無(wú)機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)課后習(xí)題附標(biāo)準(zhǔn)答案宋曉嵐黃學(xué)輝版

1、 /94無(wú)機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)課后習(xí)題答案宋曉嵐黃學(xué)輝版無(wú)機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)課程組 /94第二章答案2-1略。2-2（1）一晶面在x、y.z軸上的截距分別為2a、3b、6c,求該晶面的晶面指（2）晶面在x、y、z軸上的截距分別為a/3、b/2、c,求出該晶面的晶面指數(shù)。111答：（1）h:k:l込勺=3:2:1,A該晶面的晶面指數(shù)為（321）；（2）h:k:l=3:2:1,該晶面的晶面指數(shù)為（321）。3在立方晶系晶胞中畫出下列晶面指數(shù)和晶向指數(shù)：（001）與卩帀,（111）與卩遼,）與111,（蠢）與236,（257）與1訂,（123）與,（102）,匸）,萌,110,1勾,國(guó)1答:二A4定性描述晶體

2、結(jié)構(gòu)的參量有哪些？定量描述晶體結(jié)構(gòu)的參量又有哪些？答：定性：對(duì)稱軸、對(duì)稱中心、晶系、點(diǎn)陣。定量：晶胞參數(shù)。5依據(jù)結(jié)合力的本質(zhì)不同，晶體中的鍵合作用分為哪幾類？其特點(diǎn)是什么?答：晶體中的鍵合作用可分為離子鍵、共價(jià)鍵、金屬鍵、范德華鍵和氫鍵。離子鍵的特點(diǎn)是沒(méi)有方向性和飽和性，結(jié)合力很大。共價(jià)鍵的特點(diǎn)是具有方向性和飽和性，結(jié)合力也很大。金屬鍵是沒(méi)有方向性和飽和性的的共價(jià)鍵，結(jié)合力是離子間的靜電庫(kù)侖力。范德華鍵是通過(guò)分子力而產(chǎn)生的鍵合，分子力很弱。氫鍵是兩個(gè)電負(fù)性較大的原子相結(jié)合形成的鍵，具有飽和性。6等徑球最緊密堆積的空隙有哪兩種？一個(gè)球的周圍有多少個(gè)四面體空隙、多少個(gè)八面體空隙？答：等徑球最緊密堆

3、積有六方和面心立方緊密堆積兩種，一個(gè)球的周圍有8個(gè)四面體空隙、6個(gè)八面體空隙。7n個(gè)等徑球作最緊密堆積時(shí)可形成多少個(gè)四面體空隙、多少個(gè)八面體空隙？不等徑球是如何進(jìn)行堆積的？答：n個(gè)等徑球作最緊密堆積時(shí)可形成n個(gè)八面體空隙、2n個(gè)四面體空隙。不等徑球體進(jìn)行緊密堆積時(shí)，可以看成由大球按等徑球體緊密堆積后，小球按其大小分別填充到其空隙中，稍大的小球填充八面體空隙，稍小的小球填充四面體空隙，形成不等徑球體緊密堆積。斃8寫出面心立方格子的單位平行六面體上所有結(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。答：面心立方格子的單位平行六面體上所有結(jié)點(diǎn)為：（000）、（001）（100）（101）（110）1111111111（010）（011

4、）（111）（戈0）（0龍龍）（戈戈0）（1龍龍）（戈1龍）（龍龍1）。9計(jì)算面心立方、密排六方晶胞中的原子數(shù)、配位數(shù)、堆積系數(shù)。7405%.434X-7T?APC=a5答：面心：原子數(shù)4,配位數(shù)6,堆積密度APC=六方：原子數(shù)6,配位數(shù)6,堆積密度試43=74.05%2忖10根據(jù)最緊密堆積原理，空間利用率越高,（只有34.01%），為什么它也很穩(wěn)定？廈礴結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，金剛石結(jié)構(gòu)的空間利用率很低答：最緊密堆積原理是建立在質(zhì)點(diǎn)的電子云分布呈球形對(duì)稱以及無(wú)方向性的基礎(chǔ)上的，故只適用于典型的離子晶體和金屬晶體，而不能用最密堆積原理來(lái)衡量原子晶體的穩(wěn)定性。另外，金剛石的單鍵個(gè)數(shù)為4,即每個(gè)原子周圍有4個(gè)

5、單鍵（或原子），由四面體以共頂方式共價(jià)結(jié)合形成三維空間結(jié)構(gòu)，所以，雖然金剛石結(jié)構(gòu)的空間利用率很低（只有34.01%），但是它也很穩(wěn)定。鯡塊網(wǎng)羈11證明等徑圓球六方最密堆積的空隙率為25.9%。43.43答：設(shè)球半徑為a，則球的體積為？，球的z=4,則球的總體積（晶胞）3，立方體晶胞體積：（2逸a）3=16a3，空間利用率=球所占體積/空間體積=74.1%，空隙率=174.1%=25.9%。12金屬鎂原子作六方密堆積，測(cè)得它的密度為1.74g/cm3，求它的晶胞體積。答：設(shè)晶胞的體積為V,相對(duì)原子質(zhì)量為M,則晶胞體積6x246.02Sk1033x1.74=1.37xlQ-2anm313根據(jù)半徑比

6、關(guān)系，說(shuō)明下列離子與02-配位時(shí)的配位數(shù)各是多少？已知rQ2-=0.132nm,r4+=0.039nm,r+=0.131nm,r3+=0.057nm,r2+=0.078nm。贍僨SiKAlMg答：對(duì)于Si4+、K+、A13+、Mg2+來(lái)說(shuō)，其匸依次是0.295、0.99、0.43、0.59；依據(jù)正離子配位數(shù)與正負(fù)離子半徑比的關(guān)系知配位數(shù)為：Si4+4；K+8；AI3+6；Mg2+6。14為什么石英不同系列變體之間的轉(zhuǎn)化溫度比同系列變體之間的轉(zhuǎn)化溫度高得多？答：石英同一系列之間的轉(zhuǎn)變是位移性轉(zhuǎn)變，不涉及晶體結(jié)構(gòu)中鍵的破裂和重建，僅是鍵長(zhǎng)、鍵角的調(diào)整、需要能量較低，且轉(zhuǎn)變迅速可逆；而不同系列之間的

7、轉(zhuǎn)變屬于重建性轉(zhuǎn)變，都涉及到舊鍵的破裂和新鍵的重建，因而需要較的能量，且轉(zhuǎn)變速度緩慢；所以石英不同系列之間的轉(zhuǎn)化溫度比同系列變體之間轉(zhuǎn)化的溫度要高的多。滲釤嗆儼勻諤硯.15有效離子半徑可通過(guò)晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定算出。在下面NaCl型結(jié)構(gòu)晶體中，測(cè)得MgS和MnS的晶胞參數(shù)均為a=0.520nm（在這兩種結(jié)構(gòu)中，陰離子是相互接觸的）。若CaS（a=0.567nm）、CaO（a=0.480nm）和MgO（a=0.420nm）為一般陽(yáng)離子一陰離子接觸，試求這些晶體中各離子的半徑。瀉圣騁答：MgS中a=0.502nm，陰離子相互接觸，a=2r，ArS2-=0.177nm；CaS中a=0.567nm，陰一陽(yáng)離子

