第一章晶体结构基础
1-1 定义下述术语，并注意它们之间的联系和区别：
晶系；点群；空间群；平移群；空间点阵
1-2 简述晶体的均一性、各向异性、对称性三者的相互关系。
1-3 列表说明七个晶系的对称特点及晶体定向规则。
1-4 四方晶系晶体a＝b，c＝1/2a。一晶面在X、Y．Z轴上的截距分别为2a, 3b 和6c。给出该晶面的密勒指数。
1-5 在立方晶系中画出下列晶面：a）（001）b）（110）c）（111）
1-6 在上题所画的晶面上分别标明下列晶向：a(210) b(111) c(101)
1-7 立方晶系组成{111}单形的各晶面构成一个八面体，请给出所有这些晶面的密勒指数。
1-8 试在完整的六方晶系晶胞上画出（1012）晶面的交线及〔1120〕〔2113〕晶向，并列出{1012}晶面族中所有晶面的密勒指数。
1-9 a≠b≠c α=β=γ=90℃的晶体属什么晶系？
a≠b≠c α≠β≠γ≠90℃的晶体属什么晶系？
你能否据此确定这二种晶体的布拉维点阵？
1-10 下图示正交面心格子中去掉上下底心后的结点排列情况。以图中的形状在三维空间无限重复，能否形成一空间点阵？为什么？
1 –11 图示单斜格子的(010)面上的结点排布。试从中选出单位平行六面体中的a和c。
1 –1
2 为什么等轴晶系有原始、面心、体心而无底心格子？
1 –13 为什么在单斜晶系的布拉维格子中有底心C格子而无底心B格子？
1-14 试从立方面心格子中划分出一三方菱面体格子，并给出其晶格常数。说明为什么造选取单位平行六面体时不选后者而选前者？
1 –15 写出立方面心格子的单位平行六面体上所有结点的座标，注明其中哪些属于基本点。
1 –16 给出(111)面和（111）面交棱的晶棱符号。
1 –17 试证（123）(112)和(110)诸晶面属于同一晶带，并给出其晶带符号。
1-18 证明立方晶系〔111〕晶向垂直于（111）晶面。
1-19 试求与立方晶系（326）面垂直的晶向。’
1-20 试解立方晶系中（21的与（130）晶向之间的夹角。
1-21 已知某晶体具有四方格子，晶格常数a=b=5.8A，c=3,2A。证明该晶体中（201）方向不垂直于（201）面。
1-22 计算上述四方晶体中（201）晶向与（203）晶向之间的夹角。
1-23 金刚石单胞结构如图。试指出其所属晶系，晶格类型，点群和空间群。
1-24已知具有光学活性的晶体必定没有对称面和和对称中心。问属于空间群P21/c,，P41212和P312的晶体中哪些可能具有光学活性？
1-25具有热一电性质的晶体必须没有对称中心．问属干空何群C2和C2／c的晶体何者可能呈现热一电效应？
1-25 (a) 半径为R的球，相互接触排列成体心立方(bcc)结构，计算能填入其间隙中的最大球半径r。体心立方结构晶胞中最大的间隙，其坐标为（0、1/2、1/4）。
(b) 对于位于（0、1/2、1/2）的间隙，重复（a）的计算。
（c）若为面心立方（fcc）结构，求其八面体和四面体间隙的半径及其中心位置座标。
1-26 证明：对于－个密排面中的每个原子，在两个密排面之间有两个四面体空隙和一个八面体空隙。
1-27 根据原子半径R以及根据晶胞常数计算面心立方晶胞、理想六方晶胞、体心立方晶胞的体积。
1-28 有一个面心立方密堆（fcc）结构的晶体，它的密度是8.94 g/cm3。计算其晶格常数和原子间距。
1-29（a）证明六方密堆（hcp）结构晶胞的理想轴比c/a 为（8/3）1/2＝1.633
(b) 说明为什么非理想六方密堆结构(sc/a≠1.633)晶胞中，原子没有单一的半径。（提示：把密堆面上的原子间距与相邻密排面之间的原子间距进行比较。）1-30（a）对于具有面心立方结构和体心立方结构的同质多晶性质的原子晶体，
根据面心立方结构的原子半径计算，转变成体心立方结构时的原子半径。假定晶体的体积不变。
(b)纯铁在912℃由体心立方结构转变成面心立方，晶体体积随之减小1.06%，根据面心立方结构的原子半径计算体心立方结构的原子半径
（c）纯铁在833℃由六方结构转变成体心立方结构，体积随之减小0.55％。其原子半径是增大还是减小？
1-31氯化艳(CsCl)属萤石结构，如果Cs＋离子半径为0.170n m, Cl－离子半径为0.181nm，计算球状离子所占据的空间分数（堆积系数）矿假设Cs+和Cl－离子沿立方对角线接触。
1-32 （a）MgO具有NaCl结构。根据O2－半径为0.140nm 和Mg2+半径为0.072nm，计算球状离子所占据的空间分数（堆积系数）。
（b）计算MgO的密度。
1-33氧化锂（Li2O）的晶胞结构构成：O2－呈面心立方堆积，Li＋离子占据所有四面体空隙。计算：(a) 晶胞常数；
(b) Li2O的密度；
(c) O2－离子密堆积的结构格子，其空隙所能容纳的最大正离子半径是多大？
(d) 有0.0mol％SrO溶于Li2O中的固溶体的密度。（注：Li+离子半径：
0.74?，O2－离子半径：1.40?）。
1-34面排列密度的定义为：在该面上接触球体所占的面积分数。氧化镁(MgO)具有NaCl结构形式。(a) 画出MgO (111), (110)和（100）晶面上的原子排布图，示出其密排方向；
(b) 计算每种晶面排列的面密度；
(c) 指出四面体和一八面体蛋隙的位置。
1-35临界半径比的定义是：密堆的负离子恰好互相接触，并与中心的正离子也恰好接触的条件下，正离子半径与负离子半径之比。即出现一种形式配位时，正离子与负离子半径比的下限。计算下列各类配位时的临界半径比：（a）立方体配位；（b）八面体配位；(c) 四面体配位；(d)三角形配位。
1-36作为AB2型结构的典型晶体氟化钙(CaF2)属O h5－Fm3 m,其晶胞可以这样构成：以一套Ca原子的立方面心格子作为基体，有二套F一原子的立方面心格子，分别错位1/4[a+b+c]和3/4[a+b+c]穿插配置入基体格子中。
(a) 画出CaF2晶胞，并标明各种原子及其坐标位置。
(b) 离子的配位数是多少？实际配位数与预计配位数相符合否？
（c）比较正、负离子的配位数，存在什么关系？
1-37钙铁矿（CaTiO3）是ABO3型结构的典型，属D2h7一Pmna。它是由Ca原子和Ti原子的正交简单格子各一套，O原子的正交简单格子三套．相互穿插配置组成其结构晶胞。若以Ca原子的格子作为基体，Ti原子的简单格子错位1/2[a+b+c]插入，而三套O原子的格子分别配置于（0 1/2 1/2）（1/2 01/2）（1/2 1/2 0）。
(a) 画出钙铁矿的理想晶胞结构。（提示：单位晶胞中含一个分子CaTiO3）。（b）结构中离子的配位数各为若干？
（c）结构遵守鲍林规则否？
1-38 ThO2具有CaF2结构。Th4＋离子半径为0.100nm，O2－数是否一致？
（a）实际结构中的Th4＋的配位数与预计配位数是否一致？
（b）结构满足鲍林规则否？
1-39锗（Ge）具有金刚石立方结构，但原子间距（键长）为0.245nm。如果小球按这种形式堆积，堆积系数是多少？
1-40砷化稼（GaAs）具有立方ZnS结构，其晶胞可以这样获得：用Ga原子和As原子置换金刚石结构中的原子. 使Ga和As的配位数均为4 。
（a）画出其晶胞结构
（b）计算其单位晶胞的堆积系数。与上题（2－15）比较，说明两者的堆积系数为何不同？
1-41画出矿物绿柱石Be3Al2(SiO3)6的络阴离子团(SiO3)612－的平面图。
1-42在实验电从一种玻璃熔体结晶出片状晶体，经x射线衍射图谱鉴定，它们是单相（只有一种晶体结构），而化学分析结果表明、它具有复杂的化学式：KF·AIF3·BaO·MgO·A12O3·5MgSiO3
请说明：（a）这与滑石、白云母〔钾云母〕或叶蜡石哪一类晶体有关。
（b）这个晶体是在滑石中进行了何种置换而形成的。
1-43给出解释：
(a)(a)层状硅酸盐结构中，有一片八面体配位的A1和一片四面体配位的
Si。在这些结构中Al经常取代Si，但Si从来不会置换A1。（配位
数为6时，S14＋、A13＋和O2－的离子半径分别为0.40?、0.53?和1.40?；
配位数为4时，一离子半径依次为0.26?、0.40?和1.38?）。
(b) 硅酸盐结构由(SiO4)4一共顶联接成链状、环状、层状等结构形式。在磷酸盐(PO4)3一及硫酸盐(SO4)2一中也有相似的四面体，但常常是孤岛状结构。但是，AlPO4却具有与石英（SiO2）类似的结构，为什么？
（c）许多氧化物是以负离子的立方密堆为基础的，而较少以六方密堆为基础，尽管两者的堆积密度是相等的。
1-44 对离子型晶体，位能(J/mol )可以写成
ρ
λπε'02
200)(41
r z e n N r e M N -+-=E
在阳离子一阴离子平衡距离r o 处，离子之间的作用力由下式给出
)(0=-=r dr dE
F
(a) 将表示位能的公式对r 进行微分，并解出n λ,用2
2e M z ／4π0ε, ρ和r o 表示。 (b) 将(a)的答案代入表示位能的公式中，得出晶格能U 0（对于r=r o ），用
