、不穩(wěn)定擴散：是指擴散物質(zhì)濃度分布隨時間變化的一類擴散，這類問題的解決應借助于菲克第二定律。17、本征擴散：不含有任何雜質(zhì)的物質(zhì)中由于熱起伏引起的擴散。18、非本征擴散：由于雜質(zhì)引入引起的擴散。19、一級相變：相變前后兩相的化學位相等，化學位的一級偏微商不等。特點：有相變潛熱，有體積變化例：晶體的熔化、升華；液體的凝固、氣化；氣體的凝聚以及晶體中的多數(shù)晶型轉(zhuǎn)變等。20、二級相變：相變時兩相化學勢相等，其一級偏微熵相等，而二級偏微熵不等。特點：無相變潛熱，無體積的不連續(xù)性，只有熱容、等壓膨脹系數(shù)、等溫壓縮系數(shù)的不連續(xù)。21、均勻成核：組成一定，熔體均勻一相，在溫度下析晶，發(fā)生在整個熔體內(nèi)部，

5、析出物質(zhì)與熔體一致。22、非均勻成核：有外加界面參加的成核。刃型位錯和螺型位錯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#簡答題（5*5）1、NaCl型晶體由負離子（Cl-）構(gòu)成面心立方最緊密堆積，形成四面體和八面體空隙，而正離+子（Na）占據(jù)其全部八面體間隙。Na-Cl八面體以共棱的方式相連而成。正負離子的配位數(shù)均為 6。一個晶胞含4個NaCL分子。2、解釋在AX型晶體結(jié)構(gòu)中，為什么NaCl型結(jié)構(gòu)最多？答：在AX型晶體結(jié)構(gòu)中，一般陰離子X的半徑較大，而陽離子A的半徑較小，所以陰離子做緊密堆積，陽離子填充在其空隙中。大多數(shù)AX型化合物的r+/r-比在 0.

6、4140.732之間，應填充在八面體空隙中。即具有NaCl型結(jié)構(gòu)；并且NaCl型晶體結(jié)構(gòu)的對稱性較高，那么有些在0.7321.00之間的晶體，其晶格能相差很小，且由于極化結(jié)果，也趨向于NaCl型結(jié)構(gòu)，所以AX型晶體結(jié)構(gòu)中，NaCl型結(jié)構(gòu)最多。3、 用NaCl結(jié)構(gòu)理論解釋水泥熟料中死燒MgO和CaO結(jié)構(gòu)的不同？答：NaCl結(jié)構(gòu)是一種立方面心格子，其中陰離子按最緊密方式堆積，陽離子充填于全部的八面體的空隙中，陰陽離子的配位數(shù)都為6。水泥熟料中死燒MgO和CaO結(jié)構(gòu)與NaCl結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定水化速度緩慢，會影響水泥的安定性。但由于Ca2+半徑比Mg2+半徑大得多，因而在CaO結(jié)構(gòu)中，O2-被“撐開

7、”，這樣，CaO結(jié)構(gòu)不如MgO的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，游離CaO水化速度比游離MgO要快些，游離CaO加熱即可水化，而游離MgO經(jīng)壓蒸才能水化。4、表征硅酸鹽晶體的化學式方法有幾種，分別是什么？并進行比較。 答：表征硅酸鹽晶體的化學式方法有兩種。1）氧化物法，即把構(gòu)成硅酸鹽晶體的所有氧化物按一定的比例和順序全部寫出來，先是+1價堿金屬氧化物，其次是+2價，+3價的金屬氧化物，最后是SiO2。例如，鉀長石的化學式寫成K2O·Al2O3·6SiO2；高嶺石： Al2O3.2SiO2·2H2O2）無機絡(luò)鹽表示法，是把是構(gòu)成硅酸鹽晶體的所有離子按照一定比例和順序全部寫出來，再把相關(guān)的