8、相互接觸,a=2(r+r)，Ar=0.107nm；CaO中a=0.408nm,a=2(r+r)，+-Ca2+-.*.r=0.097nm；MgO中a=0.420nm,a=2(r+r),.r=0.113nm。02-+-Mg2+16氟化鋰(LiF)為NaCl型結(jié)構(gòu)，測(cè)得其密度為2.6g/cm3，根據(jù)此數(shù)據(jù)計(jì)算晶胞參數(shù),并將此值與你從離子半徑計(jì)算得到數(shù)值進(jìn)行比較。鄴鎵騷答：設(shè)晶胞的體積為V,相對(duì)原子質(zhì)量為M,對(duì)于NaCl型結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，其n=4,=6.64xlQ-23nm3rrnM4x26則晶胞體積%p6023xwx26rm冃q亍圧唧則晶胞參數(shù)：*根據(jù)離子半徑計(jì)算：a=2(r+r)=4.14nm0r，使C

9、aO結(jié)構(gòu)較Mg0疏松，HO易于進(jìn)入，所以活潑。19CaF,的晶胞參數(shù)為0.547nm（1）根據(jù)CaF,晶胞立體圖畫出CaF,晶胞在（001）面上222的投影圖；（2）畫出CaF2（110）面上的離子排列簡(jiǎn)圖；（3）正負(fù)離子半徑之和為多少?2解（1）3r-1rFXLXJLirriCaF?晶胞在伽）面上的投影圖(2)7I?r.1HiACaF2（110）面上的離子排列簡(jiǎn)圖0.547=2=0.（3）正負(fù)離子半徑之和20計(jì)算CdI2晶體中的I-及CaTiO3晶體中O2-的電價(jià)是否飽和？23解：CdI2晶體中Cd2+的配位數(shù)CN=6,I-與三個(gè)在同一邊的Cd2+相連，且I-的配位數(shù)CN=31u所以，即I-

10、電價(jià)飽和CaTiO晶體中，Ca2+的配位數(shù)CN=12，Ti4+的配位數(shù)CN=6，O2-的配位數(shù)CN=63所以，即O2-電價(jià)飽和。21（1）畫出02-作面心立方堆積時(shí)，各四面體空隙和八面體空隙的所在位置（以一個(gè)晶胞為結(jié)構(gòu)基元表示出來(lái)）；（2）計(jì)算四面體空隙數(shù)、八而休空隙數(shù)與02-數(shù)之比綾鶘解（1）略（2）四面體空隙數(shù)與02-數(shù)之比為2:1,八面體空隙數(shù)與02-數(shù)之比為1:122根據(jù)電價(jià)規(guī)則，在下面情況下，空隙內(nèi)各需填入何種價(jià)數(shù)的陽(yáng)離子，并對(duì)每一種結(jié)構(gòu)舉出一個(gè)例子。（1）所有四面體空隙位置均填滿；（2）所有八面體空隙位置均填滿；（3）填滿一半四面體空隙位置；（4）填滿一半八面體空隙位置。答：分別為

11、（1）陰陽(yáng)離子價(jià)態(tài)比應(yīng)為1:2如CaF（2）陰陽(yáng)離子價(jià)態(tài)比應(yīng)為1:1如NaCl2（3）陰陽(yáng)離子價(jià)態(tài)比應(yīng)為1:1如ZnS（4）陰陽(yáng)離子價(jià)態(tài)比應(yīng)為1:2如Ti022-23化學(xué)手冊(cè)中給出NH4Cl的密度為1.5g/cm3,X射線數(shù)據(jù)說(shuō)明NH4Cl有兩種晶體結(jié)構(gòu)，一44種為NaCl型結(jié)構(gòu)，a=0.726nm；另一種為CsCl結(jié)構(gòu)，a=0.387nm。上述密度值是哪一種晶型的？叫+離子作為一個(gè)單元占據(jù)晶體點(diǎn)陣）。|4解：若NHCl為NaCl結(jié)構(gòu)6.02xlO234(0.726xW7f=0.912g/cm3瓦陽(yáng)p=xM則可由公式可得：若NHCl為NaCl結(jié)構(gòu),4瓦忒p-y.M則可由公式可得:16.02xl

12、O23(0.3S7X10-7)3=1.505由計(jì)算可知NaCl型結(jié)構(gòu)的NHCl與化學(xué)手冊(cè)中給出NHCl的密度接近，所以該密度TOC o 1-5 h z44NaCl晶型2-24MnS有三種多晶體，其中兩種為NaCl型結(jié)構(gòu)，一種為立方ZnS型結(jié)構(gòu)，當(dāng)有立方型ZnS結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)镹aCl型結(jié)構(gòu)時(shí)，體積變化的百分?jǐn)?shù)是多少？已知CN=6時(shí)，r2+=0.08nm，r2MnS-=0.184nm；CN=4時(shí)，r2+=0.073nm，r2-=0.167nmoMnS44ai=0.167=解：當(dāng)為立方ZnS型結(jié)構(gòu)時(shí)：=0.472nm當(dāng)為NaCl型結(jié)構(gòu)時(shí)：=2（r2+r2-）=2（0.08+0.184）=0.384nmM

13、nS”盤十-右0.472l-0.3843廳=7所以體積變化：=46.15%2-25鈦酸鋇是一種重要的鐵電陶瓷，其晶型是鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，試問(wèn)：（1）屬于什么點(diǎn)陣？（2）這個(gè)結(jié)構(gòu)中離子的配位數(shù)為若干？（3）這個(gè)結(jié)構(gòu)遵守鮑林規(guī)則嗎？請(qǐng)作充分討論。答：（1）屬于立方晶系（2）Ba2+、Ti4+和O2-的配位數(shù)分別為12、6和6（3）這個(gè)結(jié)構(gòu)遵守鮑林規(guī)則鮑林第一規(guī)則一一配位多面體規(guī)則陽(yáng)一=0.132卅喘曲心=0.064=0.14知強(qiáng)對(duì)于Ti4+40.0640.132=0.485配位數(shù)為6對(duì)于Ba2+0.1430.1321.0S3配位數(shù)為12符合鮑林第一規(guī)則鮑林第二規(guī)則電價(jià)規(guī)則24_x4+-x2=2蘭126即

14、負(fù)離子電荷z=則O2-離子電荷=與O2-離子電荷相等,故符合鮑林第二規(guī)則，又根據(jù)鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)知其配位多面體不存在共棱或共面的情況，結(jié)構(gòu)情況也符合鮑林第四規(guī)則一一不同配位體連接方式規(guī)則和鮑林第五規(guī)則一一節(jié)約規(guī)則嶧陽(yáng)所以鈣鈦礦結(jié)構(gòu)遵守鮑林規(guī)則。 /942-26硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)有何特點(diǎn)？怎樣表征其學(xué)式？答：硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，但不同的結(jié)構(gòu)之間具有下面的共同特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)中的Si4+離子位于O2-離子形成的四面體中心，構(gòu)成硅酸鹽晶體的基本結(jié)構(gòu)單元SiO4四面體。Si-O-Si是一條夾角不等的折線，一般在145咗右。SiO4四面體的每個(gè)頂點(diǎn)，即02-離子最多只能為兩個(gè)SiO4四面體所共用。兩個(gè)相鄰的SiO

15、4四面體之間只能共頂而不能共棱或共面連接。SiO4四面體中心的Si4+離子可以部分地被A13+離子所取代，取代后結(jié)構(gòu)本身不發(fā)生太大變化，即所謂的同晶取代，但晶體的性質(zhì)發(fā)生了很大的變化。這為材料的改性提供了可能。硅酸鹽的化學(xué)式表征方法主要有以下兩種：(1)氧化物表示法將構(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(lái)，先是1價(jià)的堿金屬氧化物，其次是2價(jià)、3價(jià)的金屬氧化物，最后是SiO2(2)無(wú)機(jī)絡(luò)合鹽表示法構(gòu)成硅酸鹽晶體的所有離子按一定的比例和順序全部寫出來(lái)，再把相關(guān)的絡(luò)陰離子用中括號(hào)括起來(lái)即可。先是1價(jià)、2價(jià)的金屬離子，其次是AH+離子和Si4+離子，最后是02-離子和0H-離子。氧化物

