無(wú)機(jī)材料物理化學(xué)考試題

1、晶體結(jié)構(gòu)名詞解釋多晶轉(zhuǎn)變：當(dāng)外界條件改變到一定程度時(shí)，各種變體之間發(fā)生結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，從一種變體轉(zhuǎn)變成為另一種變體的現(xiàn)象。同質(zhì)多品：同一化學(xué)組成在不同外界條件下（溫度、壓力、pH值等），結(jié)晶成為兩種以上不同結(jié)構(gòu)晶體的現(xiàn)象。位移性轉(zhuǎn)變：不打開任何鍵，也不改變?cè)幼钹徑呐湮粩?shù)，僅僅使結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變，原子從原來(lái)位置發(fā)生少許位移，使次級(jí)配位有所改變的一種多品轉(zhuǎn)變形式。重建性轉(zhuǎn)變：破壞原有原子間化學(xué)鍵，改變?cè)幼钹徑湮粩?shù)，使晶體結(jié)構(gòu)完全改變?cè)瓨拥囊环N 多晶轉(zhuǎn)變形式。1.2 品格能與哪些因素有關(guān)？答：離子的電子結(jié)構(gòu)；離子的晶體結(jié)構(gòu)類型；正負(fù)離子平衡距離。1.3 鮑林規(guī)則（1）配位數(shù)規(guī)則：晶體結(jié)構(gòu)中，陽(yáng)離子周圍

2、形成一個(gè)陰離子配位多面體，陽(yáng)離子的配位數(shù)取決于 陽(yáng)離子和陰離子半徑之比。根據(jù)不同的配位數(shù)，從幾何關(guān)系可以計(jì)算出陰陽(yáng)離子半徑比的上、下 限范圍。因而，可根據(jù)r+/r-值求得陽(yáng)離子的配位數(shù)。（2）靜電價(jià)規(guī)則：在穩(wěn)定的離子晶體結(jié)構(gòu)中，所有相連接的陽(yáng)離子到達(dá)一個(gè)陰離子的靜電建強(qiáng)度， 等于陰離子的電荷數(shù)。設(shè)S為中心陽(yáng)離子到達(dá)每一配位陰離子的靜電建強(qiáng)度，Z為該陽(yáng)離子的電荷數(shù)，n為陽(yáng)離子配位數(shù)，則可得 S=Z/n o又設(shè)W為陰離子電荷數(shù)，m為陰離子配位數(shù)，則靜電 價(jià)規(guī)則規(guī)定m S=Wo靜電鍵規(guī)則是離子晶體中較嚴(yán)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(shí)，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性下降。對(duì)于電價(jià)高，配位數(shù)小的陽(yáng)離子，此規(guī)則的效應(yīng)更為顯著。硅酸鹽結(jié) 構(gòu)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(shuō)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(gè)球（Cl-離子）為例，它的正下方有1個(gè)八面體空隙（體心 位置），與其對(duì)稱，正上方也有1個(gè)八面體空隙；前后左右各有1個(gè)八面體空隙（棱心位置）。 所以共有6個(gè)八面體空隙與其直接相鄰，由于每個(gè)八面體空隙由6個(gè)球構(gòu)成，所以屬于這個(gè)球的八面體空隙數(shù)為6M/6=1。在這個(gè)晶胞中，這個(gè)球還與另外2個(gè)面心、