8、絡(luò)陰離子用中括號 括起來即可，先是+1價、+2價的金屬離子，其次是Al3+和Si4+離子，最后是O2-或OH-離子。如鉀長石為KAlSi3O8，高嶺石：Al2Si2O5(OH)4。5、硅酸鹽結(jié)構(gòu)的共同特點如下：1）.結(jié)構(gòu)中基本結(jié)構(gòu)單元是SiO4四面體，SiOSi鍵夾角為145o。2）.SiO4四面體的每個頂點上的O2-離子最多只能為兩個SiO4四面體所共用。3）.兩個相鄰的SiO4四面體只能共頂相連，不能共棱或共面連接。4）. SiO4四面體中心的Si4+離子可以部分的被Al3+離子所取代，取代后結(jié)構(gòu)本身不發(fā)生大的變化，即所謂同晶取代，但晶體的性質(zhì)卻可以發(fā)生很大的變化。這為材料改性提供了可能。

9、6、島狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)中的硅氧四面體以孤立狀態(tài)存在,它們之間通過其它正離子的配位多面體連結(jié)。特點：硅氧四面體之間沒有共用的氧 。氧離子除了和一個硅離子相連外，剩下的一價將于其它金屬離子相連。結(jié)構(gòu)中Si/O比為1:47、組群狀結(jié)構(gòu)：2、3、4或6個【SiO4】四面體通過共用氧連接形成單獨的絡(luò)陰離子團。9、層狀結(jié)構(gòu)：層狀結(jié)構(gòu)是每個硅氧四面體通過3個橋氧連接，構(gòu)成向二維方向伸展的六節(jié)環(huán)狀的硅氧層?；瘜W式可寫為【】8、 高嶺石結(jié)構(gòu)特點：高嶺石結(jié)構(gòu)是1:1 型：一層硅氧四面體和一層鋁氧八面體相連。在鋁氧八面體層中，每一個Al離子和四個OH離子以及二個O2-離子相連.這種兩層型結(jié)構(gòu)單位在 ab平面內(nèi)無

10、限伸展，在c軸方向是兩層的結(jié)構(gòu)單位重復排列.高嶺石結(jié)構(gòu)中，離子的取代很少，化學組成較純凈。由于是1:l 型結(jié)構(gòu)，在組成中氧化鋁和氧化硅含量的比值較高（46.33%, 39.49%）。結(jié)構(gòu)中,每兩層與兩層之間的聯(lián)系主要是氫鍵，因為在鋁氧八面體層中有一層是OH-離子。由于氫鍵較分子鍵強，因此高嶺石結(jié)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)單位層之間的水分子不易進入，可以交換的陽離于容量也小。從結(jié)構(gòu)上說明高嶺石、蒙脫石陽離子交換容量差異的原因。高嶺石的陽離子交換容量較小，而蒙脫石的陽離子交換容量較大。因為高嶺石是1:1型結(jié)構(gòu)，單網(wǎng)層與單網(wǎng)層之間以氫鍵相連，氫鍵強于范氏鍵，水化陽離子不易進入層間，因此陽離子交換容量較小。而蒙脫石是

11、為2:1型結(jié)構(gòu)，復網(wǎng)層間以范氏鍵相連，層間聯(lián)系較弱，水化陽離子容易進入復網(wǎng)層間以平衡多余的負電荷，因此蒙脫石的陽離子交換容量較大。9、蒙脫石的結(jié)構(gòu)特點：蒙脫石是2:1型結(jié)構(gòu)：即兩層硅氧四面體中夾一層鋁氧八面體層。在鋁氧八面體層中大約有三分之一的Al3+被Mg2+離子所取代，為了平衡多余的負電價，在結(jié)構(gòu)單位之間有其它陽離子來平衡。蒙脫石 (Mx nH2O)(Al2-x Mgx) (Si4O10)(OH)2化學式中的M為其它陽離子。在蒙脫石中，一般是Na+和Ca2+離子，而且以水化陽離子的形式入結(jié)構(gòu)。蒙脫石中，硅氧四面體的Si4+很少被取代。水化陽離子和硅氧四面體中O2-離子的作用力較弱，是分子健