16、表示法的優(yōu)點(diǎn)在于一目了然的反應(yīng)出晶體的化學(xué)組成，可以按此配料來(lái)進(jìn)行晶體的實(shí)驗(yàn)室合成。用無(wú)機(jī)絡(luò)合鹽法則可以比較直觀的反應(yīng)出晶體所屬的結(jié)構(gòu)類型，進(jìn)而可以對(duì)晶體結(jié)構(gòu)及性質(zhì)作出一定程度的預(yù)測(cè)。兩種表示方法之間可以相互轉(zhuǎn)換。2-27硅酸鹽晶體的分類依據(jù)是什么？可分為那幾類，每類的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是什么？答：硅酸鹽晶體主要是根據(jù)SiO在結(jié)構(gòu)中的排列結(jié)合方式來(lái)分類，具體可以分為五類：島4狀、組群狀、鏈狀、層狀和架狀。結(jié)構(gòu)和組成上的特征見(jiàn)下表：結(jié)構(gòu)類型SiO4共用02-數(shù)形狀絡(luò)陰離子團(tuán)Si:0I島狀0四面體SiO44-1:4組群狀1雙四面體Si2O76-2:72二節(jié)環(huán)Si3O96-1:32四節(jié)環(huán)冋0-1:32八節(jié)環(huán)S

17、ag-1:3鏈狀2單鏈網(wǎng)出-1:32、3雙鏈嚇聲-4:11層狀3平面層Si4O104-4:10架狀4骨架SiO44-1:4(AlxSi/OJx-1:42-28下列硅酸鹽礦物各屬何種結(jié)構(gòu)類型:Mg2SiO4,KAlSi3O8,CaMgSi2O6,Mg3Si4O10（OH）2，Ca2AlAlSiO7o秘騖1答：分別為島狀；架狀；單鏈；層狀（復(fù)網(wǎng)）；組群（雙四面體）。2-29根據(jù)MgSiO在（100）面的投影圖回答：（1）結(jié)構(gòu)中有幾種配位多面體，各配位多面體間的連接方式怎樣？（2）O2-的電價(jià)是否飽和？（3）晶胞的分子數(shù)是多少？（4）Si4+和Mg2+所占的四面體空隙和八面體空隙的分?jǐn)?shù)是多少？躑瀘解

18、：（1）有兩種配位多面體，SiO4,MgO6,同層的MgO6八面體共棱，如59MgO6和49MgO6共棱7502-和2702-,不同層的MgO八面體共頂，如1MgO6和51MgO6共頂是2202-,同層的MgO6與SiO4共頂，如TMgO6和7SiO4共頂2202-,不同層的MgO與SiO4共棱，TMgO6和43SiO4共2802-和2802-；（2）02-與3個(gè)MgO和1個(gè)SiO，所以02-飽和（3）z=4；（4）Si4+占四面體空隙=1/8,Mg2+占八面體空隙=1/2。2-30石棉礦如透閃石Ca2Mg5Si4O11（OH）2具有纖維狀結(jié)晶習(xí)性，而滑石Mg3Si4O10（OH）2卻具有片狀

19、結(jié)晶習(xí)性，試解釋之。嘯.解：透閃石雙鏈結(jié)構(gòu)，鏈內(nèi)的Si-0鍵要比鏈5的Ca-0、Mg-0鍵強(qiáng)很多，所以很容易沿鏈間結(jié)合力較弱處劈裂成為纖維狀；滑石復(fù)網(wǎng)層結(jié)構(gòu)，復(fù)網(wǎng)層由兩個(gè)Si04層和中間的水鎂石層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，復(fù)網(wǎng)層與復(fù)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。2-31石墨、滑石和高嶺石具有層狀結(jié)構(gòu)，說(shuō)明它們結(jié)構(gòu)的區(qū)別及由此引起的性質(zhì)上的差異。解：石墨與滑石和高嶺石比較，石墨中同層c原子進(jìn)行SP2雜化，形成大n鍵，每一層都是六邊形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。由于間隙較大，電子可在同層中運(yùn)動(dòng)，可以導(dǎo)電，層間分子間力作用,所以石墨比較軟。鉿滑石和高嶺石區(qū)別主要是滑石是Mg2+取代

20、A13+的2:1型結(jié)構(gòu)八面體層為三八面體型結(jié)構(gòu)而高嶺石為1:1型二八面體結(jié)構(gòu)鉦鷹緇2-32（1）在硅酸鹽晶體中，A13+為什么能部分置換硅氧骨架中的Si4+；（2）A13+置換Si4+后，對(duì)硅酸鹽組成有何影響？（3）用電價(jià)規(guī)則說(shuō)明A13+置換骨架中的Si4+時(shí)，通常不超過(guò)一半，否則將使結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。偉閱蘞解：（1）A13+可與02-形成A1O45-;A13+與Si4+處于第二周期，性質(zhì)類似，易于進(jìn)入硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)中與Si4+發(fā)生同晶取代，由于遵循鮑林規(guī)則，所以只能部分取代；（2）A13+置換Si4+是部分取代，A13+取代Si4+時(shí)，結(jié)構(gòu)單元AlSiO4ASiO5,失去了電中性，有過(guò)剩的負(fù)電荷,

21、為了保持電中性，將有一些半徑較大而電荷較低的陽(yáng)離子如K+、Ca2+、Ba2+進(jìn)入結(jié)構(gòu)中；（3）設(shè)A13+置換了一半的Si4+，則02-與一個(gè)Si4+一個(gè)A13+相連，陽(yáng)離子靜電鍵強(qiáng)度=3/4x1+4/4x1=7/4,02-電荷數(shù)為-2,二者相差為1/4,若取代超過(guò)一半，二者相差必然1/4,造成結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。第三章答案2略。2試述位錯(cuò)的基本類型及其特點(diǎn)。解：位錯(cuò)主要有兩種：刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)。刃型位錯(cuò)特點(diǎn)：滑移方向與位錯(cuò)線垂直，符號(hào)丄，有多余半片原子面。螺型位錯(cuò)特點(diǎn)：滑移方向與位錯(cuò)線平行，與位錯(cuò)線垂直的面不是平面，呈螺施狀，稱螺型位錯(cuò)。3非化學(xué)計(jì)量化合物有何特點(diǎn)？為什么非化學(xué)計(jì)量化合物都是n型或p

22、型半導(dǎo)體材料？解：非化學(xué)計(jì)量化合物的特點(diǎn)：非化學(xué)計(jì)量化合物產(chǎn)生及缺陷濃度與氣氛性質(zhì)、壓力有關(guān)；可以看作是高價(jià)化合物與低價(jià)化合物的固溶體；缺陷濃度與溫度有關(guān)，這點(diǎn)可以從平衡常數(shù)看出；非化學(xué)計(jì)量化合物都是半導(dǎo)體。由于負(fù)離子缺位和間隙正離子使金屬離子過(guò)剩產(chǎn)生金屬離子過(guò)剩(n型)半導(dǎo)體，正離子缺位和間隙負(fù)離子使負(fù)離子過(guò)剩產(chǎn)生負(fù)離子過(guò)剩(p型)半導(dǎo)體。4影響置換型固溶體和間隙型固溶體形成的因素有哪些？解：影響形成置換型固溶體影響因素：(1)離子尺寸：15%規(guī)律：1.(RR2)/Rl15%不連續(xù)。2.40%不能形成固熔體。(2)離子價(jià)：電價(jià)相同，形成連續(xù)固熔體。(3)晶體結(jié)構(gòu)因素：基質(zhì)，雜質(zhì)結(jié)構(gòu)相同，形成