4、1個(gè)頂角上的球構(gòu)成4個(gè)四面體空隙（即1/8小立方體 的體心位置）；由于對(duì)稱性，在上面的晶胞中，也有4個(gè)四面體空隙由這個(gè)參與構(gòu)成。所以共有8個(gè)四面體空隙與其直接相鄰，由于每個(gè)四面體空隙由4個(gè)球構(gòu)成，所以屬于這個(gè)球的四面體空隙數(shù)為8X1/4=2o例2下列硅酸鹽礦結(jié)構(gòu)各屬何種結(jié)構(gòu)類型？（有A13+離子的要說(shuō)明其在結(jié)構(gòu)中所處的位谿）：下 列硅酸鹽礦結(jié)構(gòu)各屬何種結(jié)構(gòu)類型？（有 A13+離子的要說(shuō)明其在結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)2-1名詞解釋(a)螢石型和反螢石型(b)類質(zhì)同品和同質(zhì)多晶(c)二八面體型與三八面體型(d)同品取代與陽(yáng)離子交換 (e)尖晶石與反尖晶石答：(a)螢石型：CaF2型結(jié)構(gòu)中，Ca2+按面心立方緊密排列，F(xiàn)-占據(jù)晶胞中全部四面體空隙。反螢石型：陽(yáng)離子和陰離子的位置與 CaF2型結(jié)構(gòu)完全相反，即堿金屬離子占據(jù) F-的位置，O2- 占據(jù)Ca2+的位置。(b)類質(zhì)同象：物質(zhì)結(jié)晶時(shí)，具晶體結(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、

6、呈單一相的晶體，不引起鍵性和晶體結(jié)構(gòu)變化的現(xiàn)象。同質(zhì)多品：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。(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(yáng)離子所填充稱為二八面體型結(jié)構(gòu)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(yáng)離子所填充稱為三八面體型結(jié)構(gòu)。(d)同晶取代：雜質(zhì)離子取代晶體結(jié)構(gòu)中某一結(jié)點(diǎn)上的離子而不改變晶體結(jié)構(gòu)類型的現(xiàn)象。陽(yáng)離子交換：在粘土礦物中，當(dāng)結(jié)構(gòu)中的同品取代主要發(fā)生在鋁氧層時(shí)，一些電價(jià)低、半徑大的 陽(yáng)離子(如K+、Na+等)將進(jìn)入晶體結(jié)構(gòu)來(lái)平衡多余的負(fù)電荷，它們與晶體的結(jié)合不很牢固，在 一定條件下可以被其它陽(yáng)離子交換。(e)正尖晶石：在

7、AB2O4尖晶石型晶體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)類型SiO 4共用O2-數(shù)形 狀絡(luò)陰離子Si: O實(shí)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(jié)構(gòu)分類 原則及各 種類型的 特點(diǎn)，并舉 一例說(shuō)明之。硅酸鹽結(jié)構(gòu)的規(guī)律是：構(gòu)成硅酸鹽的基本單元是硅氧四面體；硅氧四面體結(jié)構(gòu)硅氧四面體只能通過(guò)共用頂角而相互連結(jié)；Si4+離子通過(guò)O2-結(jié)合，Si-O-Si的結(jié)合鍵在氧上的鍵角接近于 145°穩(wěn)定的硅酸鹽結(jié)構(gòu)中，硅氧四面體采取

8、最高空間維數(shù)互相結(jié)合； 硅氧四面體采取比較緊密的結(jié)構(gòu)連結(jié)；同一結(jié)構(gòu)中的硅氧四面體最多只相差 1個(gè)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(jìn)行 分類，具體 類型見表 3-1。(AlxSi4-x) O8x-鈉長(zhǎng) 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(lán)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(zhǎng)石 NaAlSi 3。88表2-1硅酸鹽晶體的結(jié)構(gòu)類型(AlxSi4-x)O8x- 鈉長(zhǎng)石NaAlSi3O8表2-1硅酸鹽晶體的結(jié)構(gòu)類型3.7水的結(jié)合方式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)W形式存 在于黏土品格 結(jié)構(gòu)內(nèi)的水吸附在刻土© 物層問(wèn)及表面 的定向水分子 層，它與黏土膠 粒形成整體并起移動(dòng)黏土表面定向 排列過(guò)度到非 定向排列的水 層，它處于膠粒 的擴(kuò)散層內(nèi)黏土膠團(tuán)外的 非定向水分

