材料科學基礎課后習題及參考答案

1、緒論1、仔細觀察一下白熾燈泡，會發(fā)現(xiàn)有多少種不同的材料每種材料需要何種熱學、電學性質2、為什么金屬具有良好的導電性和導熱性3、為什么陶瓷、聚合物通常是絕緣體4、鋁原子的質量是多少若鋁的密度為cm3，計算1mm3中有多少原子5、為了防止碰撞造成紐折，汽車的擋板可有裝甲制造，但實際應用中為何不如此設計說出至少三種理由。6、描述不同材料常用的加工方法。7、敘述金屬材料的類型及其分類依據(jù)。8、試將下列材料按金屬、陶瓷、聚合物或復合材料進行分類：黃銅鋼筋混凝土橡膠氯化鈉鉛-錫焊料瀝青環(huán)氧樹脂鎂合金碳化硅混凝土石墨玻璃鋼9、AI203陶瓷既牢固又堅硬且耐磨，為什么不用A-03制造鐵錘晶體結構1、解釋下列概

2、念晶系、晶胞、晶胞參數(shù)、空間點陣、米勒指數(shù)（晶面指數(shù)）、離子晶體的晶格能、原子半徑與離子半徑、配位數(shù)、離子極化、同質多晶與類質同晶、正尖晶石與反正尖晶石、反螢石結構、鐵電效應、壓電效應.2、（1）一晶面在x、y、z軸上的截距分別為2a、3b、6c,求出該晶面的米勒指數(shù)；（2）一晶面在x、y、z軸上的截距分別為a/3、b/2、c,求出該晶面的米勒指數(shù)。3、在立方晶系的晶胞中畫出下列米勒指數(shù)的晶面和晶向：（001）與210,（111）與112,（110）與111,（322）與236,（257）與111,（123）與121,（102）,（112）,（213）,110,111,120,3214、寫出面

3、心立方格子的單位平行六面體上所有結點的坐標。5、已知Mg2+半徑為，O2-半徑為，計算MgO晶體結構的堆積系數(shù)與密度。6、計算體心立方、面心立方、密排六方晶胞中的原子數(shù)、配位數(shù)、堆積系數(shù)。7、從理論計算公式計算NaC1與MgO的晶格能。MgO的熔點為2800C,NaC1為80IC，請說明這種差別的原因。8、根據(jù)最密堆積原理,空間利用率越高,結構越穩(wěn)定,金鋼石結構的空間利用率很低（只有）,為什么它也很穩(wěn)定9、證明等徑圓球面心立方最密堆積的空隙率為259；10、金屬鎂原子作六方密堆積,測得它的密度為克/厘米3,求它的晶胞體積。11、根據(jù)半徑比關系，說明下列離子與02配位時的配位數(shù)各是多r2-=r4

4、+=r+=r3+=oSiKAIr2+=Mg12、為什么石英不同系列變體之間的轉化溫度比同系列變體之間的轉化溫度高得多13、有效離子半徑可通過晶體結構測定算出。在下面NaCI型結構晶體中，測得MgS和MnS的晶胞參數(shù)均為a=（在這兩種結構中，陰離子是相互接觸的）。若CaS（a二、CaO（a二和MgO（a=為一般陽離子陰離子接觸,試求這些晶體中各離子的半徑。14、氟化鋰（LiF）為NaCI型結構，測得其密度為/cm3,根據(jù)此數(shù)據(jù)汁算晶胞參數(shù)，并將此值與你從離子半徑計算得到數(shù)值進行比較。15、Li0的結構是02-作面心立方堆積，Li+占據(jù)所有四面體空隙位置。求：（1）計算四面體空隙所能容納的最大陽離

5、子半徑，并與書末附表Li+半徑比較，說明此時02-能否互相接觸。（2）根據(jù)離子半徑數(shù)據(jù)求晶胞參數(shù)。（3）求Li20的密度。16、試解釋對于AX型化合物來說，正負離子為一價時多形成離子化合物。二價時則形成的離子化合物減少（如ZnS為共價型化合物），到了三價、四價（如AIN，SiC）則是形成共價化合物了。17、Mg0和Ca0同屬NaCI型結構，而它們與水作用時則Ca0要比Mg0活潑，試解釋之。18、根據(jù)眄晶胞圖畫出眄晶胞的投影圖。19、算一算CdI晶體中的I-及CaTiO晶體中02-的電價是否飽和。2320、(1)畫出O2-作而心立方堆積時，各四面體空隙和八面體空隙的所在位置(以一個晶胞為結構基元

6、表示出來)。計算四面體空隙數(shù)、八而休空隙數(shù)與O2-數(shù)之比。根據(jù)電價規(guī)則，在下面情況下，空隙內(nèi)各需填入何種價數(shù)的陽離子，并對每一種結構舉出個例子。所有四面體空隙位置均填滿；所有八而體空隙位置均填滿；填滿一半四面體空隙位置；填滿一半八面休空隙位置。21、下列硅酸鹽礦物各屬何種結構類型：MgSiO，KAISiO，CaMgSiO，MgSiO(OH)，CaAlAlSiO。22、2438263410227根據(jù)Mg2SiO在(11。)面的投影圖回答：結構中有幾種配位多面體，各配位多面體間的連接方式怎樣02-的電價是否飽和晶胞的分子數(shù)是多少Si4+和Mg2+所占的四面體空隙和八面體空隙的分數(shù)是多少23、石棉礦