23、連續(xù)固熔體。(4)場(chǎng)強(qiáng)因素。(5)電負(fù)性：差值小，形成固熔體。差值大形成化合物。影響形成間隙型固溶體影響因素：(1)雜質(zhì)質(zhì)點(diǎn)大小：即添加的原子愈小，易形成固溶體，反之亦然。(2)晶體(基質(zhì))結(jié)構(gòu)：離子尺寸是與晶體結(jié)構(gòu)的關(guān)系密切相關(guān)的，在一定程度上來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)中間隙的大小起了決定性的作用。一般晶體中空隙愈大，結(jié)構(gòu)愈疏松，易形成固溶體。(3)電價(jià)因素：外來(lái)雜質(zhì)原子進(jìn)人間隙時(shí)，必然引起晶體結(jié)構(gòu)中電價(jià)的不平衡，這時(shí)可以通過(guò)生成空位，產(chǎn)生部分取代或離子的價(jià)態(tài)變化來(lái)保持電價(jià)平衡。5試分析形成固溶體后對(duì)晶體性質(zhì)的影響。解：影響有：(1)穩(wěn)定晶格，阻止某些晶型轉(zhuǎn)變的發(fā)生；(2)活化晶格，形成固溶體后，晶格結(jié)構(gòu)有

24、一定畸變，處于高能量的活化狀態(tài)，有利于進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)；(3)固溶強(qiáng)化，溶質(zhì)原子的溶入，使固溶體的強(qiáng)度、硬度升高；(4)形成固溶體后對(duì)材料物理性質(zhì)的影響：固溶體的電學(xué)、熱學(xué)、磁學(xué)等物理性質(zhì)也隨成分而連續(xù)變化，但一般都不是線性關(guān)系。固溶體的強(qiáng)度與硬度往往高于各組元，而塑性則較低6說(shuō)明下列符號(hào)的含義：Vn/VNa，叮C%Cf-解：鈉原子空位；鈉離子空位，帶一個(gè)單位負(fù)電荷；氯離子空位，帶一個(gè)單位正電荷；最鄰近的Na+空位、Cl-空位形成的締合中心；Ca2+占據(jù)K.位置，帶一個(gè)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。祕(mì)廬廂諺鍘I7寫出下列缺陷反應(yīng)式：（l）NaC1溶入CaC1中形

25、成空位型固溶體；（2）CaC1溶入NaCl22中形成空位型固溶體；（3）NaC1形成肖特基缺陷；（4）Ag1形成弗倫克爾缺陷（Ag+進(jìn)入間隙）。倉(cāng)盤紲囑瓏詁厲盤2、驅(qū)Qk解：（1）NaClNaC+ClCl+VCl.（2）CaCl2CaNa+2ClCl+VNCaClCl2ClNaWVNa+VClAgAg3-8MgO的密度是358g/cm3,其晶格參數(shù)是042nm,計(jì)算單位晶胞MgO的肖特基缺陷數(shù)。解：設(shè)有缺陷的MgO晶胞的晶胞分子數(shù)為x,晶胞體積V=（4.20）3,x=pVN0/M=3.96,單位晶胞的肖脫基缺陷數(shù)=4-x=0.04。鶚巰蕪鱺賻3-9MgO（NaCl型結(jié)構(gòu)）和Li2O（反螢石型結(jié)

26、構(gòu)）均以氧的立方密堆為基礎(chǔ)，而且陽(yáng)離子都在這種排列的間隙中，但在MgO中主要的點(diǎn)缺陷是肖特基缺陷，而在Li2O中是弗倫克爾型，請(qǐng)解釋原因?，崬R惲涼解:Mg占據(jù)四面體空隙，Li占據(jù)八面體空隙。10MgO晶體的肖特基缺陷生成能為84kJ/mol，計(jì)算該晶體1000K和1500K的缺陷濃度。（答：6.4x10-3,3.5x10-2）詩(shī)涇艷解：n/N=exp（-E/2RT）,R=8.314,T=1000k：n/N=6.4x10-3；T=1500k：n/N=3.5x10-2。3-11非化學(xué)計(jì)量化合物FexO中，F(xiàn)e3+/Fe2+=01，求FexO中的空位濃度及x值。（答:2.25x10-5；0.956）

27、剛殮Mk解:Fe2O32FeFe+3Oo+VFy2yy=0.L2y=0.l-o.1/2.3=0.0435Fe3+2Fe2+3O，了2y1-3yX=1-y=1-O.O435=O.9565,Fe09565Ol-y_0.04站VFe=忑+1十少心=2.22x10-212非化學(xué)計(jì)量缺陷的濃度與周圍氣氛的性質(zhì)、壓力大小相關(guān)，如果增大周圍氧氣的分壓.非化學(xué)計(jì)量化合物Fe1-xO及Zn1+xO的密度將發(fā)生怎么樣的變化？增大還是減?。繛槭裁?？撻III解：Zn(g)Tzn+eZn(g)+l/2O2=ZnOZnf+e+1/2OZnOZnO=eAPO2ZniJp102(g)Oo+VFe+2h.k=OOVFeh/PO

28、21/2=4OOVFe3/PO21/2FOCPO2-1/6,PO2VFe，JpJ13對(duì)于刃位錯(cuò)和螺位錯(cuò)，區(qū)別其位錯(cuò)線方向、伯氏矢量和位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向的特點(diǎn)。解：刃位錯(cuò)：位錯(cuò)線垂直于位錯(cuò)線垂直于位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向；螺位錯(cuò)：位錯(cuò)線平行于丘位錯(cuò)線平行于位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向。14圖3-1是晶體二維圖形，內(nèi)含有一個(gè)正刃位錯(cuò)和一個(gè)負(fù)刃位錯(cuò)。（1）圍繞兩個(gè)位錯(cuò)伯格斯回路，最后得伯格斯矢量若干？（2）圍繞每個(gè)位錯(cuò)分別作伯氏回路，其結(jié)果又怎樣？解：略。15有兩個(gè)相同符號(hào)的刃位錯(cuò)，在同一滑移面上相遇，它們將是排斥還是吸引？解：排斥，張應(yīng)力重疊，壓應(yīng)力重疊。16晶界對(duì)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)將發(fā)生怎么樣的影響？能預(yù)計(jì)嗎？解：晶界對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)起阻礙作

29、用。17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(cuò)的陣列來(lái)描述嗎?解：不能，在大角度晶界中，原子排列接近于無(wú)序的狀態(tài)，而位錯(cuò)之間的距離可能只有1、2個(gè)原子的大小，不適用于大角度晶界。脹奧秘孫戶孿3-18從化學(xué)組成、相組成考慮，試比較固溶體與化合物、機(jī)械混合物的差別。固溶體機(jī)械混合物化合物形成原因以原子尺寸“溶解”生成粉末混合原子間相互反映生成相數(shù)均勻單相多相單相均勻化學(xué)計(jì)量不遵守定比定律遵守定比定律化學(xué)組成不確定有幾種混合物就有多少化學(xué)組成確定以AO溶質(zhì)溶解在B2O3溶劑中為例:比較項(xiàng)固溶體化合物機(jī)械混合物化學(xué)組成頁(yè)（x=02）ABO24AO+BO23相組成均勻單相單相兩相有界面3-