02204/πεe M N z ,ρ和r 0表示。
1-45 利用上题（b ）的答案计算NaCl 晶格能。（对于NaCl, M ＝1.748，ρ＝0.033nm,r o =0.0282nm, e ＝1.602×10-19C ）。
(b)MgO 的晶格能是多少？（ MgO 的晶体结构与NaCl 相同；ρ＝0.039nm, r 0=0.210nm ）。
(c) MgO 的熔点为2800℃，NaCl 为801℃。说明这种差别的原因。 1-46 配位数为6时，K 十的半径为1.38?，而氧的离子半径为1.40?,最近一些测量表明在钾硅酸盐玻璃中K-O 半径之和可能为2.40?,你能提出一个可以解释这个情况的推测吗？说明你的推测怎样与离子晶体结构的鲍林规则一致或不一致。 1-47 石墨、云母和高岭石具有相似的结构。说明它们的结构区别及由此引起的性质上的差异。
1-48 画出MgO 的(110)及（111)晶面上的原子排布图，示出其密排方向，指出四面体及八面体间隙位置。
1-49 （a ） 在氧离子立方密堆中，画出适合于阳离子位置的间隙类型及位置，八面体间隙位置数与氧离子数之比为若干？四面体间隙位置数与氧离子数之比又为若干？
(b) 用键强度及鲍林规则来解释，对于获得稳定的结构各需要何种价离子，其中：
1）所有八面体间隙位置均填满， 2）所有四面体间隙位置均填满， 3）填满一半八面体间隙位置， 4）填满一半四面体间隙位置， 并对每一种举出一个例子。
1-50很简明地说明下列名词的含义：类质同晶现象，同质多象现象，多型现象，反结构（如反萤石结构），倒反结构（如反尖晶石结构）。
1-51 Si 和Al 的原子量非常接近（分别为28.09和26.98），但SiO 2及Al 2O 3的密度相差很大（分别为2.65及3.96）。运用晶体结构及鲍林规则说明这一差别。
1-52 （a）计算三重配位时阳离子与阴离子半径比的下限。
(b) 对B3+（r0＝0.20?），O2一（r0=1.40 ?），试预言其配位数。
(c) 通常实验中观察到的是三角配位，试作出解释。
1-53石榴石Mg3A12(SiO4)3和Fe3Al2(SiO4)3是类质同晶体，正如Fe2SiO4和Mg2SiO4的关系一样。它们与Ca3A12(SiO4)3不是同晶型的，而Mg2SiO4或Fe2SiO4均与Ca2SiO4不同晶型。试用离子尺寸和配位数加以解释。按你的说法请分别预言一种本题中未提到的与Mg2SiO4 Ca2SiO4；Mg3A12(SiO4)3和Ca3A12(SiO4)3同晶型的矿物。
第二章 晶 体 结 构 缺 陷
2-1 (a) 在MgO 晶体中，肖特基缺陷的生成能为6 ev ,计算在25℃和1600℃时热缺陷的浓度。
（b ） 如果MgO 晶体中，含有百万分一的Al 2O 3杂质，则在1600℃时，MgO 晶体中是热缺陷占优势还是杂质占优势？说明原因。
2-2 对某晶体的缺陷测定生成能为84千焦／摩尔，计算该晶体在1000K 和1500K 时的缺陷浓度。
2-3 非化学计量化合物Fe x O 中，Fe 3＋/Fe 2＋＝0.1，求Fe x O 中空位浓度及x 值。 2-4 非化学计量缺陷的浓度与周围气氛的性质、压力大小相关，如果增大周围氧气的分压，非化学计量化合物Fe 1－x O 及Zn 1＋x O 的密度将发生怎样的变化？增大？减小？为什么？
2-5 对于刃位错和螺位错，区别其位错线方向、柏氏矢量和位错运动方向。 2-6 图2-1是晶体二维图形，内含有一个正刃型位错和一个负刃型位错。 (a) (a) 围绕两个位错作柏格斯回路，最后得柏氏矢量若干？
(b) (b)
围绕每个位错作柏格斯回路扩其结
果又怎样？
2-7 有两个相同符号的刃位错，在同一滑移面上相遇，它们将排斥抑或吸引？
2-8 在简单立方结构中，在同一滑移面上画出柏格斯矢量相反的两个平行的螺位错。并说明这些位错为什么能够吸引在一起而相互抵消。 2-9
研究在同一水平面上的两个滑移区A 和A'（图2-2）。随着滑移的进展，当ε和ε'点接合
时，两个滑移区开始合并。
（a ） （a ） 指出靠近ε和ε'点的两段刃型件错按照反应式 0)(=-+b b
合并。
提示：对于在ε和ε'点起源的两条位错线，若以进入晶体的方向作为位错线b 的
正向，则柏氏回路给出
εε)()(b b -='
（b ） 说明当两段螺型位错靠近S 和S'点最后合并起来的时候，为什么它们被认为具有相同的（而不是相反的）柏氏矢量。 提示：对这两个位错进行比较时，考虑对无方向的要求。
（c ） 画一个与图2-2相似的图，但表示两个滑移过程的联合相当于位错反应b b b 2=+
2-10 晶界对位错的运动将发生怎样的影响？能预计吗？
2-11 晶界有小角度晶界与大角度晶界之分，大角度晶界能用位错的陈列来描述吗？请解释。
2-12晶格常数等于0.361nm 的面心立方晶体．计算其20的对称倾斜晶界中的位错间距。
2-13 试阐明固溶体、晶格缺陷和非化学计量化合物三者间的异同点。列出简明表格比较。
2-14 在面心立方空间点阵中，面心位置的原子数比立方体顶角位置的原子数多三倍。原子B 溶入原子A 的面心立方晶格中形成置换型固溶体，其成分应该是A 3B 呢还是A 2B ？为什么？
2-15 Al 2O 3在MgO 中将形成有限固溶体，在低共熔温度（1995℃）时，约有18wt ％Al 2O 3溶入MgO ，MgO 单位晶胞减小。试预计下列情况下密度的变化。
(a)A13+为该隙离子， (b) A13＋为置换离子。
2-16 对磁硫铁矿进行化学分析，按分析数据的Fe/S 计算，得出两种可能的成分：Fe 1－∞S 和FeS 1－∞，前者意味着是Fe 空位的缺陷结构，后者是Fe 被置换。设想一种实验方法以确定该矿物究竟属于哪一类成分。
2-17 如果（1）溶剂和溶质原子的原子半径相差超过±15％，（2）两元素的电负性相差超过±0.4％，通常这一对元素不利于形成置换型周溶体，其中前一因素往往起主导作用。
（a ） 仅根据提供的资料（右表）提出哪一对金属大概不会形成连续固溶体： Ta －W ，Pt －Pb ，Co －Ni ，Co －Zn ，Ti －Ta 。
（b ） 参考有关金属手册校核预计的正确性。
2-18 对于MgO 、AI 2O 3和Cr 2O 3，其正、负离子半径比分别为0.47,0.36和0.40。AI 2O 3和Cr 2O 3形成连续固溶体。
（a ）这个结果可能吗？为什么？
（b ）试预计，在MgO －Cr 2O 3系统中的固溶度是有限还是很大的？为什么？
2-19 列出MgO, CaO，Al2O3和TiO2四种氧化物的正离子半径、电负性及晶体结构类型。
（a）按离子大小、离子价、结构类型、电负性以及场强等因素，预计下列各个由氧化物构成的二元系统中，生成固溶体及中间相（化合物的状况：MgO－CaO，MgO－TiO2，MgO－Al2O3、CaO－Al2O3，CaO－TiO2，AI2O3－TiO2。
（b）查阅各个二元系统相图，校核预计结果的正确性。
2-20 计算各个晶体结构中的最大空隙。
（a）萤石（CaF2）结构
（b）金红石(TiO2)结构
（c）钙钛矿(CaTiO3)结构。
2 -21 A原子半径为0.07nm，X原子半径为0.125nm，Y原子半径为0.180nm。A原子分别溶入X原子晶格（面心立方）及Y原子晶格（体心立方）中，均形成填隙型固溶。经X射线分析证实，A原子只进入两种晶格的八面体空隙中，试回答，A原子在哪个原子晶格中溶解得多？（提示：面心立方结构的最大间隙是八面体空隙，体心立方结构的最大间隙是四面体空隙，其八面体空隙半径为0.155r）。
2-22 一块金黄色的人造黄玉，化学分析结果认为，是在Al2O3中添加了0.5mol％NiO和0.02mol％Cr2O3试写出缺陷反应方程（置换型）及化学式。
2-23 ZnO是六方晶系，a=3.242?，c=5.195?，每个晶胞中含2个ZnO分子，
测得晶体密度分别为
5.74,5.606g/cm3,求这两种
情况下各产生什么型式的
固溶体？
2-24 CeO2为萤石结构，
其中加入15mol % CaO形
成固溶体，测得固溶体密
度ρ=6.45g/cm3，晶格参数
a0＝5.417?，问：主要缺陷
形式如何？
2-25 假定空位周围没有
晶格弛豫．如何预测PO2
和T与（a）Fe1-x O，（b）
UO2+x及（c）Zn1+x O的密
度的关系。
2-26 预计1000℃时在ZrO 2掺入12mo1％CaO 的缔合物浓度（H ~30，H 是静态介电常数）
2-27 将晶态固体中发生的结构不完整性列成表格。不必考虑由两个或多个基本缺陷相互作用而引起的二次不完整性如F 中心。在表格中用一句话写出定义，以使教员能估价你对不完整性的理解程度。在第三栏指出该不完整性是否是热力学稳定的。
2-28 估计500℃时1厘米3的 (a) 纯AgBr 和 (b) AgBr+10－4mol ％CdBr 中自由空位，填隙和缔合缺陷的数量。
2-29 估计在金红石TiO 2中Ti
Ti i T e Ti '='+反应的电子结合能（H~100） 2-30 在图2-3的示意数据上迭加非中性缔合曲线（?