10、子 層作用范圍在黏土結(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1873K:n=exp N9.612 10,92 1.38 10 竣31873=8X10-9晶體結(jié)構(gòu)缺陷習(xí)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(cuò)和螺型位錯(cuò)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(lái)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

11、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)。1.2 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Ca+置換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M或X;空位缺陷的表示符號(hào)為：Vm或VX。如果進(jìn)入MX晶體的雜質(zhì)原子是 A,則其表示符號(hào)可寫成：Am或Ax （取代式）以及A （間隙式）。當(dāng)CaCl2中Ca2+置換

12、KCl中K+而出現(xiàn)點(diǎn)缺陷，其缺陷反應(yīng)式如下：CaCl 1.38 10298' CaK+Vk+2CiclCaCl2中C?進(jìn)入到KCl間隙中而形成點(diǎn)缺陷的反應(yīng)式為：CaCl2 Cai*>+2Vk +2Cl ci1.3 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MX,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。1.4 （a）在MgQll體中，肖特基缺陷的生成能為6ev,計(jì)算在25c和1600c時(shí)熱缺陷的濃度。（b）如果MgO晶體中，含有百

13、萬(wàn)分之一 mol的Al2Q雜質(zhì)，則在1600c時(shí)，MgO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(shuō)明原因。解：(a)根據(jù)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(wàn)分之一的Al 2。雜質(zhì)，缺陷反應(yīng)方程為：Al 2O3 MgO > 2Al Mg - VMg - 3Oo此時(shí)廣生的缺陷為VMg雜質(zhì)。而由上式可知

14、：Al 2Q= VMg 雜質(zhì)當(dāng)加入10-6 Al 2。時(shí)，雜質(zhì)缺陷的濃度為''-6VMg雜質(zhì)=四2。 = 10''-9由（a）計(jì)算結(jié)果可知：在 1873 K, VMg-8X10''''顯然：VMg雜質(zhì)VMg熱，所以在1873 K時(shí)雜質(zhì)缺陷占優(yōu)勢(shì)。1.5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:2kT由題意 G=84KJ/mol=84000J/mol則一 =exp ()M2RT其中 R=8.314J/mol - K當(dāng) T1=1000K時(shí)，=exp (_-G)

15、 = exp84000 =6.4X10-3M2RT2 8.314 1000當(dāng) T2=1500K時(shí)，=exp ( G) = exp 84000 =3.45X10-2M2RT2 8.314 15001.8非化學(xué)計(jì)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(xué)計(jì)量化合物 FexO,可認(rèn)為是a (mol)的FeO溶入FeO中，缺陷反應(yīng)式為:FezQ FeO > 2FeFe + V'Fe+3OOa 20coe此非化學(xué)計(jì)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(diǎn)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(cuò)和螺型位錯(cuò)的異同點(diǎn)。解：刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)的異同點(diǎn)見表1-1所示。表1-1刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)的異同點(diǎn)螺型位錯(cuò)刃型位錯(cuò)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(guān)系錯(cuò)線垂直位錯(cuò)分類刃性位錯(cuò)有正負(fù)之分位錯(cuò)是否引起晶 體畸變和形成應(yīng)

17、 力場(chǎng)位錯(cuò)類型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≈挥袔讉€(gè)原子間距的線 缺陷錯(cuò)線平行螺形位錯(cuò)分為左旋和右旋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≈挥袔讉€(gè)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(gè)方程以（2）和（3）較合理。當(dāng)然正確的判斷必Ca 3 Yx F21 x2須用固溶體密度測(cè)定法來(lái)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(duì)于MgO AI2Q和CrzQ,其正、負(fù)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(gè)結(jié)果可能嗎？為什么？ （b）試預(yù)計(jì)，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?yàn)? RlJ.40-。36Ri0.40=10%< 15%結(jié)構(gòu)類型相同，均屬剛玉型結(jié)構(gòu)。（b）對(duì)于MgOCr2O3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(shí)，約有18wt% AI2O溶入Mg