30、19試闡明固溶體、晶格缺陷和非化學(xué)計(jì)量化合物三者之間的異同點(diǎn)，列出簡(jiǎn)明表格比較。解：固溶體、晶格缺陷、非化學(xué)計(jì)量化合物都是點(diǎn)缺陷，是晶體結(jié)構(gòu)缺陷，都是單相均勻的固體，結(jié)構(gòu)同主晶相。熱缺陷本征缺陷；固溶體非本征缺陷；鰓禱.B分類形成原因形成條件缺陷反應(yīng)化學(xué)式溶解度、缺陷濃度熱缺陷肖特基弗倫克爾熱起伏TOkO+VymFm+%MiMXMX只受溫度控制固溶體無(wú)限，有限,置換，間隙攙雜溶解大小，電負(fù)性，電價(jià)，結(jié)構(gòu)無(wú)：受溫度控制有：攙雜量固溶度受溫度控制攙雜量固溶度受固溶度控制非化學(xué)計(jì)量化合物陽(yáng)缺陰間陽(yáng)間環(huán)境中氣氛性質(zhì)和壓力變化FeO1-xUO2+xZnO1+xhg03-np1；6陰缺TiO2-X勿1*匕

31、!一Vp_1/6P0r02-20在面心立方空間點(diǎn)陣中，面心位置的原子數(shù)比立方體項(xiàng)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(yīng)該是A3B呢還是A2B?為什么？解：略。3-21Al2O3在MgO中形成有限固溶體，在低共熔溫度1995C時(shí).約有18wt%Al2O3溶入MgO中，假設(shè)MgO單位晶胞尺寸變化可忽略不計(jì)。試預(yù)計(jì)下列情況的密度變化。1）A13+為填隙離子；2）A13+為置換離子。簍規(guī)巋解：（a）A13+為填隙離子：缺陷反應(yīng)為:AL(1)MgmAIJ腫01-曲Mg-K固溶式分子式：（b）Al3+為置換離子：ALO2AL+30+V缺陷反應(yīng)為：(2)MgmAIJ2

32、1-曲Mg-K固溶式分子式：（3）取100g試樣為基準(zhǔn)：（為摩爾數(shù)）1818102=0.176（m為摩爾數(shù)）MgO中固溶18%wt的Al2O3后的分子式為：2.035Mg00.176A1O或MgAlO(4)232.0350.3522.563(4)式各項(xiàng)除以2.563得MgAlO(5)0.7940.137由（5）式得x=0.137代入（2）（3）式,W5A1l-ix0.137對(duì)（a）有即皿呂0了94山0.137嗨2Q6（匕）有砸叮艸曲（M芥2陽(yáng)“設(shè)：固溶前后晶胞體積不變，則密度變化為:P0.176Ma12os十0.175x102+2.035x40.3=0.96SPMgO2.563MMg）2.56

33、3x40.3（戸皿或，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。22對(duì)硫鐵礦進(jìn)行化學(xué)分析:按分析數(shù)據(jù)的Fe/S計(jì)算,得出兩種可能的成分:Fe1S和FeS，TOC o 1-5 h z1-x1-x前者意味著是Fe空位的缺陷結(jié)構(gòu)，后者是Fe被置換。設(shè)想用一種實(shí)驗(yàn)方法以確定該礦物究竟屬哪一類成分？.諤解：FeS中存在Fe空位，非化學(xué)計(jì)量，存在hP型半導(dǎo)體；FeS中金屬離子過(guò)剩，1-x1-x存在S2-空位，存在亡N型半導(dǎo)體；因FeS、FeS分屬不同類型半導(dǎo)體，通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定其半1-x1-x導(dǎo)體性質(zhì)即可。23說(shuō)明為什么只有置換型固溶體的兩個(gè)組分之間才能相互完全溶解，而填隙型固溶體則不能。解

34、：（1）晶體中間隙位置是有限的，容納雜質(zhì)質(zhì)點(diǎn)能力10%；（2）間隙式固溶體的生成,一般都使晶格常數(shù)增大，增加到一定的程度，使晶格變得不穩(wěn)定而離解；置換固溶體形成是同號(hào)離子交換位置，不會(huì)對(duì)接產(chǎn)生影響，所以可形成連續(xù)固溶體。3-24對(duì)于MgO、Al2O3和Cr2O3，其正、負(fù)離子半徑比分別為047、0.36和040,則Al2O3和Al2O3形成連續(xù)固溶體。（1）這個(gè)結(jié)果可能嗎？為什么？（2）試預(yù)計(jì)，在MgOCr2O3系統(tǒng)中的固溶度是有限的還是無(wú)限的？為什么？飽兗爭(zhēng)解：（l）Al0與CrO能形成連續(xù)固溶體，2323原因：1）結(jié)構(gòu)內(nèi)型相同，同屬于剛玉結(jié)構(gòu)。2)1丈0.40-0.36WO=10%嘰冰心0

35、.2Na=Q0.4CaO5,2KtO|0.2MgO0b5GuOJ解：(1)粘度的差別對(duì)釉式1：0衛(wèi)十0.2十04十0.2=3,孑孑I,n7Al3+按網(wǎng)絡(luò)形成離子,0.2+0.4+0衛(wèi)+0弓汽3+21汽2+0.5x3_0.3x2+2.1+0.5x22.05=2x2.05-4=0.1=4-0.1=3.9對(duì)于釉式2：=0.9101-A13+被視為網(wǎng)絡(luò)形成離子CaO1+1+3+2Z=4,2十1X=2R-Z=4.66-4=0.66，Y=4-0.66=3.34非橋氧=0.661.67+0.6628.3%地。_子(3)1丄A13+被視為網(wǎng)絡(luò)形成離子Z=4,=2.4X=2R-Z=4.8-4=0.8,Y=4-0

36、.8=3.2非橋氧加二-S=33.3%1出十0$(4)NaOCaOSiO22wt%|18|1072mol0.2900.1791.200mol%17.4%10.7%71.9%17.4+10.7+71.9x2乜A二二厶二也Z=4,X=2R-Z=0.78,Y=4-0.78=3.22非橋氧加=:=32.6%1.61+0.7816有兩種玻璃其組成（mol%）如下表，試計(jì)算玻璃的結(jié)構(gòu)參數(shù)，并比較兩種玻璃的粘度在高溫下何者大？臠龍羅。序號(hào)NaO2CaOA1O23SiO22O3l12010106010121002060102/a.yO+CaO30.=-r=：1解:1號(hào)：Z=4,丁膽Q10-A13+被視為網(wǎng)絡(luò)形

37、成離子Ri=20+10+30+12020+60=2.25X=2R-Z=0.5,Y=4-0.5=3.511CaO10宀=_=Q.5Y2-高溫下1號(hào)玻璃的粘度大。17有兩種不同配比的玻璃其組成（wt%）如下，試用玻璃結(jié)構(gòu)參數(shù)說(shuō)明兩種玻璃高溫下粘度的大?。啃蛱?hào)NaO2A1O23SiO2181280212880解:序號(hào)NaO2A1O23SiO2wt%mol%wt%mol%wt%mol%188.16127.478084.3721212.0984.868083.05Na2O8.16d=1川A1A1AlO被視為網(wǎng)絡(luò)形成離子23棄8.16+7.47x3+84.37x2“Z=4,A=UUjX=2R-Z=0.01

38、4,1對(duì)于2：7.47x2+84.37Y=4-X=3.9861對(duì)于1:12.09d1：.Z=4,地Q4S6AlO被視為網(wǎng)絡(luò)形成離子2312.09+4.86x3+83.05x24.06x2+83.05丄L厶.UOX=2R-Z=0.16，Y=4X=3.8422YY，故1號(hào)在高溫下的粘度大。1218有一種玻璃組成（wt%）為Na014%、CaO13%、SiO73%，其密度為2.5g/cm3（l）22計(jì)算該玻璃的原子堆積系數(shù)（AFP）及結(jié)構(gòu)參數(shù)值？（2）若用純堿、石灰石和石英砂作原料，用1000kg石英砂熔制該玻璃，問(wèn)其他兩種原料各需多少？鰻悅漚囅解：(1)該玻璃的平均分子量GM=0.14X62+0.