7、如透閃石CaMgSi0(0H)具有纖維狀結晶習性，而滑石MgSi0(0H)卻具25411224102有片狀結晶習性，試解釋之。24、石墨、滑石和高嶺石具有層狀結構，說明它們結構的區(qū)別及由此引起的性質上的差異。25、(1)在硅酸鹽晶體中，AW+為什么能部分置換硅氧骨架中的Si4+；Al3+置換Si4+后，對硅酸鹽組成有何影響用電價規(guī)則說明Al3+置換骨架中的Si4+時，通常不超過一半，否則將使結構不穩(wěn)定。晶體結構缺陷1、說明下列符號的含義：V,V,V,.(VV),CaK，CaCa,CaiNaNaClNaCl2、寫出下列缺陷反應式：NaCl溶入CaCl2中形成空位型固溶體；CaCl2溶人NaC1中

8、形成空位型固溶體；NaCl形成肖脫基缺陷；AgI形成弗侖克爾缺陷(Ag+進入間隙)。3、MgO的密度是克/厘米3,其晶格參數(shù)是，計算單位晶胞MgO的肖脫基缺陷數(shù)。4、(a)MgO晶體中，肖脫基缺陷的生成能為6eV,計算在25C和1600C時熱缺陷的濃度。如果Mg0晶體中，含有百萬分之一摩爾的A120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。5、Mg0晶體的肖特基缺陷生成能為84kJ/mol，計算該晶體在1000K和1500K的缺陷濃度。6、非化學計量化合物FexO中，F(xiàn)e3+/Fe2+二，求FexO中的空位濃度及x值。7、非化學計量缺陷的濃度與周圍氣氛的性

9、質、壓力大小相關，如果增大周圍氧氣的分壓，非化學計量化合物FeO及ZnO的密度將發(fā)生怎么樣的變化增大還是減小為什么1-X1+X8、對于刃位錯和螺位錯，區(qū)別其位錯線方向、柏氏矢量和位錯運動方向的特點。9、圖是晶體二維圖形，內(nèi)含有一個正刃位錯和一個負刃位錯。圍繞兩個位錯柏格斯回路，最后得柏格斯矢量若干圍繞每個位錯分別作柏氏回路，其結果又怎樣10、有兩個相同符號的刃位錯，在同一滑移面上相遇，它們將是排斥還是吸引11、晶界對位錯的運動將發(fā)生怎么樣的影響能預計嗎12、晶界有小角度晶界與大角度晶界之分，大角度晶界能用位錯的陣列來描述嗎13、試述影響置換型固溶體的固溶度的條件。14、從化學組成、相組成考慮，

10、試比較固溶體與化合物、機械混合物的差別。15、試闡明固溶體、晶格缺陷和非化學計量化合物三者之間的異同點，列出簡明表格比較。16、在面心立方空間點陣中，面心位置的原子數(shù)比立方體頂角位置的原子數(shù)多三倍。原子B溶入A晶格的面心位置中，形成置換型固溶體，其成分應該是A3B呢還是A2B為什么17、AI20在MgO中形成有限固溶體，在低共熔溫度1995C時，約有18重量A_0溶入MgO中，假設MgO單位晶胞尺寸變化可忽略不計。試預計下列情況的密度變化。302-為填隙離子。A13+為置換離子。18、對磁硫鐵礦進行化學分析：按分析數(shù)據(jù)的Fe/S計算，得出兩種可能的成分：Fe1-xS和FeS1-x。前者意味著是

11、Fe空位的缺陷結構；后者是Fe被置換。設想用一種實驗方法以確定該礦物究竟屬哪一類成分。19、說明為什么只有置換型固溶體的兩個組份之間才能相互完全溶解，而填隙型固溶體則不能。20、如果(1)溶劑和溶質原子的原子半徑相差超過15；(2)兩元素的電負性相差超過，通常這一對元素將不利于形成置換型固溶體，其中前一因素往往起主導作用。僅根據(jù)提供的資料提出哪一對金屬大概不會形成連續(xù)固溶體：TaW,PtPb.Co-Ni,CoZn,TiTa。金屬原子半徑(nm)晶體結構屬金原子半徑(nm)晶體結構Ti六方(883C)立方Co六方(3時:則不能形成玻璃，為什么7按照在形成氧化物玻璃中的作用，把下列氧化物分為網(wǎng)絡變

12、體，中間體和網(wǎng)絡形成體：SiO，NaO，BO，CaO，AlO，PO，KO，BaO。2223232528.以B203為例解釋具有混合鍵氧化物容易形成玻璃的原因。9試述微晶學說與無規(guī)則網(wǎng)絡學說的主要觀點，并比較兩種學說在解釋玻璃結構上的共同點和分歧。10什么是硼反?，F(xiàn)象為什么會產(chǎn)生這些現(xiàn)象已知石英玻璃的密度為cm3,假定玻璃中原子尺寸與晶體SiO相同，試計算該玻璃的原于堆積系數(shù)是多少根據(jù)教材的TTT曲線，計算A、B、C三種物質的臨界冷卻速度，哪一種物質易形成玻璃哪一種難形成玻璃表面結構與性質什么叫表面張力和表面能在固態(tài)下和液態(tài)下這兩者有何差別一般說來，同一種物質，其固體的表面能要比液體的表面能大，