19、O中，MgOI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） Al3+為置換離子。解：（a） Al 3+為間隙離子:缺陷反應(yīng)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(yīng)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(zhǔn)：（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(xiàng)除以 2.563 得 Mg.794 A10.137。(6)由（6）式得x=0.137代入（2） （4）式,對(duì)（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(shè)：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(shuō)明熔體中聚合物形成過(guò)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。3.3 名詞解釋（并比較其異同）答：晶子學(xué)說(shuō)：玻璃內(nèi)部是由無(wú)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(wú)定 形介中質(zhì)，晶子向無(wú)定形部分過(guò)渡是逐漸完成時(shí)，二者沒有明顯界限。無(wú)規(guī)則

22、網(wǎng)絡(luò)學(xué)說(shuō)：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(lái)的。晶體結(jié)構(gòu)網(wǎng)是由多面體無(wú)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。3.4 玻璃形成的條件形成熱力學(xué)條件：玻璃與晶體的內(nèi)能差值不大，內(nèi)能差別愈小，玻璃愈難結(jié)晶，即愈容易生成玻璃。玻璃形成的動(dòng)力學(xué)條件：避免析晶，過(guò)冷度大，冷卻速度快，防止成核并變大。結(jié)晶化學(xué)條件：（1）鍵強(qiáng)；（2）鍵型：形成玻璃必須具有極性共價(jià)鍵或金屬共價(jià)鍵。3.5 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S

23、iO2一質(zhì)點(diǎn)在三維空間做有規(guī)律的排列，各向異性。SiO2熔體一內(nèi)部結(jié)構(gòu)為架狀，近程有序，遠(yuǎn)程無(wú)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(jì)算橋氧分?jǐn)?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(yīng)加入多少N32O

24、,使玻璃的O/Si=2.5 ,此時(shí)析晶能力是增強(qiáng)還是削弱?解：設(shè)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(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。3.9 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 Si-O-Si鍵角變動(dòng)范圍大，使石英玻璃中 SiO 4四面體排列成無(wú)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

25、替排列的平面六角環(huán)的 B-O集團(tuán)是硼酸鹽玻璃的重要基元，這些環(huán)通過(guò) B O B鏈 連成三維網(wǎng)絡(luò)。B2O3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、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。3.10 解釋硼酸鹽玻璃的硼反常現(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(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?，F(xiàn)象就是硼反常現(xiàn)象。硼反?，F(xiàn)象原因：當(dāng)數(shù)量不多的堿金屬氧化物同B2Q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成的硼氧四面體。致使B2Q玻璃從原來(lái)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。3.10 陶瓷的典型組織結(jié)構(gòu) 包括三種相：晶體相（莫來(lái)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(shí)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(wèn)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 利=+扎vCOSB COV =-0.84 a 9 = 147> 90°液態(tài)銀不能濕潤(rùn)氧化鋁瓷件表面，但可以通過(guò)降低聞使其小于fv,從而達(dá)到濕潤(rùn)的目的。方法如下：加入一些金屬降低 利。5.2 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8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)8

28、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。第四章相平衡1.解釋下列名詞：解：一級(jí)相變：相變時(shí)兩相化學(xué)勢(shì)相等，但化學(xué)勢(shì)的一級(jí)偏微商不相等。發(fā)生一級(jí)相變時(shí)有潛熱和體積的變化；二級(jí)相變：相變時(shí)兩相化學(xué)勢(shì)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(jí)相變時(shí)無(wú)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(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(wú)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。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)。切線規(guī)則：將界線上某一點(diǎn)所