39、13X56+0.73X60.02=59.77在1血中原子數(shù)為n=2.5X10-24X6.02X1023/59.77=0.252個(gè)/血在1血原子所占體積V=0.0252X4/3n0.14X2X0.983+0.13X1.063+0.73X0.393+(0.14+0.13+0.73X2)X1.323=0.4685AFP=0.46結(jié)構(gòu)參數(shù):NaO2CaOSiO2wt%141373mol0.230.231.22mol%13.713.772.6R=(13.7+13.7+72.6X2)/72.6=2.38VZ=4AX=2R-Z=2.38X2-4=0.76Y=Z-X=4-0.76=3.24（2）石英砂為100

40、0kg，則需要純堿理匹）：需要石灰石（CaCO3）：19試簡(jiǎn)述哪些物質(zhì)可以形成非晶態(tài)固體（NCS）?形成（NCS）的手段有哪些？可以用什么實(shí)驗(yàn)方法研究NCS結(jié)構(gòu)？隸熒鑒綱鴣攣解：熔體和玻璃體可以形成非晶態(tài)固體。將熔體和玻璃體過(guò)冷可以得到非晶態(tài)固體。20試簡(jiǎn)述淬火玻璃與退火玻璃在結(jié)構(gòu)與性能上有何差異？解:消除和均衡由溫度梯度產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力的玻璃為退火玻璃，這類玻璃不易碎裂且切割方便。淬火處理是將制品加熱至接近其軟化溫度，使玻璃完全退火，然后進(jìn)行迅速冷卻（淬火處理）。因此產(chǎn)生均勻的內(nèi)應(yīng)力，從而使玻璃表面產(chǎn)生預(yù)加壓應(yīng)力，增加了抗彎、抗沖擊的抗扭曲變形的能力。駕驃碭I21以下三種物質(zhì)，哪個(gè)最容易形成玻璃

41、？哪個(gè)最不容易形成玻璃，為什么？（1）Na02SiO；（2）Na0SiO；（3）NaCl罰櫝2222解：（1）最容易形成玻璃，（3）最不容易形成玻璃。經(jīng)計(jì)算可知R=2.5,R2=3,Y=3,Y2=2Y1Y2,高溫下（1）粘度大，容易形成玻璃，NaCl不具備網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，為典型的離子晶體很難形成玻璃。22査閱下列系統(tǒng)的粘度和T/Tm等有關(guān)數(shù)據(jù),試判斷下列系統(tǒng)形成玻璃可能性的順序。（1）gMGeOSiO，以100C/s冷卻；（2）GeOSiO氣相沉積在OCSiO基板上；（3）金屬金氣22222相沉積在0C銅基板上；（4）A1O氣相沉積在0CA1O基板上；（5）液態(tài)硫以1C/s冷卻；TOC o 1-5

42、h z2323（6）液態(tài)金以106C/S冷卻；（7）氣態(tài)NaCl在0CA1O基板上冷卻；（8）液態(tài)ZnCl以232100C/S冷卻。解：略。23若將10mol%NaO加入到SiO中去，計(jì)算O：Si比例是多少？這樣一種配比有形成玻 HYPERLINK l bookmark198 o Current Document 22璃趨向嗎？為什么？嚌礦解：哉1，這種配比有形成玻璃的趨向，因?yàn)榇藭r(shí)結(jié)構(gòu)維持三維架狀結(jié)構(gòu)，玻璃的粘度還較大，容易形成玻璃。24在100gSiO中要加入多少CaO,才能使O：Si達(dá)2.5?2解：設(shè)要加入XgCaO,則:SiX100十566010060 x22.5解得：X=46.672

43、5若將50mol%Na0加入到SiO中，計(jì)算0：Si比例是多少？這種配比能形成玻璃嗎?22為什么？醬00.5+1X2=Z.J解：我1，可以形成玻璃。當(dāng)加入50mol%Na20時(shí)，連續(xù)網(wǎng)狀SiO2骨架雖然松弛化，但依然是三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以形成玻璃。26在SiO中加入20%B0，試計(jì)算熔體的0：Si比例是多少？223解：&1十1.864-27在SiO2中應(yīng)加入多少Na20,使玻璃的0/Si=2.5,此時(shí)析晶能力是增強(qiáng)還是削弱？解：設(shè)加入xmol的Na20，而Si02的量為ymol。則0/Si=（x+2y）/y=2.5x=y/2即二者的物質(zhì)量比為1:2時(shí)，0/Si=2.5。因?yàn)?/Si增加了，粘度下

44、降，析晶能力增強(qiáng)了。4-28個(gè)別網(wǎng)絡(luò)改變體（如Na20）加到石英玻璃中，使氧硅比增加。實(shí)驗(yàn)觀察到當(dāng)0/Si=2.53時(shí)，即達(dá)到形成玻璃的極限，根據(jù)結(jié)構(gòu)解釋為什么在2V0/SiV2.5的堿和硅石混合物可以形成玻璃，而0/Si=3的堿和硅灰石混合物結(jié)晶而不形成玻璃？瘡顴訝繯。解：當(dāng)0/Si=2.53時(shí)，Y=23，當(dāng)2V0/SiV2.5時(shí)，3Y4,而當(dāng)0/Si=3時(shí)，Y=2。結(jié)構(gòu)參數(shù)Y對(duì)玻璃性質(zhì)有重要意義。對(duì)于Na20Si02玻璃，Y越大，網(wǎng)絡(luò)連接越緊密，強(qiáng)度越大；反之，Y愈小，網(wǎng)絡(luò)空間上的聚集也愈小，結(jié)構(gòu)也變得較松，并隨之出現(xiàn)較大的空隙，結(jié)果使網(wǎng)絡(luò)改變離子的運(yùn)動(dòng)，不論在本身位置振動(dòng)或從一位置通過(guò)網(wǎng)

45、絡(luò)的網(wǎng)隙躍遷到另一位置都比較容易。因此隨著Y值遞減，出現(xiàn)膨脹系數(shù)增大，電導(dǎo)增加和粘度減小等變化。對(duì)于硅酸鹽玻璃來(lái)說(shuō)，Y2時(shí)不可能構(gòu)成三維網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)樗拿骟w間公有的橋氧數(shù)少于2,結(jié)構(gòu)多半是不同長(zhǎng)度的四面體鏈。所以對(duì)于0/Si=3的堿和硅灰石混合物結(jié)晶而不形成玻璃。獰4-29試分析：（1）假如要求在800C時(shí)得到一種具有最高的Si02摩爾百分?jǐn)?shù)的熔體，而且只能在Si02中加入一種別的氧化物，那么應(yīng)選擇什么氧化物作外加劑？加入量多少為宜？2說(shuō)明理由。（2）為什么石英的熔融溫度比方石英的熔融溫度低？第五章答案1略。2何謂表面張力和表面能？在固態(tài)和液態(tài)這兩者有何差別？解：表面張力：垂直作用在單位長(zhǎng)度線段上