M M F V ''）。假定形成阳离子填
隙，
（?
M M F V '
'）缔合的数量将比（t M M V '
'）大吗？ 2-31 试绘出CaF 2中的刃型位错
2-32 在大多数简单氧化物中观察到位错，而且事实上难于制备位错密度小于104/cm 3的晶体。在较复杂的氧化物中，如石榴石（例如钇铝石榴石Y 3Al 5O 12，钆镓石榴石Gd 3Ga 5O 12）却易于制成无位错的单晶。为什么？
第三章 非 晶 态 固 体
3-1 试述石英晶体、石英熔体、Na 2O ·2 SiO 2熔体结构和性质上的区别。如何用实验方法来区分它们？
3-2 已知二元硅酸盐熔体中各种阳离子的K n 值如表3-1所示。试计算当熔体中的SiO 2的摩尔分数分别为0.1，0.2，0.3，0.4时，各级聚合物的负离子分数，并绘制聚合物分布图（n=1,2,3,4）和氧化物活度与N SiO2关系图。 3-3 试证明下面两式相等；
11111111K K Mo n
Mo Mo n αααα?????????????????? ??-+-=
??
???? ??-+?????? ??-+=-Mo Mo n Mo Mo n K K N αααα111)1(1111111 3-4 熔体粘度在727℃时是108泊，在1156℃时是10`泊，在什么温度下它是104泊？（用解之)(/lg K T B A +=η）
3-5 试用0l T T F
E g -+
=η方程式，绘出下列两种熔体在1350~500℃间的粘性曲
T 1~
lg η
4-6 一种熔体在1300℃的粘度是3100泊，在800℃是108泊，在1050℃时其粘度为多少？在此粘度下急冷，是否形成玻璃？
3-7 从以下两种釉式中，，你能否判断两者的熔融温度、粘度、表面张力上的差别？说明理由。
（1）3223
2225.01.23.03.03.02.02.0O B SiO O Al PbO CaO O Na O K ?
?
??
???
（2）
2
3
2
2
0.
10
1.1
6.0
2.0
2.0
SiO
O
Al
CaO
MgO
O
K
?
?
?
?
?
3-8 SiO2熔体的粘度在1000℃时为108泊，在1400℃时为108泊。SiO2玻璃粘滞流动的活化能是多少？上述数据是在恒压下取得，如果在恒容下得到，你预计活化能会不同吗？为什么？
3-9 名词解释（并比较其异同）
（1）玻璃体和熔体
（2）Tg和Tf
（3）玻璃分相和玻璃析晶
（4）亚稳分解与不稳分解
（5）硅酸盐玻璃和硼酸盐玻璃
3-10 试用实验方法鉴别晶体SiO2, SiO2玻璃、硅胶和熔融二氧化硅。并从结构角度来解释这些同质异构体。
3-11 结构上比较硅酸盐晶体与硅酸盐玻璃的区别。
3-12 一种玻璃组成为80wt％SiO2和20wt％Na2O数，试计算非桥氧百分数？3-13 玻璃的组成是13wt％Na2O, 13wt％CaO 和74wt％SiO2,若用纯碱、石灰石和石英砂作原料，用1000公斤石英砂熔制该玻璃，问其它两种原料各需多少公斤？
3-14 玻璃的组成是13wt% Na2O、13wt％CaO和74wt％SiO2,计算非桥氧分数。3-15 淬火玻璃与退火玻璃在结构与性能上有何差异？
试用玻璃结构参数说明两种玻璃高温下粘度的大小？
3-17 已知石英玻璃的密度为2.3g/cm3，假定玻璃中原子尺寸与晶体SiO2相同。试计算玻璃的原子堆积系数（APF）是多少？
3-18 有一种平板玻璃组成为14 Na2O-13CaO-72SiO2,其密度为2.5 g/cm3,计算该玻璃的原子堆积系数（AFP）为多少？
3-19 高硼硅酸盐耐热玻璃的主要组成是96wt% SiO2和4wt%B2O3，原子堆积系数是0.44，计算它的密度？
3-20 正硅酸铅玻璃密度为7.38g/cm3;求这个玻璃中氧的密度为若干？试把它与熔融石英（密度为2.29 g/cm3）中的氧密度比较声试指出铅离子所在位置？
3-21 已发现很多多组分氧化物破璃在50~500?尺度范围内的结构是不均匀的。（a）如何才能探测并观察到这种不均匀性,
（b）试讨论这种玻璃结构的不均匀性与无规则网络结构模型之间的关系。（c）怎样用液－液不相溶性来解释这种不均匀结构？试给出一个假设的温度－组成图和在几种温度的自由焓－组成图。
3-22 （a）假如要求在800℃时得到一种具有最高的SiO2摩尔百分比的熔体，而且只能在二氧化硅中加入一种别的氧化物，那么应选择什么氧化物作外加剂？说明理由。
（b）为什么石英的熔融温度比方石英的熔融温度低？
3-23 网络变性体（如Na2O）加到石英玻璃中，使氧硅比增加。实验观察到当O/Si=2.5~3时，即达到形成玻璃的极限。根据结构解释，为什么2 3-25 如何确定某一玻璃为防止析晶所必须的冷却速率？试写出计算或作图的步骤。 3-26 在近代的地质构造中发现一种玻璃，含有较高的SiO2(7 0＋%)和Al2O3(11.5+%)碱金属氧化物（Na2O和K2O）是少量的组分(5%)，碱土金属氧化物也很少(MgO+CaO=2%)。在加热到大约900℃以上有10%的重量损失，失重有关的挥发性组份是水。该玻璃在850℃有一种反常且不可逆的软化性质，到950~1100℃变硬,而后到1150℃左右又变软。冷却时，只在1150℃有一个假想（fictive）温度范围，此温度范围与大多数工业玻璃相似，但较高。试对850℃左右出现的不可逆软化进行解释。现将钠钙玻璃的组成给出，以供参考：72%SiO2，1%Al2O3，9%CaO，4%MgO，13%Na2O，1%K2O。 3-27 （a）什么是玻璃的假想温度？ （b）为什么在假想温度以上玻璃的膨胀系数更接近于液体，而在假想温度以下更接近于晶体？ （c）试指出在二氧化硅中加入Na2O，假想温度合发生怎样的变化？加入NaF 呢？ 3-28 典型的钠钙硅窗玻璃的组成是____%Na2O,____%CaO,____%SiO2。 3-29 按照下列元素在形成氧化物玻璃中的作用，把它们区分为网络改变体，中间体或网络形成体(玻璃形成体)：Si，Na，B，Ca，Al，P，K，Ba。 第四章材料的表面与界面 4-1 什么叫表面张力和表面能？在固态下和液态下这两者有何差别？ 4-2 在晶体中，不同的结晶面上，表面上原子的密度住往是不一样的（见无机 材料物理化学表6-1）。你认为原子密度大的晶面的表面能大呢？还是密度小的大？试解释之。 4-3 一般说来，同一种物质，其固体的表面能要比液体的表面能大，试说明原 因。 4-4 什么叫吸附、粘附？当用焊锡来焊接铜丝时，手用挫刀除去表面层，可使焊接更加牢固，请解释这种现象。 4-5 为什么在实际晶体中，不存在理想晶体所设想的完整平面？至少也会有相 当于螺形位错的柏氏矢量大小的台阶。 4-6 试说明晶界能总小于两个相邻晶粒的表面能之和的原因。 4-7 （a）什么叫弯曲表面的附加压力：其正负根据什么划分？ μ的曲面附加压力？（b）设表面张力为900尔格／厘米2，计算曲率半径为0.5m 4-8 真空中Al2O3的表面张力约为900尔格／厘米2，液态铁的表面张力为1720 尔格/厘米2，同样条件下，界面张力（液态铁－氧化铝）约为2300尔格/厘米2。问接触角有多大？液态铁能否润湿氧化铝？ 4-9 表面张力为500尔格/厘米2的某液态硅酸盐与某种多晶氧化物表面相接触， 接触角θ=450；若与此氧化物混合，则在三晶粒交界处，形成液态小球，二面角ψ平均为900，假如没有液态硅酸盐时，氧化物－氧化物界面的界面张力为1000达因/厘米，试计算氧化物的表面张力。 4-10 MgO－Al2O3－SiO2系统的低共熔物，放在Si3N4脚瓷片上，在低共熔温度 下，液相的表面张力为900尔格/厘米2，液体与固体的界面能为600尔格/厘米2， 测得接触角为70.520。 （1）求Si3N4的表面张力。 （2）把Si3N4在低共熔温度下进行热处理，测得其腐蚀的槽角为123.750，求Si3N4晶界能。 （3）如果把20％的低共熔物与Si3N4粉末混合， 加热到低共熔温度下，试画出低共熔物与Si3N4 混合组成的陶瓷显徽结构示意图。 4-11 某陶瓷的晶粒内有一球形的第二相，当它 迁移到晶界时，形成如图5-11所示的双球冠形。 ρ,球冠之底 两面角势为1200，球冠之球半径为αβ 2。请说明第二相在晶粒内呈球形时稳 园直径为ρ 定，还是在晶界上呈双球冠形稳定？如果第二相在晶界上呈薄膜状，情况又如何呢？ 4-12 下列数据为铁的表面张力和组成的关系：从这些涉及表面过剩量的数据中 4-13 在小角度晶界一L测得位错腐蚀坑的阿距为平均6,87微米丫飞践衍射表明晶界间角为30秒（弧度），问柏氏矢量的长度是多少？注：1秒＝0.000280。4-14 已经确定，在距刃型位错20?的某点剪应力为某一定值S。经此点的某一直线与材料的滑移面成300角, （a）以S来表示离位错100?处的剪应力。 （b）离位错100?处的最大张应力是多少? 4-15 氟化锂晶体经多边形化、抛光和腐蚀后，观察到沿某一直线的位错腐蚀坑的间距为10微米，在外加剪应力作用下观察到小角度晶界垂直于晶界平面移动，为什么会发生这种现象？若柏氏矢量为2.83?，穿过晶界的倾斜角是多少？ 4-16 在高温将某金属熔于Al2O3片上。 （a）若Al2O3的表面能估计为1000尔格/厘米2，此熔融金属的表面能也与之相似，界面能估计约为300尔格/厘米2，问接触角是多少？ （b）若液相表面能只有Al2O3表面能的一半，而界面能是Al2O3表面张力的两倍，试估计接触角的大小？ （c）在（a）所述条件下，混合30％金属粉末与Al2O3成为金属陶瓷，并加热到此金属熔点以上。试描述并作图示出金属与Al2O3之间的显徽结构。 4-17 在0℃时冰－水体系的固－液界面能为28尔格/厘米2，晶界能为70尔格/厘米2，液相表面能为76尔格/厘米2，并且液态水能完全润湿冰的表面。 （a）估计冰在空气中及冰在水下的晶界腐蚀角。 （b）酒精加入液相中，则观察到固－液界面能降低。若要使晶界腐蚀角降低到零度，需使界面能降低到什么程度？ （c）怎样比较冰与（a）SiO2（固相）－硅酸盐液及（b）MgO（固相）－硅酸盐液体系的晶界腐蚀？解释如何和为什么后面两个体系相异或相同。 4-18 一个B在A中的稀溶液析晶时给出四方晶体。在能发生气相传质条件下久后，晶体形成平行六面体，其晶面分别垂直于C轴和a轴。当B的摩尔分数 为0.05时，C 轴方向与a 轴方向的轴比为1.76，而当摩尔分数为0.07时，轴比为1.78。试计算a 面和C 面的表面张力之比，并指出那一个晶面B 原子密度相对地较高。 4-19 半径为R ，密度为ρ的一个固体园球支承着另一个园球，其间有液体作桥。液相完全润湿固相，并且液相表面所受重力作用可以忽略不计。试建立一个式子，用给定的物理和几何参数来表示摆动液环的蒸气压。可以认为液体的表面是一个园弧。令温度T 时横过平坦表面液相蒸气压为P 0。 4-20 反应堆中的辐照使某一金属内产生填隙He 。退火时，He 形成气泡，它使金属膨胀并使金属密度降低到原值的0.9。将此金属溶解于酸，则每立方厘米的金属产生3.05厘米3He 气（在标准温度和压力下的气体体积）。显徽镜观察表明气泡尺寸均匀，其半径约为1微米。试算出此金属的表面能数值。此值合理否？如何判断此值是否为平衡值？ 4-21 测定了含有一个固态氧化物、一个固态硫化物和一个液态硅酸盐的显微结构，有以下的两面角： （a ）两个硫化物颗粒之间的氧化物1120， （b ）两千氧化物颗粒之间的硫化物1000, （c ）一个氧化物和一个硫化物之间的液体是700， 假如氧化物与氧化物界面能是900 erg/cm 2，其它界面能是多少？ 4-22 1克石英当它粉碎（在湿空气中）成每颗粒直径为1m μ的粉末时重量增加至1.02克，它的吸附水膜厚度为多少？（石英密度是2.65g/cm 3）。 4-23 具有面心立方晶格的晶体，其(110)、 (100)、(111)面上表面密度分别为0.555；0.785；0.907，试回答那一个晶面上固－气表面能将是最低的，为什么？ 4-24 常见的流动类型有哪儿种，各有何特点。 4-25 试述粘土带电原因及粘土电荷对粘土－水系统工艺性质的影响。 4-26 扩试解释粘卫结构水、结合水（牢固结合水、松结合水）、自由永的区别，分析后两种水在胶团中的作用范围及其对工艺性能的影响。 4-27假如高岭石薄片的四面体上，每个裸露的氧上吸附着一个水分了，试问高岭石将增加多少重量？ 4-28 假定边长为0.0001cm 的NaCl 正六面体上，每个表面钠离子有一个（OH -）的吸附位置，试问每克NaCl 能吸附多乡个（OH -）离子? 4-29 粘土的很多性能与吸附阳离子种类有关，指出粘土吸附下列不同阳离子后 的性能变化大小规律（以箭头表示 ???←小 大） H + Al 3+ Ba 2+ Sr 2＋ Ca 2＋Mg 2＋ NH 3+ K + Na + Li + （1）离子置换能力； （2）粘土的δ-电位； （3）粘土的结合水； （4）泥浆的流动性； （5）泥浆的稳定性； （6）泥浆的触变性； （7）泥团的可塑性； （8）泥浆的滤水性； （9）泥浆的浇注时间； 4-30 若粘土粒子是片状的方形粒子，长度分别是10、1、0.1m μ，长度是其厚度的10倍。试求粘土颗粒平均距离是在吸力范围20?时，粘土的体积浓度。 4-31 若粘土颗粒尺寸为（a ）1m μ：（b ）0.1m μ；（c ）0.01m μ，每个颗粒的吸附层厚度为100?，试求粘土颗粒在悬浮液中最大的体积分数是多少？（假定粘土视作立方体）。 4-32 有两种矿物组成均为高岭石的粘土，一种呈紫褐色，可塑性强，C 、E 、C 约为30毫克当量/百克土；另一种色洁白、塑性差、C 、E 、C 约为5毫克当量/百克土。如分别用它们配制泥浆，为获得流动性好的稳定泥浆，用单一电解质还是用复合电解质稀释效果好？两种泥浆如获得相同的粘度，电解质加入量何者多，为什么？ 4-33 用Na 2CO 3和Na 2SiO 3分别稀释同一种粘土泥浆，试比较电解质加入量相同时，两种泥浆的流动性、注浆速率、触变性和坯体致密度？ 4-34 试分析影响泥浆流动性和触变性的诸因素。 4-35 在注浆成型的泥浆中常搭配一些回坯泥（回坯泥中含少量石膏屑），结果使泥浆变稠，欲降低泥浆粘度应采取什么措施？ 4-36 影响粘土可塑性的因素有哪些？生产上可以采取什么措施来提高或降低粘土的可塑性以满足成型工艺的需要？ 4-37 高岭薄片的平均直径为0.9m μ,厚度为0.1m μ、在其板面上吸附层厚度为30?，在边面上是200?。试求由于吸附而使颗粒增加的有效体积百分数是多少？ 4-38 一个均匀的悬浮液，粘土浓度为30体积％，一薄片状粘上颗粒尺寸是平均直径0.1m μ，厚度0.01m μ,求颗粒间平均距离是多少？ 4-39 粘土薄片平均“直径”为0.5m μ,厚度是100?，已知真比重为2.6克/厘米 3 ，求粘土的表面积（以厘米2/克表示）。 4-40 如4-16题的粘土在100℃下干燥，仅能除去所有在题粒间与气孔中的水分，尚留下吸附水。如果再加热至200℃，每100克“再干燥”的粘土蒸发出2.4克吸附水。试求每个吸附的水分子有多少?2？ 4-41 试说明粘土的细度、有机质含量、结晶良好程度对粘土C、E、C值的影响。 第五章 相 图 5-1 下图5-1示钙长石（CaA12Si 2O 8）的一元系统相图．请回答： （1）六方和正交钙长石的熔点各约为多少？ （2）三斜与六方晶型的转变是可逆的还是不可逆的？ （3）正交晶型是热力学稳定态，还是介稳态？ 5-2 某种物质具有三种晶态α、β和γ，在α、β、γ的三相点附近的它们的熵S 和比容V 的大小顺序是：S α>S β>S γ,V α>V β>V γ. 试画示该物质在兰相点附近的P-T 图。 5-3 对于二元凝聚系统，在三相平衡时（即系统处于无变点温度下）能否应用杠杆规则？为什么？ 