12、連接，因而這種水化陽離子一定條件下容易被交換出來。c軸可膨脹以及陽離子交換容量大，是蒙脫石結(jié)構(gòu)上的特征。結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系蒙脫石層間是分子健連接，晶胞C軸長度隨含水量而變化，所以晶體易于膨脹和壓縮。所以通常稱為膨潤土。具有很高的陽離子交換能力。對Na、Ca、Mg、Al、H等正離子均有強的交換性。10、架狀結(jié)構(gòu)：硅氧四面體的每個頂點均為橋氧，硅氧四面體之間以共頂方式連接，形成三維“骨架”結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)的重復單元為SiO2，Si/O為1:212、非化學計量化合物及特點。1）非化學計量化合物產(chǎn)生及缺陷濃度與氣氛性質(zhì)、壓力有關(guān)；2）可以看作是高價化合物與低價化合物的固溶體3）缺陷濃度與溫度有關(guān)，這點可以從平

13、衡常數(shù)看出；4）非化學計量化合物都是半導體。13、為什么非計量化合物都是N型或P型半導體材料？N型半導體：陰離子空位的產(chǎn)生，束縛了自由電子，在電場的作用下，這些電子發(fā)生遷移，而形成電子導電，可以看作N型半導體。P型半導體：結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生正離子孔穴，引入電子孔穴，在電場作用下運動而導電，可以看作P型半導體。在非計量化合物中，有陰離子缺位型、陽離子填隙型，這兩種缺陷都產(chǎn)生電子導電，所以是N型半導體材料。還有陰離子間隙型、陽離子空隙型，這兩種缺陷都產(chǎn)生電子空穴，在電場作用下運動而導電，所以是P型半導體材料。14、影響熔體粘度的主要因素是溫度和化學組成。硅酸鹽熔體在不同溫度下的粘度相差很大，可以從102變

14、化至1015 Pa·s； 組成不同的熔體在同一溫度下的粘度也有很大差別。1）0/Si比 2）一價金屬氧化物 3）二價金屬氧化物 4）高價金屬氧化物5）陽離子配位數(shù)硼反常現(xiàn)象 6）混合堿效應 7）離子極化的影響8）其他化合物15、表面張力影響因素：1）溫度升高，質(zhì)點熱運動增加，體積膨脹，相互作用變?yōu)樗沙?，表面張力降低?溫度反常現(xiàn)象對硼酸鹽熔體，隨著堿含量減少，表面張力的溫度系數(shù)由負逐漸接近零值，當堿含量再減少時d/dT也將出現(xiàn)正值。這是由于溫度升高時，熔體中各組分的活動能力增強，擾亂了熔體表面BO3平面基團的整齊排列，致使表面張力增大。B2O3熔體在1000左右的d/dT0.04&#

15、215;103Nm。2）表面張力與組成的關(guān)系 結(jié)構(gòu)類型相同的離子晶體，其晶格能越大，則其熔體的表面張力也越大；其單位晶胞邊長越小，熔體的表面張力也越大?？偟恼f來，熔體內(nèi)部質(zhì)點之間的相互作用力愈大，則表面張力也愈大。A）O/Si比，一般說O/Si愈小，熔體中復合陰離子團愈大，e/r值變?。╡是復B）合陰離子團所化學鍵對表面張力的影響：16、兩種假說1）微晶學說:玻璃結(jié)構(gòu)是一種不連續(xù)的原子集合體，即無數(shù)“微晶”分散在無定形介質(zhì)中；“微晶”的化學性質(zhì)和數(shù)量取決于玻璃的化學組成，可以是獨立原子團或一定組成的化合物和固溶體等微觀多相體，與該玻璃物系的相平衡有關(guān)；“微晶”不同于一般微晶，而是晶格極度變形的

16、微小有序區(qū)域，在“微晶”中心質(zhì)點排列較有規(guī)律，愈遠離中心則變形程度愈大；從“微晶”部分到無定形部分的過渡是逐步完成的，兩者之間無明顯界線。2）無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學說:玻璃的結(jié)構(gòu)與相應的晶體結(jié)構(gòu)相似，同樣形成連續(xù)的三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。玻璃的網(wǎng)絡(luò)與晶體的網(wǎng)絡(luò)不同，玻璃的網(wǎng)絡(luò)是不規(guī)則的、非周期性的，因此玻璃的內(nèi)能比晶體的內(nèi)能要大。由于玻璃的強度與晶體的強度屬于同一個數(shù)量級，玻璃的內(nèi)能與相應晶體的內(nèi)能相差并不多，因此它們的結(jié)構(gòu)單元（四面體或三角體）應是相同的，不同之處在于排列的周期性。17、提出氧化物（AmOn）形成玻璃時，應具備如下四個條件：1網(wǎng)絡(luò)中每個氧離子最多與兩個A離子相聯(lián)；2氧多面體中，A離子配位數(shù)必