46、的表面緊縮力或?qū)⑽矬w表面增大一個(gè)單位所需作的功；。二力/總長(zhǎng)度（N/m）表面能：恒溫、恒壓、恒組成情況下，可逆地增加物系表面積須對(duì)物質(zhì)所做的非體積功稱為表面能；J/m2=N/m液體：不能承受剪應(yīng)力，外力所做的功表現(xiàn)為表面積的擴(kuò)展，因?yàn)楸砻鎻埩εc表面能數(shù)量是相同的；固體：能承受剪切應(yīng)力，外力的作用表現(xiàn)為表面積的增加和部分的塑性形變，表面張力與表面能不等。豈濤軌輪嫗鍵3在石英玻璃熔體下20cm處形成半徑5X10-8m的氣泡，熔體密度為2200kg/m3，表面張力為0.29N/m，大氣壓力為1.01X105Pa，求形成此氣泡所需最低內(nèi)壓力是多少？偽氫鱧轍解：P(熔體柱靜壓力)=hpg=0.2X220

47、0X9.81=4316.4Pa也尸二綏附加壓力=2X0.29/5X10-8=1.16X107Pa故形成此氣泡所需壓力至少為P=P+AP+P=4316.4+1.16X107+1.01X105=117.04X105Pa1大氣4（1）什么是彎曲表面的附加壓力？其正負(fù)根據(jù)什么劃分？（2）設(shè)表面張力為0.9J/m2,計(jì)算曲率半徑為0.5pm、5um的曲面附加壓力？.銦夾I解：（1）由于表面張力的存在，使彎曲表面上產(chǎn)生一個(gè)附加壓力，如果平面的壓力為P,彎曲表面產(chǎn)生的壓力差為AP,則總壓力為P=P0+P。附加壓力的正負(fù)取決于曲面的曲率,凸面為正，凹面為負(fù)。譽(yù)諶錠試儕.AP=+(2)根據(jù)Laplace公式：可

48、算得P=0.9X(1/0.5+1/5)=1.98X106Pa5什么是吸附和粘附？當(dāng)用焊錫來(lái)焊接銅絲時(shí)，用挫刀除去表面層，可使焊接更加牢固，請(qǐng)解釋這種現(xiàn)象？解：吸附：固體表面力場(chǎng)與被吸附分子發(fā)生的力場(chǎng)相互作用的結(jié)果，發(fā)生在固體表面上，分物理吸附和化學(xué)吸附；粘附：指兩個(gè)發(fā)生接觸的表面之間的吸引，發(fā)生在固液界面上；銅絲放在空氣中，其表面層被吸附膜（氧化膜）所覆蓋，焊錫焊接銅絲時(shí)，只是將吸附膜粘在一起，錫與吸附膜粘附的粘附功小，銼刀除去表面層露出真正銅絲表面（去掉氧化膜），錫與銅相似材料粘附很牢固。6在高溫將某金屬熔于Al2O3片上。（1）若A12O3的表面能估計(jì)為J/m2，此熔融金屬的表2323面能

49、也與之相似，界面能估計(jì)約為0.3J/m2，問(wèn)接觸角是多少？（2）若液相表面能只有Al2O3表面能的一半，而界面能是Al2O3表面張力的2倍，試估計(jì)接觸角的大?。垮H鵬23解：（1）根據(jù)Yong方程:將已知數(shù)據(jù)代入上式=0.7，所以可算得接觸角約為45.6度（2）將已知數(shù)據(jù)代入Yong方程=0.8,可算得接觸角約為36.9度。7在20C及常壓下，將半徑為10-3m的汞分散成半徑為10-m的小汞滴，求此過(guò)程所需作的功是多少？已知20C時(shí)汞的表面張力0.47N/m。驥擯幟褸絳粵。解：此過(guò)程所需作的功應(yīng)等于系統(tǒng)表面能的增加，即=59w8在2080C的A12O3（L）內(nèi)有一半徑為10-迎的小氣泡,求該氣泡

50、所受的附加壓力是多大?23已知2080C時(shí)A10（L）的表面張力為0.700N/m。23解：根據(jù)公式r，可算得厶P=2X0.7/10-s=1.4X10sN920C時(shí)苯的表面張力為0.0289N/m，其飽和蒸氣壓為10013Pa，若在20C時(shí)將苯分散成半徑為10-6m的小滴，計(jì)算：（1）苯滴上的附加壓力；（2）苯滴上的蒸氣壓與平面上苯液飽和蒸氣壓之比。鑣圓鯢龐解：（1）根據(jù)公式尹，可算得厶P=2X0.0289/10-6=5.78X104N曲J嚴(yán)T曲尸MKP(2)根據(jù)開(kāi)爾文方程對(duì)RTr，簡(jiǎn)化為&pRT查得苯的密度為879kg/m373x10-3x5.7Sx104hi將已知數(shù)據(jù)代入公式右邊二刃目浜艮

51、引4x2站=0.002=禺苯滴上的蒸氣壓與平面上苯液飽和蒸氣壓之比町=1.0021020C時(shí)，水的飽和蒸氣壓力為2338Pa，密度為998.3kg/m3，表面張力為0.07275N/m,求半徑為10-9m的水滴在20C時(shí)的飽和蒸氣壓為多少？.驏頦.解：根據(jù)公式r，可算得厶P=2X0.07275/10-9=1.455X10sN/m2rPMyTPMAPIn-2In根據(jù)開(kāi)爾文方程堪pRTr，簡(jiǎn)化為尿用左于，將已知條件代入可算得:TP13xWzxl.455xlO8Ln2338998.3x8.314x293=i.077P=6864Pa最后算得半徑為10-9m的水滴在20C時(shí)的飽和蒸氣壓P為6864Pa解

52、：根據(jù)公式11若在101325Pa,100C的水中產(chǎn)生了一個(gè)半徑為10-8m的小氣泡，問(wèn)該小氣泡能否存在并長(zhǎng)大？此時(shí)水的密度為958kg/m3，表面張力為0.0589N/m。遜吳義鰈國(guó)鳩猶騸。，可算得附加壓力為P=2X0.0589/10-8=1.178X107Pa對(duì)于液體中的氣泡，氣泡的壓力為P=PP=1013251.178X107剜，所以不能潤(rùn)濕。16考慮四種聯(lián)接作用：焊接、燒結(jié)、粘附接合和玻璃一金屬的封接，請(qǐng)從原子尺度考慮，解釋這些聯(lián)接作用相互間有何差異？當(dāng)遙暈I解：焊接：兩種或兩種以上材質(zhì)（同種或異種），通過(guò)加熱或加壓或二者并用，來(lái)達(dá)到原子之間的結(jié)合而形成永久性連接的工藝過(guò)程叫焊接焊接時(shí)

53、周圍的條件，包括：母材材質(zhì)、板厚、坡口形狀、接頭形式、拘束狀態(tài)、環(huán)境溫度及濕度、清潔度以及根據(jù)上述諸因素而確定的焊絲（或焊條）種類及直徑、焊接電流、電壓、焊接速度、焊接順序、熔敷方法、運(yùn)槍（或運(yùn)條）方法等。焊件坡口及表面如果有油（油漆）、水、銹等雜質(zhì)，熔入焊縫中會(huì)產(chǎn)生氣孔、夾雜、夾渣、裂紋等缺陷，給焊接接頭帶來(lái)危害和隱患。齏燭罵選燒結(jié):是賦予材料性能的一種高溫處理工藝，原子向接觸點(diǎn)的擴(kuò)散使顆粒間行形成粘結(jié)，進(jìn)一步擴(kuò)散最終填滿各種剩下的孔隙并使材料的致密度提高。是粉末或粉末壓坯加熱到低于其中基本成分的熔點(diǎn)的溫度，然后以一定的方法和速度冷卻到室溫的過(guò)程。燒結(jié)的結(jié)果是粉末顆粒之間發(fā)生粘結(jié)，燒結(jié)體的強(qiáng)