13、試說明原因。什么叫吸附、粘附當用焊錫來焊接銅絲時，用銼刀除去表面層，可使焊接更加牢固，請解釋這種現(xiàn)象。.方鎂石的表面能為1000爾格/cm2，如果密度為克/cm3，求將其粉碎為1u顆粒時，每克需能量多少卡試說明晶界能總小于兩個相鄰晶粒的表面能之和的原因。7.1克石英在粉碎機中軋成粒度為1u的粉末時，重量增至克，若這是吸附了空氣中水分的結果，試求吸附水膜的厚度（假定破碎后顆粒為立方體）。.真空中Al2O3的表面張力約為900erg/cm2，液態(tài)鐵的表面張力為1729erg/cm2，同樣條件下，界面張力液態(tài)鐵一氧化鋁）約為2300erg/cm2，問接觸角有多大液態(tài)鐵能否潤濕氧化鋁.表面張力為500

14、erg/cm2的某液態(tài)硅酸鹽與某種多晶氯化物表面相接觸，接觸角6=45；若與此氧化物相混合，則在三晶粒交界處，形成液態(tài)小球，二面角e平均為90，假如沒有液態(tài)硅酸鹽時，氧化物-氧化物界面的界面張力為1000dyn/cm，試計算氧化物的表面張力。.MgO-AI2O3-SiO2系統(tǒng)的低共熔物，放在Si3N4陶瓷片上，在低共溶溫度下，液相的表面張力為900erg/cm把Si3N4在低共熔溫度下進行熱處理，測得其腐蝕的槽角為。，求Si3N4的晶界，液體與固體的界面能為600erg/cm2，測得接觸角為，（1）求SiN的表面張力。34如果把20%的低共熔物與SiN粉末混合，加熱到低共溶溫度下，試畫出由低共

15、熔物與SiN混合組成的陶瓷顯微結構示意圖。34復習提綱基本概念：表面、晶界、相界、弛豫表面、重構表面、黏附、潤濕、吸附固體是如何降低系統(tǒng)的表面能的，為什么相同組成的固體的表面能總是高于液體的表面能；固體的表面力場的分類和本質，晶體的表面結構特點，表面粗糙度、表面微裂紋對表面力場的影響；固體的界面行為對固體表面結構和性質的影響；粗糙表面的潤濕行為；相平衡與相圖.固體硫有兩種晶型(單斜硫、斜方硫)，因此硫系統(tǒng)可能有四個相，如果某人實驗得到這四個相平衡共存，試判斷這個實驗有無問題。.圖(1)是具有多晶轉變的某物質的相圖，其中DEF線是熔體的蒸發(fā)曲線。KE是晶型I的升華曲線；GF是晶型II的升華曲線；

16、JG是晶型川的升華曲線，回答下列問題：在圖中標明各相的相區(qū)，并把圖中各無變點的平衡特征用式子表示出來。系統(tǒng)中哪種晶型為穩(wěn)定相那種晶型為介穩(wěn)相各晶型之間的轉變是單向轉變還是雙向轉變.在SiO2系統(tǒng)相圖中，找出兩個可逆多晶轉變和兩個不可逆多晶轉變的例子。根據(jù)AI”0SiO2系統(tǒng)相圖說明：232鋁硅質耐火材料，硅磚(含Si098%)、粘土磚(含AlO3550%)、223高鋁磚(含Al2O36090%)、剛玉磚(含Al2O390%)內(nèi)，各有哪些主要的晶相。2323為了保持較高的耐火度，在生產(chǎn)硅磚時應注意什么若耐火材料出現(xiàn)40%液相便軟化不能使用，試計算含40(mol)AI20的粘土磚的23最高使用溫度

17、。.在CaO-SiO系統(tǒng)與AlO-SiO系統(tǒng)中SiO的液相線都很陡，為什么在硅磚中可摻22322人約2%的CaO作礦化劑而不會降低硅磚的耐火度，但在硅磚中卻要嚴格防止原料中混入Al2O3否則會使硅磚耐火度大大下降。23.加熱粘土礦物高嶺石(AlO2SiO2HO)至600時，高嶺石分解為水蒸氣2322和AlO2SiO，繼續(xù)加熱到1595C時會發(fā)生什么變化在這溫度下長時間保溫達到平衡，232系統(tǒng)的相組成如何當系統(tǒng)生成40%液相時，應達到什么溫度在什么溫度下該粘土完全熔融.圖(2)是最簡單的三元系統(tǒng)投影圖，圖中等溫線從高溫到低溫的次序是t6t5t4t3t2t1根據(jù)此投影圖回答：三個組分A、B、C熔點

18、的高低次序是怎樣排列的。各液相面下降的陡勢如何那一個最陡那一個最平坦指出組成為65%A,15%B,20%C的系統(tǒng)的相組成點，此系統(tǒng)在什么溫度下開始結晶結晶過程怎樣(表明液、固相組成點的變化及結晶過程各階段中發(fā)生的變化過程)。計算第一次析晶過程析出晶相的百分數(shù)是多少第二次析晶過程結束時，系統(tǒng)的相組成如何結晶結束時系統(tǒng)的相組成又如何圖(3)為生成二個一致熔融二元化合物的三元系統(tǒng)，據(jù)圖回答下列問題：可將其劃分為幾個簡單的三元系統(tǒng)標出圖中各邊界及相區(qū)界線上溫度下降方向，判斷各無變量點的性質，并將它們的平衡特征式子表示出來。.圖(4)是生成一致熔融二元化合物(BC)的三元系統(tǒng)投影圖。設有組成為：A:35