5-4 为了避免差热曲线的基线出现较大漂移, 有人采取的措施是将试样和标准样品等重称量，有人则是按照试样和标准样品的比热大小，采取等热容的原则分别称量试样和标准样品。哪一种措施是对的？为什么？ 5-5 绘出在低共熔点以上有多晶转变的二元系统（图5-5）的不同组成试样的冷却曲线，并在冷却曲线的不同阶段标明系统中所存在的平衡各相。 5-6具有一个不一致熔融化合物的二元系统（图5-6），在低共熔点E 发生如下析晶过程： n m B A A L +? E 点B 会量为20％。化合物A m B n 。含B 量为64％。今有C 1和C 2二种配料，其配料点分置E 点两侧。已知C 1含量是C 2中B 量的1.5倍，且在达低共熔温度前的冷却 5-7 析晶过程中，从该二配料中析出的初晶相含量相等。试计算C 1和C 2的组 成。今通过实验测得如图5-7所示各相图。试判断这些实验结果的正确性。是错的， 指出错误所在，说明理由。 5-8 图5-8示意地表示出生成一个不一致熔化合物A m B n ，和形成固溶体)(A B S 的二元系统，请完成此相图的草图。 5-9 已知A 和B 两组份构成具有低共熔点的有限固溶体二元系统。试根据下列实验数据绘制概略相图：A 的熔点为1000℃，B 的熔点为700℃。含B25％的试 样在500℃完全凝固，其中含3173％初相)(B A S 和3226 ％)()(A B B A S S +共生体。含)(B A S 写的试样在同一温度下凝固完毕，其中含40％初相)(B A S 和60％)()(A B B A S S +共生体，而)(B A S 相总量占晶相总量的50％。实验数据均在达到平衡时态时测。5-10 参阅图5-6,请用蓝线标出熔体M 冷却结晶过程中液相状态点的变化途径。用红线标出周相状态点的变化途径。说明结晶过程备阶段系统所发生的相变化。 5-11 在三元系统的浓度三角形上画出下列配料的组成点，．并注意其变化规律。 （1）A=10％，B=70％，C=20％ （2）A=10％，B=20％，C=70％ （3）A=70％，B=20％，C=10％ 今有配料（1）3公斤，配料（2）2公斤，配料（3）5公斤，若将此毛配料混合加热至完全熔融，试依据杠杆规则用作图方法求熔体的组成。 5-12 试完成图5-12上配料点1，2，3的结晶路程（表明液、固相组成点的变化及结晶过程各阶段系统中发生的相变化）。 5-13 图5-13示生成二个三元化合物的三元相图。 1、熔体的概念:不同聚合程度的各种聚合物的混合物 硅酸盐熔体的粘度与组成的关系(决定硅酸盐熔体粘度大小的主要因素就是硅氧四面体网络连接程度) 在熔体中加入LiO2、Na2O 、K2O 与BaO 、PbO 等,随加入量增加,粘度显著下降。 在含碱金属的硅酸盐熔体中,当Al2O3/Na2O ≤1时,用Al2O3代替SiO2可以起“补网”作用,从而提高粘度。一般加入Al2O3、SiO2与ZrO2有类似的效果。 流动度为粘度的倒数,Φ＝ 粘度的理论解释:绝对速度理论η＝η０exp(ΔE/kT) 自由体积理论η＝B exp ［ ］＝Ａexp( ) 过剩熵理论η ＝ Cexp ［ ＝ Cexp( ) 2、非晶态物质的特点 :近程有序,远程无序 3、玻璃的通性 (1)各向同性(若有应力,为各向异性) (2)介稳性 (3)熔融态向玻璃态转化的可逆与渐变性 (4)、熔融态向玻璃态转化时其物化性质随温度变化的连续性 4、 Tg 、Tf , 相对应的粘度与特点 钠钙硅酸盐熔体粘度与温度关系表明:熔融温度范围内,粘度为50~500dPa·s 。工作温度范围粘度较高,约103~107dPa·s 。退火温度范围粘度更高,约1012、5~1013、5 dPa·s 。 Tg-脆性温度、退火温度,Tf-软化温度、可拉丝的最低温度 5、 单键强度 > 335 kJ/mol(或80 kcal/mol)的氧化物——网络形成体。 单键强度 < 250 kJ/mol(或60 kcal/mol)的氧化物——网络变性体。 在250～335 kJ/mol 为——中间体,其作用介于玻璃的网络形成体与网络变性体之间。 6、玻璃形成的热力学观点: 熔体就是物质在TM 以上存在的一种高能状态。据随温度降低,熔体释放能量大小不同,冷却途径分为结晶化,玻璃化,分相 ΔGv 越大析晶动力越大,越不容易形成玻璃。 ΔGv 越小析晶动力越小,越容易形成玻璃。 玻璃形成的动力学观点: 过冷度增大,熔体质点动能降低,有利于质点相互吸引而聚结与吸附在晶核表面,有利于成核。 过冷度增大,熔体粘度增加,使质点移动困难,难于从熔体中扩散到晶核表面,不利于晶核长大。 过冷度与成核速率Iv 与晶体生长速率u 必有一个极值。 玻璃形成的结晶化学观点: (1)、键强(孙光汉理论) 熔点低的氧化物易于形成玻璃 (2)、键型 三种纯键型在一定条件下都不能形成玻璃。 )(00T T KV -α0T T B -)(0T T C D P -?0T T B -η1 1螺位错：柏格斯矢量与位错线平行的位错。 2同质多晶：同一化学组成在不同热力学条件下形成结构不同的晶体的现象。 3晶胞：指晶体结构中的平行六面体单位，其形状大小与对应的空间格子中的单位平行六面体一致。 4肖特基缺陷：如果正常格点上的原子，热起伏过程中获得能量离开平衡位置，迁移到晶体的表面，在晶格内正常格点上留下空位，即为肖特基缺陷。肖特基缺陷：如果正常格点上的原子，热起伏过程中获得能量离开平衡位置，迁移到晶体的表面，在晶格内正常格点上留下空位，即为肖特基缺陷。 5聚合：由分化过程产生的低聚合物，相互作用，形成级次较高的聚合物，同时释放出部分Na2O，这个过程称为缩聚，也即聚合。 6非均匀成核：借助于表面、界面、微粒裂纹、器壁以及各种催化位置而形成晶核的过程。7稳定扩散：扩散质点浓度分布不随时间变化。 8玻璃分相：一个均匀的玻璃相在一定的温度和组成范围内有可能分成两个互不溶解或部分溶解的玻璃相(或液相)，并相互共存的现象称为玻璃的分相(或称液相不混溶现象)。 9不一致熔融化合物：是一种不稳定的化合物。加热这种化合物到某一温度便发生分解，分解产物是一种液相和一种晶相，两者组成与化合物组成皆不相同，故称不一致熔融化合物。10晶粒生长：无应变的材料在热处理时，平均晶粒尺寸在不改变其分布的情况下，连续增大的过程。 11非本征扩散：受固溶引入的杂质离子的电价和浓度等外界因素所控制的扩散。或由不等价杂质离子取代造成晶格空位，由此而引起的质点迁移。（2.5）本征扩散：空位来源于晶体结构中本征热缺陷，由此而引起的质点迁移。 12稳定扩散：若扩散物质在扩散层dx内各处的浓度不随时间而变化，即dc/dt=0。不稳定扩散：扩散物质在扩散层dx内的浓度随时间而变化，即dc/dt≠0。这种扩散称为不稳定扩散。（2.5分） （2.5分） 13可塑性：粘土与适当比例的水混合均匀制成泥团，该泥团受到高于某一个数值剪应力作用后，可以塑造成任何形状，当去除应力泥团能保持其形状，这种性质称为可塑性。（2.5晶胞参数：表示晶胞的形状和大小可用六个参数即三条边棱的长度a、b、c和三条边棱的夹角α、β、γ即为晶胞参数。 14一级相变：体系由一相变为另一相时，如两相的化学势相等但化学势的一级偏微商(一级导数)不相等的称为一级相变。 15二次再结晶：是液相独立析晶：是在转熔过程中发生的，由于冷却速度较快，被回收的晶相有可能会被新析出的固相包裹起来，使转熔过程不能继续进行，从而使液相进行另一个单独的析晶过程，就是液相独立析晶。（2.5） 16泰曼温度：反应物开始呈现显著扩散作用的温度。（2.5） 17晶子假说：苏联学者列别捷夫提出晶子假说，他认为玻璃是高分散晶体（晶子）的结合体，硅酸盐玻璃的晶子的化学性质取决于玻璃的化学组成，玻璃的结构特征为微不均匀性和近程有序性。无规则网络假说：凡是成为玻璃态的物质和相应的晶体结构一样，也是由一个三度空间网络所构成。这种网络是由离子多面体（三角体或四面体）构筑起来的。晶体结构网是由多面体无数次有规律重复构成，而玻璃中结构多面体的重复没有规律性。 