29、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(wú)變量點(diǎn)是其結(jié)晶結(jié)束點(diǎn)。重心規(guī)則：如無(wú)變點(diǎn)處于其相應(yīng)副三角形的重心位，則該無(wú)變點(diǎn)為低共熔點(diǎn)：如無(wú)變點(diǎn)處于其相應(yīng)副三角形的 交叉位，則該無(wú)變點(diǎn)為單轉(zhuǎn)熔點(diǎn)；如無(wú)變點(diǎn)處于其相應(yīng)副三角形的共軻位，則該無(wú)變點(diǎn)為雙轉(zhuǎn)熔點(diǎn)。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(diǎn)E發(fā)生如下析晶過(guò)程：LA+C,已知 E點(diǎn)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(shí)，從該二配料中析出的初相(即達(dá)到低共熔溫度前析出的第一種晶體)含量相等。請(qǐng)計(jì)算C1, C2的組成。解：設(shè)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(diǎn)的生成一個(gè)不一致熔融三元化合物的三元相圖。 晶路程的各自特點(diǎn)， 并在圖中用陰影標(biāo)出析晶時(shí)可能發(fā)生穿相區(qū)的組成范圍。組成點(diǎn) 的析晶路程。請(qǐng)分析1, 2, 3點(diǎn)的析 n在SC連線上，請(qǐng)分析它解：熔體1的析晶路程：嬉陽(yáng)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(yīng)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(kuò)散7-14試從結(jié)構(gòu)和能量的觀點(diǎn)解釋為什么D表面D晶面D晶內(nèi)。解：固體表面質(zhì)點(diǎn)在表面力作用下，導(dǎo)致表面質(zhì)點(diǎn)的極化、變形、重排并引起原來(lái)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(diǎn)排列有周期性，每個(gè)質(zhì)點(diǎn)力場(chǎng)是對(duì)稱的，質(zhì)點(diǎn) 在表面遷移所需活化能較晶體內(nèi)部小，則相應(yīng)的擴(kuò)散系數(shù)大。同理，晶界上質(zhì)點(diǎn)排列方式不同于內(nèi)部，排列混 亂，存在著空位、位錯(cuò)等缺陷，使之處于應(yīng)力畸變狀態(tài)，具有較高能量，質(zhì)點(diǎn)在晶界遷移所需的活化能較晶內(nèi) 小，擴(kuò)散系數(shù)大。但晶界上質(zhì)點(diǎn)與晶體內(nèi)部相比，由于晶界上質(zhì)點(diǎn)受兩個(gè)晶粒作用達(dá)到平衡態(tài)，處于某種過(guò)渡 的排列方式，其能量較晶體

33、表面質(zhì)點(diǎn)低，質(zhì)點(diǎn)遷移阻力較大因而D晶界D表面。第六章固相反應(yīng)6-3比較楊德方程、金斯特林格方程優(yōu)缺點(diǎn)及適應(yīng)條件。解：兩個(gè)方程都只適用穩(wěn)定擴(kuò)散的情況。楊德爾方程在反應(yīng)初期具有很好的適應(yīng)性，但楊氏模型中假設(shè) 球形顆粒截面始終不變。因而只適用反應(yīng)初期轉(zhuǎn)化率較低的情況。而金斯格林方程考慮了在反應(yīng)進(jìn)程中反應(yīng)截 面面積隨反應(yīng)過(guò)程變化這一事實(shí)，因而金氏方程適用范圍更廣，可以適合反應(yīng)初、中期。6-2固相反應(yīng)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(yīng)的主要因素。解：(1)反應(yīng)物化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)的影響：反應(yīng)物中質(zhì)點(diǎn)作用力越大，反應(yīng)能力越??；同一反應(yīng)體系中，