19、%，B：35%，C：30%的熔體，試確定其在圖中的位置。冷卻時該熔體在何溫度下開始析出晶體。.如圖(5)A-B-C三元系統(tǒng)相圖，根據(jù)相圖回答下列問題：在圖上劃分副三角形、用箭頭表示各條界線上溫度下降方向及界線的性質；.判斷化合物D、M的性質；寫出各三元無變量點的性質及其對應的平衡關系式；寫出組成點G在完全平衡條件下的冷卻結晶過程；.寫出組成點H在完全平衡條件下進行加熱時，開始出現(xiàn)液相的溫度和完全熔融的溫度；寫出完全平衡條件下進行冷卻，結晶結束時各物質的百分含量(用線段比表示)。根據(jù)圖(6)回答下列問題：說明化合物S1、S2的性質；在圖中劃分分三元系統(tǒng)及用箭頭指示出各界線的溫度下降方向及性質；指

20、出各無變點的性質并寫出各點的平衡關系；寫出1、3組成的熔體的冷卻結晶過程(表明液、固相組成點的變化及結晶過程各階段系統(tǒng)中發(fā)生的變化過程)。并總結判斷結晶產(chǎn)物和結晶過程結束點的規(guī)律；計算熔體l結晶結束時各相百分含量，若在第三次結晶過程開始前將其急冷卻(這時液相凝固成為玻璃相)各相的百分含量又如何(用線段表示即可)；加熱組成2的三元混合物將于哪一點溫度開始出現(xiàn)液相在該溫度下生成的最大液相量是多少在什么溫度下完全熔融寫出它的加熱過程。下圖為具有化合物生成的三元系統(tǒng)相圖，根據(jù)此三元系統(tǒng)相圖解答下列問題判斷各化合物的性質；用箭頭表示相區(qū)界線溫度變化方向及界線性質；劃分副三角形，并寫出各三元無變量點的平衡

21、過程及性質；用規(guī)范化寫法寫出M點對應組分的平衡結晶過程；N點對應的三元組成點加熱時在那一點溫度下開始出現(xiàn)哪一點溫度下完全熔化根據(jù)圖(7)回答下列問題：用箭頭標出各界線的溫度下降方向及性質；指出各無變點的性質，并寫出其平衡關系；寫出熔體M的結晶過程，說明液相離開R點的原因；畫出AB、BC二元系統(tǒng)相圖。比較各種三元無變量點(低共熔點，雙升點，雙降點，過渡點和多晶轉變點)的特點。寫出它們的相平衡關系。對課本的MgO-A/Tq系統(tǒng)和K2OASQ系統(tǒng)相圖劃分副三角形。參看CaO-AlO-Si0系統(tǒng)相圖，回答下列問題：232組成為66CaO，26Si02，8Al2O3，即書中3點的水泥配料將于什么溫度開始

22、出現(xiàn)液相這時生成的最大液相量是多少(根據(jù)詳6圖CaO-C2S-C12A4部分2124系統(tǒng)計算)。為了得到較高的C2S含量，題(1)組成的水泥燒成后急冷好，還是緩冷讓其充分結晶好欲得到題組成的水泥，若只用高嶺土和石灰石(A/SiO?-*0和CaCO)配料，能否得到該水泥的組成點為什么若不能，需要加入何種原料并計算出所需各種原料的百分含量。根據(jù)Na2O-CaO-SiO2系統(tǒng)相圖回答：組成為13Na2O，13CaO，74SiO2玻璃配合料將于什么溫度熔化在什么溫度完全熔融上面組成的玻璃，當加熱到1050C,1000C,900C,800。時，可能會析出什么晶體（3）NC2S晶體加熱時是否會不一致熔化分

23、解出什么晶體，熔化溫度如何26在陶瓷生產(chǎn)中一般出現(xiàn)35液相就足以使瓷坯?；６斠合噙_到45時,將使瓷坯變形,成為過燒。根據(jù)課本MgO-Al2O3-SiO2具體計算含10偏高嶺,90偏滑石的配料的燒成溫度范圍。計算含50高嶺石,30長石,20石英的一個瓷器配方在1250C燒成達到平衡時的相組成及各相的相對量。根據(jù)課本圖K20-Al2O3-SiO2系統(tǒng)相圖。如果要使瓷器中僅含有40莫來石晶相及60%的玻璃相、原料中應含KO右干右僅從長石石中獲得，KO原料中長石的配比應是多少.高鋁水泥的配料通常選擇在CA相區(qū)范圍內(nèi)，生產(chǎn)時常燒至熔融后冷卻制得，高鋁水泥主要礦物CA,而C2AS沒有水硬性，因此希望水

24、泥中不含C2AS。這樣在CA相區(qū)內(nèi)應取什么范圍的配料才好,2為什么（注意生產(chǎn)時不可能完全平衡而2會出現(xiàn)獨立結晶過程）復習提綱（1）基本概念：相圖、自由度、組元數(shù)與獨立組元數(shù)、吉布斯向律、杠桿規(guī)則、初晶區(qū)規(guī)則、三角形規(guī)則、背向線規(guī)則、切線規(guī)則；（2）掌握相圖的表示方法,包括單元系統(tǒng)相圖、二元系統(tǒng)相圖、三元系統(tǒng)相圖；對于單元系統(tǒng)相圖,要求掌握點、線、區(qū)間的性質,會寫無變量點的平衡式子；對于二元系統(tǒng)相圖,要求掌握點、線、區(qū)間的性質,會寫無變量點的平衡式子,掌握冷卻結晶過程的分析以及過程量的計算；對于三元系統(tǒng)相圖,要求掌握點、線、區(qū)間的性質,會寫無變量點的平衡式子,掌握冷卻結晶過程的分析以及過程量的計