18正尖晶石；二价阳离子分布在1／8四面体空隙中，三价阳离子分布在l／2八面体空隙的尖晶石。 19液相独立析晶：是在转熔过程中发生的，由于冷却速度较快，被回收的晶相有可能会被 第一章晶体几何基础 1-1 解释概念： 等同点：晶体结构中，在同一取向上几何环境和物质环境皆相同的点。 空间点阵：概括地表示晶体结构中等同点排列规律的几何图形。 结点：空间点阵中的点称为结点。 晶体：内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体。 对称：物体相同部分作有规律的重复。 对称型：晶体结构中所有点对称要素（对称面、对称中心、对称轴和旋转反伸轴）的集合为对称型，也称点群。 晶类：将对称型相同的晶体归为一类，称为晶类。 晶体定向：为了用数字表示晶体中点、线、面的相对位置，在晶体中引入一个坐标系统的过程。 空间群：是指一个晶体结构中所有对称要素的集合。 布拉菲格子：是指法国学者 A.布拉菲根据晶体结构的最高点群和平移群对称及空间格子的平行六面体原则，将所有晶体结构的空间点阵划分成14种类型的空间格子。 晶胞：能够反应晶体结构特征的最小单位。 晶胞参数：表示晶胞的形状和大小的6个参数（a、b、c、α 、β、γ ）. 1-2 晶体结构的两个基本特征是什么？哪种几何图形可表示晶体的基本特征？ 解答：⑴晶体结构的基本特征： ①晶体是内部质点在三维空间作周期性重复排列的固体。 ②晶体的内部质点呈对称分布，即晶体具有对称性。 ⑵14种布拉菲格子的平行六面体单位格子可以表示晶体的基本特征。 1-3 晶体中有哪些对称要素，用国际符号表示。 解答：对称面—m，对称中心—1，n次对称轴—n，n次旋转反伸轴—n 螺旋轴—ns ，滑移面—a、b、c、d 1-5 一个四方晶系的晶面，其上的截距分别为3a、4a、6c，求该晶面的晶面指数。 解答：在X、Y、Z轴上的截距系数：3、4、6。 截距系数的倒数比为：1/3:1/4:1/6=4:3:2 晶面指数为：（432） 补充：晶体的基本性质是什么？与其内部结构有什么关系？ 解答：①自限性：晶体的多面体形态是其格子构造在外形上的反映。 ②均一性和异向性：均一性是由于内部质点周期性重复排列，晶体中的任何一部分在结构上是相同的。异向性是由于同一晶体中的不同方向上，质点排列一般是不同的，因而表现出不同的性质。 ③对称性：是由于晶体内部质点排列的对称。 ④最小内能和最大稳定性：在相同的热力学条件下，较之同种化学成分的气体、液体及非晶质体，晶体的内能最小。这是规则排列质点间的引力和斥力达到平衡的原因。 晶体的稳定性是指对于化学组成相同，但处于不同物态下的物体而言，晶体最为稳定。自然界的非晶质体自发向晶体转变，但晶体不可能自发地转变为其他物态。 2-1 名词解释（a ）弗伦克尔缺陷与肖特基缺陷；（b ）刃型位错和螺型位错 （c ）类质同象与同质多晶 解：（a ）当晶体热振动时，一些能量足够大的原子离开平衡位置而挤到晶格点的间隙中，形成间隙原子，而原来位置上形成空位，这种缺陷称为弗伦克尔缺陷。如果正常格点上原子，热起伏后获得能量离开平衡位置，跃迁到晶体的表面，在原正常格点上留下空位，这种缺陷称为肖特基缺陷。（b ）滑移方向与位错线垂直的位错称为刃型位错。位错线与滑移方向相互平行的位错称为螺型位错。（c ）类质同象：物质结晶时，其晶体结构中部分原有的离子或原子位置被性质相似的其它离子或原子所占有，共同组成均匀的、呈单一相的晶体，不引起键性和晶体结构变化的现象。同质多晶：同一化学组成在不同热力学条件下形成结构不同的晶体的现象。 2-6（1）在CaF 2晶体中，弗仑克尔缺陷形成能为2.8eV ，肖特基缺陷的生成能为5.5eV ，计算在25℃和1600℃时热缺陷的浓度？（k ＝1.38×10－23J/K ） （2）如果CaF 2晶体中，含有百万分之一的YF 3杂质，则在1600℃时，CaF 2晶体中时热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势？说明原因。 解：（1）弗仑克尔缺陷形成能为2.8eV ，小于肖特基缺陷形成能5.5eV ，所以CaF 2晶体中主要是弗仑克尔缺陷，肖特基缺陷可忽略不计。-----------1分 当T ＝25℃＝298K 时，热缺陷浓度为： 242319298 1006.2)2981038.1210602.18.2exp()2exp(---?=?????-=?-=??? ??kT G N n f ----2分 当T ＝1600℃＝1873K 时，热缺陷浓度为： 423191873 107.1)18731038.1210602.18.2exp()2exp(---?=?????-=?-=??? ??kT G N n f -----2分 （2）CaF 2中含百万分之一（10－ 6）的YF 3时的杂质缺陷反应为： Ca F Ca CaF V F Y YF ''++??→??62223 由此可知：[YF3]=2[Ca V '']，所以当加入10－ 6YF3时，杂质缺陷的浓度为： 73105][2 1][-?==''YF V Ca 杂--------------------1分 此时，在1600℃下的热缺陷计算为： Ca i Ca V Ca Ca ''+→?? x x ＋5×10－ 7 则：8241089.2)107.1()exp(][]][[--???=?=?-==''kT G k Ca V Ca f Ca Ca i 即：871089.21 )105(--?=?+x x ，x ≈8.1×10－4 热缺陷浓度： 4101.8][-?=≈''x V Ca 热------------------1分 第九章习题与答案 一、判断正误 1、烧结中始终可以只有一相是固态。（对） 2、液相烧结与固相烧结的推动力都是表面能。（对） 3、二次再结晶对坯体致密化有利。（错） 4、扩散传质中压应力区空位浓度<无应力区空位浓度<张应力区空位浓度。（对） 5、晶粒长大源于小晶体的相互粘结。（错） 6、一般来说，晶界是气孔通向烧结体外的主要扩散通道。一般来说，晶界是杂质的富集之 地。（对） 二、填空 1、烧结的主要传质方式有：蒸发-凝聚传质、扩散传质、流动传质和溶解-沉淀传质四种，这四种传质过程的坯体线收缩ΔL/L与烧结时间的关系依次为ΔL/L=0、ΔL/L～t2/5、ΔL/L～t和ΔL/L～t1/3。 三、选择 1、在烧结过程中，只改变气孔形状不引起坯体收缩的传质方式是（a、c）。 a．表面扩散 b．流动传质 c．蒸发-凝聚 d．晶界扩散 2、在烧结过程中只改变坯体中气孔的形状而不引起坯体致密化的传质方式是（b）。 a. 流动传质 b. 蒸发—凝聚传质 c. 溶解—沉淀 d. 扩散传质 四、问答题 1、典型的传质过程有哪些？各采用什么烧结模型？分析产生的原因是什么？ 答：典型的传质过程有：固相烧结的蒸发-凝聚传质、扩散传质，液相烧结的流动传质、溶解-沉淀传质。 固相烧结的蒸发-凝聚传质过程采用中心距不变的双球模型。 固相烧结的扩散传质、液相烧结的流动传质、溶解-沉淀传质过程采用中心距缩短的双球模型。 原因：蒸发—冷凝：压力差ΔP；扩散传质：空位浓度差ΔC；流动传质：应力—应变； 溶解—沉淀：溶解度ΔC（大、小晶粒溶解度不同；自由表面与点接触溶解度）。 2、试述烧结的推动力和晶粒生长的推动力。并比较两者的大小。 答：烧结推动力是粉状物料的表面能（γsv）大于多晶烧结体的晶界能（γgb），即γsv>γgb。 晶粒生长的推动力是晶界两侧物质的自由焓差，使界面向晶界曲率半径小的晶粒中心推进。 烧结的推动力较大，约为4~20J/g。晶粒生长的推动力较小，约为0.4~2J/g，因而烧结推动力比晶粒生长推动力约大十倍。 3、在制造透明Al2O3材料时，原始粉料粒度为2μm，烧结至最高温度保温0.5h，测得晶粒尺寸为10μm，试问保温2h，晶粒尺寸多大？为抑制晶粒生长加入0.1％MgO，此时若保温2h，晶粒尺寸又有多大？ 