34、固相反應(yīng)速度與各反應(yīng)物間的比例有關(guān)；礦化劑的特殊作用。(2)顆粒度和分布影響：粒徑越小，反應(yīng)速度越快；同一反應(yīng)體系中由于物料尺寸不同，反應(yīng)速度會(huì)屬 于不同動(dòng)力學(xué)范圍控制；少量較大尺寸的顆粒存在會(huì)顯著延緩反應(yīng)過(guò)程的完成。(3)反應(yīng)溫度的影響：溫度越高，質(zhì)點(diǎn)熱運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，反應(yīng)能力和擴(kuò)散能力增強(qiáng)。(4)壓力、氣氛的影響：兩固相間的反應(yīng)，增大壓力有助顆粒的接觸面積，加速物質(zhì)傳遞過(guò)程，使反應(yīng) 速度增加；對(duì)有液汽相參加的固相反應(yīng)，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(jié)構(gòu)越完整和穩(wěn)定，反應(yīng)活性越低。加入礦化劑可以提高固相反應(yīng)。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(yīng)速率的角度出發(fā)，選擇什么原料較好？請(qǐng)說(shuō)明原因。解：應(yīng)選用 MgCO Mg(OH)和Al 2O 3HO作原料較好。因?yàn)镸gCO, Mg(OH在反應(yīng)中可以發(fā)生熱分解， Al 2O 3HO發(fā)生脫水反應(yīng)和晶型轉(zhuǎn)變，將獲得具有較大 比表面和晶格缺陷的初生態(tài)或無(wú)定形物質(zhì)從而提高了反應(yīng)活性，加劇了固相反應(yīng)的進(jìn)行。第七章相變7-2什么叫相變？按照相變機(jī)理來(lái)劃分，可分為哪些相變？解：相變是物質(zhì)系統(tǒng)不同相之間的相互轉(zhuǎn)變。按相變機(jī)理來(lái)分，可以分為擴(kuò)散型相變和非擴(kuò)散型相變和 半擴(kuò)散型相變。依靠原子或離子長(zhǎng)距離擴(kuò)散進(jìn)行的相變叫擴(kuò)散型相變。

36、非擴(kuò)散型型相變指原子或離子發(fā)生移動(dòng)，但相對(duì)位移不超過(guò)原子間距。7-3分析發(fā)生固態(tài)相變時(shí)組分及過(guò)冷度變化相變驅(qū)動(dòng)力的影響。解：相變驅(qū)動(dòng)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(dāng)兩個(gè)組元混合形成固溶體時(shí)，混合后的體系的自由能會(huì)發(fā)生變化?？梢酝ㄟ^(guò)自由能-成分曲線來(lái)確定其相變驅(qū)動(dòng)力的大小。過(guò)冷度是相變臨界溫度與實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度之差，相變形核的熱力學(xué)條件是要有過(guò)冷度。已知驅(qū)動(dòng)力4(竺)與過(guò)冷度AT之間的關(guān)系是：方,這進(jìn)一步說(shuō)明了形核的熱力學(xué)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(jīng)無(wú)擴(kuò)散切變位移（均勻或不均勻

37、）并由此產(chǎn)生形狀改變和表面浮凸、曾不變平面應(yīng)變特征的一級(jí)形核、長(zhǎng)大的相變。特征：具有剪切均勻整齊性、不發(fā)生原子擴(kuò)散、相變速度快、相變有一定范圍、有很大的切變型彈性應(yīng) 變能。成核-生長(zhǎng)過(guò)程中存在擴(kuò)散相變，母相與晶相組成可相同可不同，轉(zhuǎn)變速度較慢，無(wú)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(shì)壘隨溫度下降而減小，于是有一個(gè)使熱起伏活化因子exp（-%/上力為極大值的溫度。試證明當(dāng)T= T0/3時(shí)，exp（Y中冏有極大植。（提示：利用凡值一印八 表達(dá)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(dāng) 3時(shí)了 =。，即此時(shí)y有極大值。7 力 世故當(dāng) 3時(shí)，exp （ k'T ）有極大值。密度為7.3g/cm3,熔點(diǎn)為1593 C,熔化熱為11495J/mol ,固液界面能10C、100c時(shí)的臨界晶核大小，并估計(jì)這些晶核分別由多少個(gè)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(guò)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(gè)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(dāng)過(guò)冷度為10c時(shí)，將已知條件代入，得：/ =