25、算。圖（1）圖（2）圖（3）圖（4）圖（5）圖（6）圖（7）圖（8）擴散1解釋并區(qū)分下列概念：（1）穩(wěn)定擴散與不穩(wěn)定擴散（2）本征擴散與非本征擴散（3）自擴散與互擴散；（4）擴散系數(shù)與擴散通量。2濃度差會引起擴散,擴散是否總是從高濃度處向低濃度處進行為什么.當鋅向銅內(nèi)擴散時，已知在x點處鋅的含量為X1017個鋅原子/cm3,300C時每分鐘每mm2要擴散60個鋅原子，求與x點相距2mm處鋅原子的濃度。(已知鋅在銅內(nèi)的擴散體系中D=X10-i4m2/s；Q二/mol)0.在鋼棒的表面，每20個鐵的晶胞中含有一個碳原子，在離表面1mm處每30個鐵的晶胞中含有一個碳原子，知鐵為面心立方結構(a=,1

26、000C時碳的擴散系數(shù)為3X10-im2/s，求每分鐘內(nèi)因擴散通過單位晶胞的碳原子數(shù)是多少.在恒定源條件下820C時，剛經(jīng)1小時的滲碳，可得到一定厚度的表面滲碳層,若在同樣條件下，要得到兩倍厚度的滲碳層需要幾個小時.在不穩(wěn)定擴散條件下800oC時，在鋼中滲碳100分鐘可得到合適厚度的滲碳層，若在1000oC時要得到同樣厚度的滲碳層，需要多少時間(D0=X10-12m基本概念：擴散、擴散的本質、擴散的結果，擴散動力，正擴散和負擴散，自擴散和互擴散極其特點，擴散通量，穩(wěn)定擴散和非穩(wěn)定擴散，無序擴散及特點。固體擴散的微觀機構有哪幾種，哪些是實際存在的，為什么菲克第一定律和菲克第二定律的一維表達式，各

27、自的物理意義是什么，會運用菲克第/sec；D1000C=3X10-nm2/sec).在制造硅半導體器體中，常使硼擴散到硅單晶中，若在1600K溫度下，保持硼在硅單晶表面的濃度恒定(恒定源半無限擴散)，要求距表面10-3cm深度處硼的濃度是表面濃度的一半，問需要多長時間(已知D1600c=8X10-12cm2/sec；當時，).Zn2+在ZnS中擴散時，563C時的擴散系數(shù)為3X10-14cm2/sec;450C時的擴散系數(shù)為X10-14cm2/sec，求：擴散的活化能和D0；750C時的擴散系數(shù)。.實驗冊的不同溫度下碳在鈦中的擴散系數(shù)分別為2X10-9cm2/s(736C)、5X10-9cm2

28、/s(782C)、X10-8cm2/s(838C)。請判斷該實驗結果是否符合，請計算擴散活化能J/molC)，并求出在500C時碳的擴散系數(shù)。10在某種材料中,某種粒子的晶界擴散系數(shù)與體積擴散系數(shù)分別為Dgb=X10-1exp(-19100/T)和Dv=X10-4exp(-38200/T)，是求晶界擴散系數(shù)和體積擴散系數(shù)分別在什么溫度范圍內(nèi)占優(yōu)勢.假定碳在a-Fe(體心立方)和丫-Fe(面心立方)中的擴散系數(shù)分別為：D=-83600(J/mol/RT)cm2/sec；Dy二T41284(J/mol/RT)cm2/ssec計算800C時各自的擴散系數(shù)并解釋其差別。.MgO、Ca、PeO均具NaC

29、l結構，在各晶體中它們的陽離子擴散活化能分別為:Na+在NaCI中為41Kcal/mol、Mg2+在MgO中為83Kcal/mol、Ca2+在CaO中為77Kcal/mol、Fea+在FeO中為23Kcal/mol，試解釋這種差異的原因。.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.試從結構和能量的觀點解釋為什么D表面D晶面D晶內(nèi)表面晶面晶內(nèi)復習提綱一定律和菲克第二定律解決實際問題。無序擴散系數(shù)D=1/6Xqd2中，d和q的物理意義；通過分析影響q的因素以及以體心立方晶體為例，得出無序擴散系數(shù)的數(shù)學表達式Dr=aa02NdY，由此得出空位擴散系數(shù)的表達式Dv=aa2Yexp(

30、AS*+AS)/Rexp-(AH*+AH)/RT，再進一步得出空00ff位擴散系數(shù)的宏觀表達式D=D0exp(-Q/RT)。自擴散系數(shù)D*=fDr。間隙擴散系數(shù)的表達式。一個擴散系統(tǒng)中，擴散系數(shù)與溫度的關系(D1/T)，為什么克肯達爾效應得含義及其應用意義。分析影響擴散系數(shù)的因素。相變1什么叫相變按照機理來劃分，可分為哪些機理2馬氏體相變具有什么特征它和成核生成機理有何差別3當一種純液體過冷到平衡凝固溫度(T0)以下時：，固相與液相間的自由焓差越來越負。試證明在溫度T0附近隨溫度變化的關系近似地為：4.在純液體平衡凝固溫度T以下，AG*臨界相變勢壘隨溫度下降而減小，于0r是有一個使熱起伏活化因