解：1、G 2-G02 = kt = 2 μm, G = 10 μm, t = 0.5 h，得 代入数据：G 第二章、晶体结构缺陷 1、缺陷的概念 2、热缺陷（弗伦克尔缺陷、肖特基缺陷） 热缺陷是一种本征缺陷、高于0K就存在，热缺陷浓度的计算 影响热缺陷浓度的因数：温度和热缺陷形成能（晶体结构） 弗伦克尔缺陷肖特基缺陷 3、杂质缺陷、固溶体 4、非化学计量化合物结构缺陷（半导体） 种类、形成条件、缺陷的计算等 5、连续置换型固溶体的形成条件 6、影响形成间隙型固溶体的因素 7、组分缺陷（补偿缺陷）：不等价离子取代 形成条件、特点（浓度取决于掺杂量和固溶度） 缺陷浓度的计算、与热缺陷的比较 幻灯片6 8、缺陷反应方程和固溶式 9、固溶体的研究与计算 写出缺陷反应方程→固溶式、算出晶胞的体积和重量→理论密度（间隙型、置换型）→和实测密度比较 10、位错概念 刃位错：滑移方向与位错线垂直，伯格斯矢量b与位错线垂直 螺位错：滑移方向与位错线平行，伯格斯矢量b与位错线平行 混合位错：滑移方向与位错线既不平行，又不垂直。 幻灯片7 第三章、非晶态固体 1、熔体的结构：不同聚合程度的各种聚合物的混合物 硅酸盐熔体的粘度与组成的关系 2、非晶态物质的特点 3、玻璃的通性 4、 Tg 、Tf ,相对应的粘度和特点 5、网络形成体、网络改变（变性）体、网络中间体 玻璃形成的结晶化学观点：键强，键能 6、玻璃形成的动力学条件 (相变)，3T图 7、玻璃的结构学说（二种玻璃结构学说的共同之处和不同之处） 8、玻璃的结构参数 Z可根据玻璃类型定，先计算R，再计算X、Y 注意网络中间体在其中的作用。 9、硅酸盐晶体与硅酸盐玻璃的区别 10、硼的反常现象 幻灯片8 第四章、表面与界面 1、表面能和表面张力，表面的特征 2、润湿的概念、定义、计算；槽角、二面角的计算 改善润湿的方法：去除表面吸附膜（提高固体表面能）、 6-1 略。 6-2 什么是吉布斯相律？它有什么实际意义？ 解：相律是吉布斯根据热力学原理得出的相平衡基本定律，又称吉布斯相律，用于描述达到相平衡时系统中自由度数与组分数和相数之间的关系。一般形式的数学表达式为F＝C－P＋2。其中F为自由度数，C为组分数，P为相数，2代表温度和压力两个变量。应用相率可以很方便地确定平衡体系的自由度数。 6-3 固体硫有两种晶型，即单斜硫、斜方硫，因此，硫系统可能有四个相，如果某人实验得到这四个相平衡共存，试判断这个实验有无问题？ 解：有问题，根据相律，F=C-P+2=1-P+2=3-P，系统平衡时，F=0 ，则P=3 ，硫系统只能是三相平衡系统。 图 6-1 图6-2 6-4 如图6-1是钙长石（CaAl2Si2O）的单元系统相图，请根据相图回解：（1）六方、正交和三斜钙长石的熔点各是多少？（2）三斜和六方晶型的转变是可逆的还是不可逆的？你是如何判断出来的？（3）正交晶型是热力学稳定态？还是介稳态？ 解：（1）六方钙长石熔点约1300℃（B点），正钙长石熔点约1180℃（C点），三斜钙长石的熔点约为1750℃（A点）。 （2）三斜与六方晶型的转变是可逆的。因为六方晶型加热到转变温度会转变成三斜晶型，而高温稳定的三斜晶型冷却到转变温度又会转变成六方晶型。 （3）正交晶型是介稳态。 6-5 图6-2是具有多晶转变的某物质的相图，其中DEF线是熔体的蒸发曲线。 KE是晶型 I的升华曲线；GF是晶型II的升华曲线；JG是晶型III的升华曲线，回答下列问题：（1）在图中标明各相的相区，并写出图中各无变量点的相平衡关系；（2）系统中哪种晶型为稳定相？哪种晶型为介稳相？（3）各晶型之间的转变是可逆转变还是不可逆转变？ 解：（1）KEC为晶型Ⅰ的相区，EFBC 过冷液体的介稳区，AGFB晶型Ⅱ的介稳区， JGA晶型Ⅲ的介稳区，CED是液相区，KED是气相区； （2）晶型Ⅰ为稳定相，晶型Ⅱ、Ⅲ为介稳相；因为晶型Ⅱ、Ⅲ的蒸汽压高于晶型Ⅰ的，即它们的自由能较高，有自发转变为自由能较低的晶型Ⅰ的趋势； （3）晶型Ⅰ转变为晶型Ⅱ、Ⅲ是单向的，不可逆的，多晶转变点的温度高于两种晶型的熔点；晶型Ⅱ、Ⅲ之间的转变是可逆的，双向的，多晶转变点温度低于Ⅱ、Ⅲ的熔点。 6-6 在SiO2系统相图中，找出两个可逆多晶转变和两个不可逆多晶转变的例子。 解：可逆多晶转变：β-石英←→α-石英α-石英←→α-鳞石英 不可逆多晶转变：β-方石英←→β-石英γ-鳞石英←→β-石英 6-7 C2S有哪几种晶型？在加热和冷却过程中它们如何转变？β-C2S为什么能自发地转变成γ-C2S？在生产中如何防止β-C2S 转变为γ-C2S？ 解：C2S有、、、四种晶型，它们之间的转变如右图所示。由于β-C2S 是一种热力学非平衡态，没有能稳定存在的温度区间，因而在相图上没有出现β-C2S的相区。C3S和β-C2S 是硅酸盐水泥中含量最高的两种水硬性矿物，但当水泥熟料缓慢冷却时，C3S将会分解，β-C2S将转变为无水硬活性的γ-C2S。为了避免这种情况的发生，生产上采取急冷措施，将C3S和β-C2S迅速越过分解温度或晶型转变温度，在低温下以介稳态保存下来。 1. 不一致熔融化合物，连线规则 答：不一致熔化合物是一种不稳定的化合物，加热到一定温度会发生分解，分解产物是一种液相和一种固相，液相和固相的组成与化合物组成都不相同。（2.5分） 连线规则：将一界线（或其延长线）与相应的连线（或其延长线）相交，其交点是该界线上的温度最高点。（2.5分） 2. 非本征扩散，稳定扩散 非本征扩散：受固溶引入的杂质离子的电价和浓度等外界因素所控制的扩散。或由不等价杂质离子取代造成晶格空位，由此而引起的质点迁移。（2.5） 稳定扩散：若扩散物质在扩散层dx内各处的浓度不随时间而变化，即dc/dt=0。这种扩散称稳定扩散。（2.5分） 3. 非均匀成核, 一级相变 非均匀成核：是指借助于表面、界面、微粒裂纹器壁以及各种催化位置等而形成晶核的过程一级相变：体系由一相变为另一相时，如两相的化学势相等但化学势的一级偏微商(一级导数)不相等的称为一级相变。（2.5） 4. 晶粒生长，二次再结晶 晶粒生长：平衡晶粒尺寸在不改变其分布的情况下，连续增大的过程。（2.5分） 二次再结晶：是少数巨大晶粒在细晶消耗时成核长大的过程。（2.5分） 5. 一致熔融化合物，三角形规则 答：一致熔融化合物是一种稳定的化合物，与正常的纯物质一样具有固定的熔点，熔化时，产生的液相与化合物组成相同。（2.5分） 三角形规则：原始熔体组成点所在副三角形的三个顶点表示的物质即为其结晶产物；与这三个物质相应的初初晶区所包围的三元无变量点是其结晶结束点。（2.5分） 6. 晶粒生长，二次再结晶 晶粒生长：平衡晶粒尺寸在不改变其分布的情况下，连续增大的过程。（2.5分） 二次再结晶：是少数巨大晶粒在细晶消耗时成核长大的过程。（2.5分） 7.液相独立析晶，切线规则 答：液相独立析晶：是在转熔过程中发生的，由于冷却速度较快，被回收的晶相有可能会被新析出的固相包裹起来，使转熔过程不能继续进行，从而使液相进行另一个单独的析晶过程，就是液相独立析晶。（2.5） 切线规则：将界线上某一点所作的切线与相应的连线相交，如交点在连线上，则表示界线上该处具有共熔性质；如交点在连线的延长线上，则表示界线上该处具有转熔性质，远离交点的晶相被回吸。 8.本征扩散，不稳定扩散， ．答：本征扩散：空位来源于晶体结构中本征热缺陷，由此而引起的质点迁移。（2.5）不稳定扩散：扩散物质在扩散层dx内的浓度随时间而变化，即dc/dt≠0。这种扩散称为不稳定扩散。（2.5分） 9.均匀成核，二级相变, 答：均匀成核是晶核从均匀的单相熔体中产生的过程。（2.5分） 相变时两相化学势相等，其一级偏微商也相等，但二级偏微商不等的相变。（2.5分）10.烧结，泰曼温度 答：烧结：由于固态中分子（或原子）的相互吸引，通过加热，使粉末体产生颗粒粘结，经过物质迁移使粉末体产生强度并导致致密化和再结晶的过程。（2.5） 泰曼温度：反应物开始呈现显著扩散作用的温度。（2.5） 选择题 1．