39、_ 2x2.04x10 i 8xlQ.?2 2"m4x3 14x（18x10“）,則晶胞的個(gè)數(shù)為3xi；0.305xl0）5個(gè)當(dāng)過(guò)冷度為100c時(shí)，將已知條件代入，得：= 2.98x10s jt = 2x2,04x10 1 775xlQ,；2 2三 111'm此時(shí)晶胞的個(gè)數(shù)為825x108個(gè)。7-14 熔體冷卻結(jié)晶過(guò)程中， 在1000c時(shí)，單位體積自由烙變化 G418J/cm3;在900c時(shí)是2090J/cm3。設(shè)固液界面能-5X10 5J/cm2,求：（1）在900c和1000c時(shí)的臨界晶核半徑； （2）在900c和1000 c時(shí)進(jìn)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(shí),16* _ 16x3.14x(5x10-7ALtv =* 一3(g)3x(2090)= 324x10 出 j溫度為1000 c時(shí)，16 瑰16x3,14x(5x10-)33x(418)= L19xlO*J7-17圖7-1為晶核的半徑與4G間的關(guān)系, 現(xiàn)有不同溫度的三條曲線，請(qǐng)指出哪條溫度最高？哪條溫度最低？并說(shuō)明理由。圖7-16關(guān)系曲線解：晶核的半徑相同時(shí)第八章燒結(jié)過(guò)程8-1名詞解釋:燒結(jié) 燒結(jié)溫度泰曼溫度液相燒結(jié)固

41、相燒結(jié)初次再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大二次再結(jié)晶(1)燒結(jié)：粉末或壓坯在低于主要組分熔點(diǎn)的溫度下的熱處理，目的在于通過(guò)顆粒間的冶金結(jié)合以提高其強(qiáng)度。2/3處的溫（3）泰曼溫度：固體晶格開始明顯流動(dòng)的溫度，一般在固體熔點(diǎn)（絕對(duì)溫度）的度。在煨燒時(shí)，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(nèi)部空間擴(kuò)散（容積擴(kuò)散） 和再結(jié)晶。而在塔曼溫度以上，主要為燒結(jié)，結(jié)晶黏結(jié)長(zhǎng)大。（7）晶粒長(zhǎng)大：是指多晶體材料在高溫保溫過(guò)程中系統(tǒng)平均晶粒尺寸逐步上升的現(xiàn)象（8）二次再結(jié)晶：再結(jié)晶結(jié)束后正常長(zhǎng)大被抑制而發(fā)生的少數(shù)晶粒異常長(zhǎng)大的現(xiàn)象。8-2燒結(jié)推動(dòng)力是什么？它可憑哪些方式推動(dòng)物質(zhì)的遷移，各適用于何種燒結(jié)機(jī)理？

42、解：推動(dòng)力有：（1）粉狀物料的表面能與多晶燒結(jié)體的晶界能的差值，燒結(jié)推動(dòng)力與相變和化學(xué)反應(yīng)的能量相比很小，因而不能自發(fā)進(jìn)行，必須加熱?。?）顆粒堆積后，有很多細(xì)小氣孔彎曲表面由于表面張力而產(chǎn)生壓力差，（3）表面能與顆粒之間形成的毛細(xì)管力。傳質(zhì)方式：（1）擴(kuò)散（表面擴(kuò)散、界面擴(kuò)散、體積擴(kuò)散）；（2）蒸發(fā)與凝聚；（3）溶解與沉淀；（4）黏滯流動(dòng)和塑性流動(dòng)等，一般燒結(jié)過(guò)程中各不同階段有不同的傳質(zhì)機(jī)理，即燒結(jié)過(guò)程中往往有幾種傳質(zhì)機(jī)理在 起作用。8-3下列過(guò)程中，哪一個(gè)能使燒結(jié)體強(qiáng)度增大，而不產(chǎn)生坯體宏觀上的收縮？試說(shuō)明理由。（1）蒸發(fā)冷凝；（2）體積擴(kuò)散；（3）粘性流動(dòng)；（4）晶界擴(kuò)散；（5）表面擴(kuò)散