31、子exp(-G*/KT)為極大值的溫度。試證明當T=T/3時，r0exp(-G*/KT)有極大植。r5為什么在成核一生成機理相變中，要有一點過冷或過熱才能發(fā)生相變什么情況下需過冷，什么情況下需過熱。何謂均勻成核何謂不均勻成核晶核劑對熔體結晶過程的臨界晶核半徑r*有何影響7在不均勻成核的情況下，相變活化能與表面張力有關，試討論不均勻成核的活化能AG*與接觸角6的關系，并證明當6二90。時，AG*是均勻成核活化能的一半。rr.鐵的原子量為，密度為克/cm3，熔點為1593C，熔化熱為2750卡/克原子，固液界面能為204爾格/cm2，試求在過冷度為10C、100C時的臨界晶核大小并估計這些晶核分別

32、由多少個晶胞所組成(已知鐵為體心立方晶格，晶格常數(shù)a=).熔體析晶過程在1000C時，單位體積自由熔變化G100cal/cm3；在900C時是500cal/cm3。設固一液界面能ySL=500erg/cm2,求：在900C和1000C時的，臨界晶核半徑；在900C和1000C時進行相變所需的能量.如在液相中形成邊長為a的立方體晶核時，求出“臨界核胚”立方體邊長a*和AG*。為什么立方體的AG*大于球形AG*銅的熔點Tm=1385k，在過冷度T=m的溫度下，通過均相成核得到晶體銅。計算這溫度下的臨界核胚半徑及臨界核胚的原子數(shù)。(H=1628X107爾格/cm3、丫=177爾格/cm2，設銅為面心

33、立方晶體，a=).如下圖為晶核的半徑r與AG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你的根據(jù)是什么13什么叫斯賓那多分解它和成核生成機理有何差別14什么叫登山擴散為什么在散賓那多分解中能產(chǎn)生這種擴散，在成核生長相變中則不能在最后的形態(tài)中，成核生長機理相變和斯賓那多相變都有可能形成三維連貫的結構，在實驗上能否區(qū)別是哪種機理復習提綱什么是相變、相變過程，相變過程的分類，相變推動力，相變過程的溫度條件。析晶的兩個過程，均態(tài)核化和非均態(tài)核化的含義；會推導均態(tài)核化的臨界半徑和相變活化能；了解影響均態(tài)核化速率的因素；掌握非均態(tài)核化的相變活化能與均態(tài)核化的相變活化能的關系，能從理論上

34、進行解釋；掌握核化速率和晶化速率與溫度的關系，畫圖說明，并指出形成晶體或玻璃有利的溫度區(qū)間?？偟慕Y晶速率用什么表征。分析影響結晶速率的因素。固相反應若由MgO和AlO球形顆粒之間的反應生成MgAIO是通過產(chǎn)物層的擴散進行的：畫出其反應的幾何圖形并推導出反應初期的速度方程。若1300C時0心込2+0-2:基本不動，那么哪一種離子的擴散控制著拠242.鎳(Ni)在大氣壓的氧氣中氧化，測得其重量增量(|ig/cm2)如下表:溫度時間溫度時間1(h)2(h)3(h)4(h)1(h)2(h)3(h)4(h)550C9131520650C29415065600567588106導

35、出合適的反應速度方程；(2)計算其活化能。由AI2O和SiO2粉末反應生成莫來石，過程由擴散控制，擴散活化能為50千卡232/摩爾，1400C下，一小時完成10%，求1500C下，一小時和四小時各完成多少(應用揚德方程計算)粒徑為1|1球狀AI2O3由過量的MgO微粒包圍，觀察尖晶石的形成，在恒定溫度下，第一個小時有20%的AI20起了反應，計算完全反應的時間。用揚德方程計算用金斯特林格方程計算比較揚德方程、金斯特林格方程優(yōu)缺點及適用條件。當測量氧化鋁水化物的分解速率時，發(fā)現(xiàn)在等溫反應期間，重量損失隨時間線性增加到50%左右，超過50%時重量損失的速率就小于線性規(guī)律。速率隨溫度指數(shù)增加，這是一

36、個由擴散控制的反應還是由界面一級控制的反應當溫度從451C增至493C時，速率增大到10倍，計算此過程的活化能(利用表9-1及圖22進行分析)由AI2O3和Si02粉末形成莫來石反應，由擴散控制并符合揚德方程，實驗在溫度保持不變的條件下，當反應進行1小時的時候，測知已有15%的反應物起反應而作用掉了。將在多少時間內(nèi)全部反應物都生成產(chǎn)物為了加速莫來石的生產(chǎn)應采取什么有效措施試分析影響固相反應的主要因素。如果要合成鎂鋁尖晶石，可供選擇的原料為MgCO、Mg(0H)2、Mg0、AI203H20、Y-AI2O、a-AI2O。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。2323復習提綱廣義固相

37、反應的共同特點；固相反應機理；固相界面上的化學反應的三個過程。2固相反應的一般動力學關系及其意義；解釋化學動力學范圍；解釋擴散動力學范圍的特點，擴散動力學范圍的三個動力學方程的表達式、各自所采用的模型極其適用范圍、有何優(yōu)缺點。3分析影響固相反應的因素。燒結1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2燒結過程是怎樣產(chǎn)生的，各階段的特征是什么3下列過程中哪一個能使燒結體強度增大，而不產(chǎn)生坯體宏觀上的收縮試說明之。（a）蒸發(fā)冷凝；（b）體積擴散；（c）粘性流動；（d）表面擴散；（e）溶解、I、宀沉淀某氧化物粉末的表面能是1000erg/cm2,燒結后晶界能是550erg/c