17、須是小的，即為4或3。3氧多面體相互連接只能共頂而不能共棱或共面。4每個氧多面體至少有三個頂角是與相鄰多面體共有以形成連續(xù)的無規(guī)則空間結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。18、石英玻璃和石英晶體的結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)：由SiO4形成的完整網(wǎng)絡(luò)，所有的氧都是橋氧，結(jié)構(gòu)中無斷網(wǎng)。 Si-O-Si鍵角可以在120-180度之間旋轉(zhuǎn)變化，最可幾144度。網(wǎng)絡(luò)連續(xù)、無序。性質(zhì)：粘度高，使用性能好。但熔制溫度過高19、玻璃的通性1）各向同性2）介穩(wěn)性3）.由熔融態(tài)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化的過程是可逆的與漸變的4）.熔融態(tài)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變時，物理化學性質(zhì)隨溫度變化的連續(xù)性20、玻璃的四個基本結(jié)構(gòu)參數(shù)：X-每個多面體中非橋氧離子的平均數(shù)Y-每個多面體中橋氧離

18、子的平均數(shù)Z-每個多面體中氧離子的平均總數(shù)R-玻璃中氧離子總數(shù)與網(wǎng)絡(luò)形成離子總數(shù)之比X + Y= Z；X + Y/2= R；玻璃的許多性質(zhì)都取決于Y值。Y越大，網(wǎng)絡(luò)的連接程度越大。橋氧離子數(shù)占氧離子總數(shù)的百分數(shù)等于（Y/2R），其值越大，網(wǎng)絡(luò)的連接程度越大。22、一致熔化合物：是一種穩(wěn)定的化合物；與正常的純物質(zhì)一樣具有固定的熔點；熔化時，產(chǎn)生的液相與化合物組成相同。不一致熔化合物是：一種不穩(wěn)定的化合物；加熱到一定溫度會發(fā)生分解；分 解產(chǎn)物是一種液相和一種固相；液相和固相的組成與化合物組成都不相同； 區(qū)分：與正常的純物質(zhì)一樣具有固定的熔點；熔化時，產(chǎn)生的液相與化合物組成相同。加熱到一定溫度會發(fā)生

19、分解；分解產(chǎn)物是一種液相和一種固相；液相和 固相的組成與化合物組成都不相同。23、如何促使介穩(wěn)的方石英轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定態(tài)的鱗石英？生產(chǎn)上一般時加入少量氧化鐵和氧化鈣作為礦化劑。這些氧化物在1000度左右可以產(chǎn)生一定量的相，石英和方石英在此液相中溶解度大，而鱗石英在其中溶解度小，因而石英和方石英不斷溶入液相。而鱗石英則不斷從液相析出。24、判讀三元相圖的幾條重要規(guī)則及他們的作用是什么？（1）連線規(guī)則。判斷界限溫度走向。（2）切線規(guī)則。判斷界限性質(zhì)。（3）重心規(guī)則。判斷無變量點性質(zhì)。（4）三角形規(guī)則。判斷結(jié)晶產(chǎn)物和析晶終點29、楊德爾方程優(yōu)點：在拋物線速度方程基礎(chǔ)上采用了“球體模型”導出了擴散控制的動力

20、學關(guān)系。適用于反應初期、G較小時不足之處：楊德爾方程雖然采用了球體模型，在計算產(chǎn)物厚度時考慮了接觸界面的變化，即利用反應前后球體之體積差算出產(chǎn)物層厚度x。但在將x值代入拋物線方程時實質(zhì)上又保留了擴散面積恒定的假設(shè)，這是導致其局限性的主要原因。30、金斯特林格方程三維球體模型優(yōu)點：金斯特林格采用了楊德爾的球狀模形，但放棄了擴散截面不變的假設(shè)從而導出了更有普遍性的新動力學關(guān)系。金斯特林格方程具有更好的普遍性。 不足之處： 以穩(wěn)定擴散為基本假設(shè)與實際不符。(2)沒有考慮反應物與生成物密度不同所帶來的體積效應。(3)有局限性，限于反應物與生成物濃度相近的情況。32、 燒結(jié)的定義壓制成型后的粉狀物料在低