43、；（6）溶解沉淀解：蒸發(fā)-凝聚機(jī)理（凝聚速率=頸部體積增加）燒結(jié)時(shí)頸部擴(kuò)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(jié)過(guò)程？燒結(jié)過(guò)程分為哪三個(gè)階段？各有何特點(diǎn)？解：燒結(jié)過(guò)程：粉末或壓坯在低于主要組分熔點(diǎn)的溫度下的熱處理，目的在于通過(guò)顆粒間的粘結(jié)結(jié)合 以提高其強(qiáng) 度。燒結(jié)過(guò)程大致可以分為三個(gè)界線不十分明顯的階段。（1）液相流動(dòng)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(diǎn)處高的局部應(yīng)力?塑性變形和蠕變？顆粒進(jìn)一步重排;(3)固相的的燒結(jié)：小顆粒接觸點(diǎn)處被溶解較大顆?；蜃杂杀砻娉练e晶粒長(zhǎng)

44、大形狀變化不斷重排而致 密化。8-5燒結(jié)的模型有哪幾種？各適用于哪些典型傳質(zhì)過(guò)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(kuò)散Kingery和LSW :溶解-沉淀8-12在1500 C, MgOE常的晶粒長(zhǎng)大期間，觀察到晶體在 1h內(nèi)從直徑從1m長(zhǎng)大到10m,在此 條件下，要得到直徑20 dm的晶粒，需燒結(jié)多長(zhǎng)時(shí)間？如已知晶界擴(kuò)散活化能為 60kcal/mol，試計(jì)算在1600 c 下4h后晶粒的大小，為抑制晶粒長(zhǎng)大，加入少量雜質(zhì)，在 1600 C下保溫4h ,晶粒大小又是多少？1）解：燒結(jié)數(shù)率常數(shù)和溫度關(guān)系服從阿累尼烏斯方程:Ri其中：為常數(shù)，Q為晶界擴(kuò)散活化能，在正常的晶粒長(zhǎng)

45、大期間，晶粒直徑與時(shí)間關(guān)系為:( 2)其中口。為£二0時(shí)晶粒的平均尺寸。在加入少量雜質(zhì)時(shí)，晶粒直徑與時(shí)間關(guān)系為：存 F*(3)在1500 C時(shí)，MgO正常生長(zhǎng)時(shí)，由(2)有二99再由（1）有 , = 5789.5則在1500 c正常生長(zhǎng)條件下，達(dá)到20機(jī)所需時(shí)間為：二4034，義、&0即（一三）在 1600 C 時(shí)RT = 122.83由（2） =。= 22.2阿 加入雜質(zhì)后由（3）有。=7.9阿8-14在制造透明Al 203材料時(shí)，原始粉料粒度為 2 m,燒結(jié)至最高溫度保溫 0.5h ,測(cè)得晶粒尺寸10 m,試問(wèn)若保溫時(shí)間為 2h,晶粒尺寸多大？為抑制晶粒生長(zhǎng)加入 0.1 %MgO此時(shí)若保溫時(shí)間為 2h,晶粒又有 尺寸多大？解：由：一在此條件下保溫21設(shè)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(zhǎng)期間，觀察到晶體在 1h內(nèi)從0.5科m直徑長(zhǎng)大到10 dmb如已知晶 界擴(kuò)散活化能為 335kJ/mol ,試預(yù)測(cè)在1700 c下保溫時(shí)間為 4h后，晶粒尺寸是多少？你估