38、m2今用粒徑為1|im的粉料（假定為立方體）壓成1cm3的壓塊進行燒結，試計算燒結時的推動力。試就（a）推動力來源；（b）推動力大?。唬╟）在陶瓷系統(tǒng)的重要性來區(qū)別初次再結晶，晶粒長大和二次再全結晶。有人試圖用延長燒結時間來提高產(chǎn)品致密度，你以為此法是否可行,為什么了假如直徑為5um的氣封閉在表而張力為280達因/厘米的玻璃內(nèi)，氣孔內(nèi)氮氣壓力是大氣壓，當氣體壓力與表面張力產(chǎn)生的負壓平衡時，氣孔尺寸是多少在1500C,Mg0正常的晶粒長大期間.觀察到晶體在1小時內(nèi)從直徑從1|im長大到10um，在此條件下，要得到直徑20um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

39、在1600C下4小時后晶粒的大小，為抑制晶粒長大，加入少量雜質，在1600C下保溫4小時，晶粒大小又是多少假定NiCr204的表面能為600erg/cm2,由半徑|im的Ni0和Cr203粉末合成尖晶石。在1200C和1400C時Ni2+和Ce離子的擴散系數(shù)分別為：Ni2+在NiO中I=1X10；1473D=3X10-i0cm2/s；Cr3+在CrO中D=7X10-11；D=10-i0cm2/s，求在1200C和1400C16732314731673燒結時，開始1秒的線收縮率是多少（假定擴散粒子的半徑為）材料的許多性能如強度、光學性能等要求其晶粒尺寸微小且分布均勻，工藝上應如何控制燒結過程以達

40、到此目的試分析二次再結晶過程對材料性能有何種效應特種燒結和常規(guī)燒結有什么區(qū)別試舉例說明。（a）燒結MgO時加入少量FeO,在氫氣氛和氧分壓低時都不能促進燒結，只有在氧分壓高的氣氛下才促進燒結；（b）燒結AlO時，氫氣易促進致密化而氮氣妨礙致密化。試分析其原因。23某磁性氧化物材料被認為是遵循正常晶粒長大方程。當顆粒尺寸增大超出1um的平均尺寸時，則磁性和強度等性質就變壞，未燒結前的原始顆粒大小為Um。燒結30分鐘使晶粒尺寸長大為原來的3倍。因大坯件翹曲，生產(chǎn)車間主任打算增加燒結時間。你想推薦的最長時間是多少腐蝕與防護名詞解釋及符號意義全面腐蝕局部腐蝕點腐蝕晶間腐蝕應力腐蝕腐蝕疲勞渦流腐蝕縫隙腐

41、蝕Kd/dISCCat以不銹鋼在充氣的NaCI溶液中孔腐蝕為例，簡述小孔腐蝕的機理。為提高18Cr-9Ni不銹鋼的抗點蝕性能，可在鋼中加入哪些元素應力腐蝕裂紋擴展速率d/d與K值之間的關系如圖所示，試指出曲線上的兩個端atI點各代表材料的什么特征值并根據(jù)此圖說明裂紋擴展速率d/d與K值的關系。atI影響晶間腐蝕的因素有哪些簡述應力腐蝕的機理及減少應力腐蝕的措施。試述硅酸鹽材料的腐蝕機理及影響腐蝕的因素。玻璃的腐蝕有哪幾種形式簡要說明之?；炷恋母g有哪幾種形式簡要說明之。以Al2O/SiC復合材料為例說明陶瓷基復合材料的氧化行為。23什么是高分子材料的腐蝕有何主要表現(xiàn)何為高分子材料的物理老化其

42、特點是什么物理老化對性能有何影響疲勞與斷裂1解釋下列概念疲勞低溫疲勞熱疲勞韌-脆轉化溫度氫致斷裂疲勞強度蠕變強度2試述疲勞失效的特點。3分析材料高溫下的失效方式。4簡述氫脆的類型。5試述氫致開裂機理。參考答案緒論此試題尚無答案晶體結構1、略。2、解:(1)h:k:l=1/2:1/3:1/6=3:2:1,.該晶面的米勒指數(shù)為(321)；(2)(321)TOC o 1-5 h z3、略。4、略。5、解：MgO為NaCl型，02-做密堆積，Mg2+填充空隙。二，J二，z=4,晶胞中質點體積:O2-Mg2+(4/3Xnr3+4/3Xnr3)X4,a=2(r+r),晶胞體積二a3，堆積系數(shù)二晶胞中MgO

43、體積/02-Mg2+-晶胞體積二%,密度二晶胞中MgO質量/晶胞體積二cmz=4；Si4+占四面體空隙=1/8,Mg2+占八面體空隙二1/2。23、解：透閃石雙鏈結構，鏈內(nèi)的Si-O鍵要比鏈5的Ca-O、Mg-O鍵強很多，所以很容易沿鏈間結合力較弱處劈裂成為纖維狀；滑石復網(wǎng)層結構，復網(wǎng)層由兩個SiO4層和中間的水鎂石層結構構成,復網(wǎng)層與復網(wǎng)層之間靠教弱的分之間作用力聯(lián)系,因分子間力弱,所以易沿分子間力聯(lián)系處解理成片狀。24、解：石墨中同層C原子進行SP2雜化，形成大n鍵，每一層都是六邊形網(wǎng)狀結構。由于間隙較大,電子可在同層中運動,可以導電,層間分子間力作用,所以石墨比較軟。6、解：體心：原子數(shù)