21、于熔點的高溫作用下、通過坯體間顆粒相互粘結(jié)和物質(zhì)傳遞，氣孔排除，體積收縮，強度提高、逐漸變成具有一定的幾何形狀和堅固整體的過程。33、燒結(jié)的推動力1、能量差：粉狀物料的表面能SV與多晶燒結(jié)體的界面能GB之差。物料在粉碎2、 壓力差：顆粒彎曲的表面上存在壓力差3、空位差：顆粒表面上的濃度與內(nèi)部的濃度差之差稱為空位差34、擴散傳質(zhì)的動力學關(guān)系：初期：表面擴散顯著（影響因素：燒結(jié)時間 原料起始粒度 溫度起決定性作用）中期：晶界和晶格擴散顯著后期：氣孔完全孤立，位于頂點，晶粒已明顯長大。影響擴散的因素有：1）晶體組成的復雜性2）化學鍵的影響。3）結(jié)構(gòu)缺陷的影響。4）溫度與雜質(zhì)對擴散的影響#綜述題（2*

22、8）一.影響形成置換固溶體的因素有哪些？(1).原子或離子尺寸的影響 以r1和r2分別代表半徑大和半徑小的溶劑或溶質(zhì)原子(或離子)的半徑，當時，溶質(zhì)與溶劑之間可以形成連續(xù)固溶體。󰀀當處于15%-30%之間時，溶質(zhì)與溶劑之間只能形成有限型固溶體.大于30%時，溶質(zhì)與溶劑之間很難形成固溶體或不能形成固溶體，而容易形成中間相或化合物。因此r愈大，則溶解度愈小。(2).晶體結(jié)構(gòu)類型的影響 若溶質(zhì)與溶劑晶體結(jié)構(gòu)類型相同，能形成連續(xù)固溶體，這也是形成連續(xù)固溶體的必要條件，而不是充分必要條件。(3).離子類型和鍵性 化學鍵性質(zhì)相近，即取代前后離子周圍離子間鍵性相近，容易形成固溶體。(4).電

23、價因素 形成固溶體時，離子間可以等價置換也可以不等價置換只有等價離子置換才能生成連續(xù)固溶體二、影響固相反應的因素1、反應物化學組成的影響化學組成與結(jié)構(gòu)是影響固相反應的內(nèi)因，是決定反應方向和速度的重要條件。反應物中質(zhì)點間的作用鍵愈大，則可動性和反應能力愈小，反之亦然。在同一反應系統(tǒng)中，固相反應速度還與各反應物間的比例有關(guān)。2、反應物顆粒及均勻性的影響顆粒尺寸大小主要是通過以下途徑對固相反應起影響的。1） 物料顆粒尺寸愈小，比表面積愈大，反應界面和擴散截面增加，反應產(chǎn)物層厚度減少，使反應速度增大2） 2）同一反應物系由于物料尺寸不同，反應速度可能會屬于不同動力學范圍控制。3、反應溫度的影響溫度是影

24、響固相反應速度達到重要外部條件。一般隨溫度升高，質(zhì)點熱運動動能增大，反應能力和擴散能力增強。4、壓力和氣氛的影響對不同反應類型，壓力的影響也不同。在兩相間的反應中，增大壓力有助于顆粒的接觸面積，加速物質(zhì)傳遞過程，使反應速度增加。但對于有液、氣相參與達到反應中，擴散過程主要不是通過固體粒子的直接接觸實現(xiàn)的。因此提高壓力有時并不表現(xiàn)出積極作用，甚至會適得其反。對于一系列能形成非化學計量氧化物的物質(zhì)，氣氛可直接影響晶體表面缺陷 的濃度和擴散機構(gòu)與速度。5、反應物活性的影響實踐證明，同一物質(zhì)處于不同結(jié)構(gòu)狀態(tài)時其反應活性差異甚大。一般說來說晶格能愈高、結(jié)構(gòu)愈完整和穩(wěn)定的，其反應活性也低。因此，對于難熔氧化物間的反應和燒結(jié)往往是困難的。為此通常采用具有高活性的活性固體作為原料。例如Al2O3