54、度增加，把粉末顆粒的聚集體變成為晶粒的聚結(jié)體，從而獲得所需的物理、機(jī)械性能的制品或材料。低溫預(yù)燒階段:在此階段主要發(fā)生金屬的回復(fù)及吸附氣體和水分的揮發(fā)，壓坯內(nèi)成形劑的分解和排除等。中溫升溫?zé)Y(jié)階段:此階段開(kāi)始出現(xiàn)再結(jié)晶，在顆粒內(nèi)，變形的晶粒得以恢復(fù)，改組為新晶粒，同時(shí)表面的氧化物被還原，顆粒界面形成燒結(jié)頸。高溫保溫完成燒結(jié)階段:此階段中的擴(kuò)散和流動(dòng)充分的進(jìn)行和接近完成，形成大量閉孔，并繼續(xù)縮小，使孔隙尺寸和孔隙總數(shù)有所減少，燒結(jié)體密度明顯增加。粘附現(xiàn)象的本質(zhì)和吸附一樣都是兩種物質(zhì)之間表面力作用的結(jié)果。粘附作用可通過(guò)兩相相對(duì)滑動(dòng)時(shí)的摩擦、固體粉末的聚集和燒結(jié)等現(xiàn)象表現(xiàn)出來(lái)。閡懸贖蘊(yùn)玻璃和金屬的封

55、接，受許多因素的支配。影響封接件最主要的因素有如下四方面：（1）金屬的氧化在玻璃與金屬氣密封接前，通常把金屬適度氧化，健金屬氧化物處于玻璃與金屬之間。這一步驟對(duì)封接是十分必要的，也是玻璃封接的一種微觀調(diào)控手段。金屬的氧化處理，是影響玻璃與金屬封接最重要的因素，其中氧化機(jī)理是探討封接技術(shù)的關(guān)鍵問(wèn)題。錈（2）玻璃和金屬的膨脹系數(shù)玻璃和金屬膨脹系數(shù)的一致性，是形成良好封接的宏觀調(diào)控手段。當(dāng)玻璃熔體與金屬封接時(shí)，處于高溫下的玻璃有足夠的粘滯流動(dòng)性。它一面變形，一面隨著金屬的熱收縮曲線而收縮。然而，隨著溫度的降低，玻璃逐漸失去其流動(dòng)性，以致跟不上金屬的熱收縮而逐漸從金屬的收縮曲線上分離開(kāi)來(lái)。該變化既連續(xù)

56、，又取決于冷卻速率，因而無(wú)法確定哪一點(diǎn)溫度是玻璃從金屬收縮曲線上分出來(lái)的特定溫度。通常為方便起見(jiàn)，用一特定溫度耳來(lái)表示玻M璃固著于金屬時(shí)的狀態(tài)。這就是說(shuō)，當(dāng)TTm，玻璃具有完全的流動(dòng)性，且不產(chǎn)生應(yīng)力。當(dāng)T90不能潤(rùn)濕，陶瓷元件表面披銀，必須先將瓷件表面磨平并拋光，才能提高瓷件與銀層之間的潤(rùn)濕性。19根據(jù)圖5-13和表5-2可知，具有面心立方晶格不同晶面（110）、（100）、（111）上，原子密度不同，試回答，那一個(gè)晶面上固一氣表面能將是最低的？為什么？r5itt.!-了產(chǎn)1-京=9叭卩7十：解：根據(jù)公式表面能，其中3為固體表面能，立為晶格能，為阿弗加德羅常數(shù)，F(xiàn)為1m2表面上的原子數(shù)目。時(shí)和

57、對(duì)分別為表示第i個(gè)沖二1）沖原子在晶體體積內(nèi)和表面上時(shí)，最鄰近的原子的數(shù)目，在面心立方體晶體中在（111）面上為6,在（100）面上為4,在（110）面上為2.將上述數(shù)據(jù)帶入公式，得=0.907則.片譏loo）=人譏111）因而，（111）原子密排面上原子能最低。20試解釋粘土結(jié)構(gòu)水和結(jié)合水（牢固結(jié)合水、松結(jié)合水）、自由水的區(qū)別，分析后兩種水在膠團(tuán)中的作用范圍及其對(duì)工藝性能的影響。訊謾賀鎖廩解：粘土結(jié)構(gòu)水是粘土結(jié)構(gòu)中的水；由于粘土顆粒一般帶負(fù)電，又因水是極性分子，當(dāng)粘土顆粒分散于水中時(shí)，在粘土表面負(fù)電場(chǎng)的作用下，水分子以一定取向分布在粘土顆粒周圍以氫鍵與其表面上的氧和氫氧基結(jié)合，負(fù)電端向外。在

58、第一層水分子的外圍形成一個(gè)負(fù)電表面，因而又吸引第二層水分子。負(fù)電場(chǎng)對(duì)水分子的引力作用，隨著離開(kāi)粘土表面距離的增加而減弱，因此水分子的排列也有定向逐漸過(guò)渡到混亂。靠近內(nèi)層形成的定向排列的水分子層稱為牢固結(jié)合水，圍繞在粘土顆粒周圍，與粘土顆粒形成一個(gè)整體，一起在介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)，其厚度約為3-10個(gè)水分子厚。在牢固結(jié)合水的外圍吸引著一部分定向程度較差的水分子層稱為松結(jié)合水，由于離開(kāi)粘土顆粒表面較遠(yuǎn)，他們之間的結(jié)合力較小。在松結(jié)合水以外的水叫自由水。結(jié)合水的密度大，熱容小，界電常數(shù)小，冰點(diǎn)低等，在物理性質(zhì)上與自由水不同。粘土和水結(jié)合的數(shù)量可以用測(cè)量潤(rùn)飾熱來(lái)判斷。粘土與這三種水結(jié)合的狀態(tài)與數(shù)量將會(huì)影響粘土水

59、系統(tǒng)的工藝性能。在粘土含水量一定的情況下，若結(jié)合水減少，則自由水就多，此時(shí)粘土膠的體積減小，容易移動(dòng)，因而泥漿粘度小，流動(dòng)性好；當(dāng)結(jié)合水量多時(shí)，水膜厚，利于粘土膠粒間的滑動(dòng)，則可塑性好。兒讀閌軒鯀藪|21一個(gè)均勻的懸浮液，粘土濃度為30vol%，薄片狀粘土顆粒尺寸是平均直徑O.lum,厚度0.01um，求顆粒間平均距離是多少個(gè)？詞嗇適籃異鑑驃|解：略。22粘土的很多性能與吸附陽(yáng)離子種類有關(guān)。指出粘土吸附下列不同陽(yáng)離子后的性能變化規(guī)律，（以箭頭表示：小大）H+A13+Ba2+Sr2+Ca2+Mg2+NH4+K+Na+Li+（1）離子交換能力；（2）粘土的Z電位；（3）粘土的結(jié)合水量；（4）泥漿穩(wěn)

60、定性；（5）泥漿流動(dòng)性；（6）泥漿觸變性；（7）泥團(tuán)可塑性；（8）泥漿濾水性；（9）泥漿澆注時(shí)間（10）坯體形成速率觸癘鈄解：（1）離子交換能力：Li+Na+K+NH4+Mg2+Ca2+*A13+H+粘土的Z電位：H+Ba2+Sr2+Ca2+Mg2+NH4+TOC o 1-5 h zK+Na+Al3+Li+粘土的結(jié)合水量：NH4+*AH+Ba2+*Sr2+Ca2+Mg2+*K+*Na+*Li+*H+泥漿穩(wěn)定性：H+A13+卜Ba2+Sr2+*Ca2+卜Mg2+NH4+K+*Na+*Li+泥漿流動(dòng)性：H+A13+Ba2+Sr2+Ca2+Mg2+NH4+K+*Na+*Li+泥漿觸變性：H+Li+N