44、2,配位數(shù)8,堆積密度%;面心：原子數(shù)4,配位數(shù)6,堆積密度%；六方：原子數(shù)6,配位數(shù)6,堆積密度%。7、解：u二zzeNA/rX(1-1/n)/4nc,e=X10-i9,e=X10-i2,N=X1023,NaCl:z=1,z=1,1220000012A=,n=7,n=9,n=8,Na+Cl-r=,u=392Kj/mol；.0MgO8、略。uMgOuNaCl=752Kj/mol；MgO：z=2,u，二Mg0的熔點高。1NaClz2=2,A=,nO2-=7,n=Mg2+,n=7,9、解：設球半徑為a,則球的體積為4/3na3,求的z=4,則球的總體積(晶胞)4X4/3na3,立方體晶胞體積：(2

45、a)3=16a3，空間利用率二球所占體積/空間體積二，空隙率二%二。10、解:p=m/vV晶二cm3,V=X10-22。11、解:Si4+4；K+12；Al3+6；Mg2+6。12、略。13、解：MgS中a=,陰離子相互接觸，a=2r_,.rS2-二；CaS中a=,陰-陽離子相互接觸，a=2(r+r-),.rCa2+二；CaO中a二，a=2(r+r),.r二；MgO中a=,a=2(r+r),.r二。+-O2-+-Mg2+14、解:LiF為NaCl型結構，z=4,V=a3,p=m/V=cm3,a=,根據(jù)離子半徑a1=2(r+r)=,a,.m-不能互相接觸;體對角線二玄二4(+-),a=；(3)p

46、二m/V二cm3.16、略。17、解：r2+與r不同，rr,使CaO結構較MgO疏松，HO易于進入，所以活潑。MgCa2+Ca2+Mg2+218.19.20、(1)略；四面體空隙數(shù)/O2-數(shù)二2:1,八面體空隙數(shù)/O2-數(shù)二1:1；2“二4,乙+/4乂8二2,z+=1,NO,LO；2“二6,乙+/6乂6二2,z+=2,FeO,MnO；心“二4,乙+/4乂4二2,z+=4,ZnS,SiC；0兒“二6,乙+/6乂3二2,z+=4,MnO2。21、解：島狀；架狀；單鏈；層狀(復網(wǎng))；組群(雙四面體)。22、解：(1)有兩種配位多面體，SiO,MgO,同層的MgO6八面體共棱，如59MgO466和49

47、MgO共棱75O2-和27O2-，不同層的MgO八面體共頂，如1MgO和51MgO共頂是666622O2-,同層的MgO與SiO共頂，如TMgO和7SiO共頂22O2-,不同層的MgO與SiO646464共棱，TMgO和43SiO共28O2-和28O2-；6425、解：(1)Ab+可與02-形成AIO45-；Ab+與Si4+處于第二周期，性質類似，易于進入硅酸鹽晶體結構中與Si4+發(fā)生同晶取代，由于鮑林規(guī)則，只能部分取代；(2)Al3+置換Si4+是部分取代，Al3+取代Si4+時，結構單元AlSiOASiO,失去了電中性，有過剩的負電荷，為45了保持電中性，將有一些半徑較大而電荷較低的陽離子

48、如K+、Ca2+、Ba2+進入結構中；(3)設AI3+置換了一半的Si4+，則O2-與一個Si4+一個AI3+相連，陽離子靜電鍵強度=3/4X1+4/4X1=7/4,O2-電荷數(shù)為-2,二者相差為1/4,若取代超過一半,二者相差必然1/4，造成結構不穩(wěn)定。晶體結構缺陷I、解：鈉原子空位；鈉離子空位，帶一個單位負電荷；氯離子空位，帶一個單位正電荷；最鄰近的Na+空位、CI-空位形成的締合中心；Ca2+占據(jù)K.位置，帶一個單位正電荷；Ca原子位于Ca原子位置上；Ca2+處于晶格間隙位置。2、解：(1)NaCINa+Cl+VTOC o 1-5 h zCaCICICaCICaNa*+2CI+V2CIN

49、aOV+VNaCIAgAgV+AgAgi3、解：設有缺陷的MgO晶胞的晶胞分子數(shù)為x，晶胞體積V=3，x二pVNO/M二,單位晶胞的肖脫基缺陷數(shù)二4-x=04、解：(a)根據(jù)熱缺陷濃度公式n/N二exp(-E/2RT)，E=6eV=6XX10-i9=X10-i9j,T=298k：n/N=X10-5i,T=1873k：n/N=X10-9；(b)在MgO中加入百萬分之一的ALO，ALO2AL+V+3OO，TALO二10-6，二雜2323MgMg23質缺陷=3X10-6/2=X10-6，.比較可知，雜質缺陷占優(yōu)。5、解:n/N=exp(-E/2RT)，R=，T=1000k：n/N=X10-3；T=1500k：n/N=X10-26、解：FeO2Fe+3OO+V23FeFey2yyFe3+Fe2+O，2y1-3yX=1_y二二，V=X10-2Fe7、解：Zn(g)Zni+e,Zn(g)+1/2O二ZnO,Zni-+e+1/2OZnO,ZnO=e，TOC o 1-5 h z.代ZniJp2O(g)O