NaCl 型结构中，Cl - 按立方最紧密方式堆积，Na +充填于（ B ）之中。 A 、全部四面体空隙 B 、全部八面体空隙 C 、1/2四面体空隙 D 、1/2八面体空隙 2．在析晶过程中，若?T 较大，则获得的晶粒为（ A ） A 、数目多而尺寸小的细晶 B 、数目少而尺寸大的粗晶 C 、数目多且尺寸大的粗晶 D 、数目少且尺寸小的细晶 3．在熔体中加入网络变性体会使得熔体的析晶能力（ c ）： a.不变 b. 减弱 c. 增大 4．在烧结过程的传质方式中，不会使坯体致密的是（ a ） a. 扩散传质 b. 溶解-沉淀传质 c. 蒸发-凝聚传质 d. 流动传质 5．过冷度愈大，临界晶核半径（ c ）相应的相变（ e ） a. 不变 b. 愈大 c. 愈小 d. 愈难进行 e. 愈易进行 f. 不受影响 6．从防止二次再结晶的角度考虑，起始粒径必须（ c ） a. 细 b. 粗 c. 细而均匀 d. 粗但均匀 7．根据晶界两边原子排列的连贯性来划分，在多晶体材料中主要是( B ) A 、共格晶界 B 、非共格晶界 C 、半共格晶界 8．玻璃结构参数中的Z 一般是已知的，请问硼酸盐玻璃的Z =（ B ） A 、2 B 、3 C 、4 D 、5 9．石英晶体结构属于（ d ） a. 岛状结构 b. 链状结构 c. 层状结构 d. 架状结构 10. 在离子型化合物中，晶粒内部扩散系数D b ，晶界区域扩散系数D g 和表面区域扩散系数D s 三者中（ C ）最大 A 、D b B 、D g C 、 D s 11. 系统2222CaO + SiO 2CaO SiO + CaO SiO + 3CaO 2SiO →???中的独立组分数为（ d ） a. 5 b. 4 c. 3 d. 2 12. 熔体系统中组成越简单，则熔体析晶（ B ） A 、不受影响 B 、越容易 C 、越难 13. 过冷度越大，相应的成核位垒（ b ），临界晶核半径（ b ），析晶能力（ a ） a. 越大 b. 越小 c. 不变 14. 下列选项中不属于马氏体相变的特征的是（ B ） A 、相变后存在习性平面 B 、属扩散型相变 C 、新相与母相间有严格的取向关系 D 、在一个温度范围内进行 E 、速度很快 15. 颗粒不同部位的空位浓度存在差异，下列区域中（ b ）处的空位浓度最大 A 、晶粒内部 B 、颈部表面张应力区 C 、受压应力的颗粒接触中心 16. 塑性泥团中颗粒之间最主要的吸力为（ B ） A 、范德华力 B 、毛细管力 C 、局部边-面静电引力 17. CaTiO 3（钛酸钙）型结构中，Ca 2+和O 2-共同组成立方紧密堆积，Ca 2+占据立方面心的角顶位置，O 2-占据立方面 第三章练习题 一、填空题 1.玻璃具有下列通性：、态转化时物理、化学性能随温度变化的连续性。 2.在硅酸盐熔体中，当以低聚物为主时，体系的粘度 3.物质在熔点时的粘度越越容易形成玻璃，大于，等于，小于)时容易形成玻璃。 4.熔体是物质在液相温度以上存在的一种高能量状态，在冷却的过程中可以出现和分相三种不同的相变过程。 5.当SiO2含量比较高时，碱金属氧化物降低熔体粘度的能力是Li2Na22O。 6. 2Na2O·CaO·Al2O3·2SiO2的玻璃中，结构参数Y为 3 。 7. 从三T曲线可以求出为避免析出10-6分数的晶体所需的临界冷却速率，该速率越小，越容易形成玻璃。 8．NaCl和SiO2两种物质中SiO2 容易形成玻璃，因其具有极性共价键结构。 9.在Na2O－SiO2熔体中，当Na2O/Al2O3<1时，加入Al2O3使熔体粘度降低。 10. 硅酸盐熔体中聚合物种类，数量与熔体组成（O/Si）有关，O/Si比值增大，则熔体中的高聚体[SiO4]数量减少。 11. 硅酸盐熔体中同时存在许多聚合程度不等的负离子团，其种类、大小和复杂程度随熔体的组成和温度而变。当温度不变时，熔体中碱性氧化物含量增加， O/Si比值增大，这时熔体中高聚体数量减少。 二、问答题 1.试述熔体粘度对玻璃形成的影响？在硅酸盐熔体中，分析加入—价碱金属氧化物、二价金属氧化物或B2O3后熔体粘度的变化？为什么？ 答：1) 熔体粘度对玻璃形成具有决定性作用。熔体在熔点时具有很大粘度，并且粘度随温度降低而剧烈地升高时，容易形成玻璃。 2) 在硅酸盐熔体中，加入R2O，随着O/Si比增加，提供游离氧，桥氧数减小，硅氧网络断裂，使熔体粘度显著减小。加入RO，提供游离氧，使硅氧网络断裂，熔体粘度降低，但是由于R的场强较大，有一定的集聚作用，降低的幅度较小。加入B2O3，加入量少时，B2O3处于三度空间连接的[BO4]四面体中，使结构网络聚集紧密，粘度上升。随着B2O3含量增加，B开始处于[BO3]三角形中使结构网络疏松，粘度下降。 3+2+ 1当我排队等着站上小便池的时候有人已经在大便池先尿了■■■■■■■■■■■■张为政整理■■■■■■■■■■■■勿删■■■■■■■■■■■■ 2.试阐述网络形成体和网络变性体。 玻璃网络形成体：其单键强度>335KJ／MOL。这类氧化物能单独形成玻璃。 网络变性体：其单键强度<250KJ/MOL。这类氧化物不能形成玻璃,但能改变网络结构，从而使玻璃性质改变。 无机材料科学基础试卷六 一、名词解释（20分） 1、反萤石结构、晶胞； 2、肖特基缺陷、弗伦克尔缺陷； 3、网络形成体、网络改变体； 4、触变性、硼反常现象； 二、选择题（8分） 1、粘土泥浆胶溶必须使介质呈（） A、酸性 B、碱性 C、中性 2、硅酸盐玻璃的结构是以硅氧四面体为结构单元形成的（）的聚集体。 A、近程有序，远程无序 B、近程无序，远程无序 C、近程无序，远程有序 3、依据等径球体的堆积原理得出，六方密堆积的堆积系数（）体心立方堆积的堆积系数。 A、大于 B、小于 C、等于 D、不确定 4、某晶体AB，A—的电荷数为1，A—B键的S=1/6，则A+的配位数为（）。 A、4 B、12 C、8 D、6 5、在单位晶胞的CaF2晶体中，其八面体空隙和四面体空隙的数量分别为（）。 A、4，8 B、8，4 C、1，2 D、2，4 6、点群L6PC属（）晶族（）晶系。 A、高级等轴 B、低级正交 C、中级六方 D、高级六方 7、下列性质中（）不是晶体的基本性质。 A、自限性 B、最小内能性 C、有限性 D、各向异性 8、晶体在三结晶轴上的截距分别为1/2a、1/3b、1/6c。该晶面的晶面指数为（）。 A、（236） B、（326） C、（321） D、（123） 9、非化学计量化合物Cd1+xO中存在（）型晶格缺陷 A、阴离子空位 B、阳离子空位 C、阴离子填隙 D、阳离子填隙 10、可以根据3T曲线求出熔体的临界冷却速率。熔体的临界冷却速率越大，就（）形成玻璃。 A、越难 B、越容易 C、很快 D、缓慢 11、晶体结构中一切对称要素的集合称为（）。 A、对称型 B、点群 C、微观对称的要素的集合 D、空间群 12、在ABO3(钙钛矿)型结构中，B离子占有（）。 A、四面体空隙 B、八面体空隙 C、立方体空隙 D、三方柱空隙晶体 三、填空（17分） 1、在玻璃形成过程中，为避免析晶所必须的冷却速率的确定采用（）的方法。 2、a=b≠c α=β=γ=900的晶体属（）晶系。 3、六方紧密堆积的原子密排面是晶体中的（）面，立方紧密堆积的原子密排面是晶体中的 6-1 说明熔体中聚合物形成过程？ 答：聚合物的形成是以硅氧四面体为基础单位，组成大小不同的聚合体。 可分为三个阶段初期：石英的分化； 中期：缩聚并伴随变形； 后期：在一定时间和一定温度下，聚合和解聚达到平衡。6-2 简述影响熔体粘度的因素？ 答：影响熔体粘度的主要因素：温度和熔体的组成。 碱性氧化物含量增加，剧烈降低粘度。 随温度降低，熔体粘度按指数关系递增。 6-3 名词解释（并比较其异同） ⑴晶子学说和无规则网络学说 ⑵单键强 ⑶分化和缩聚 ⑷网络形成剂和网络变性剂 答：⑴晶子学说：玻璃内部是由无数“晶子”组成，微晶子是带有晶格变形的有序区域。它们分散在无定形介中质，晶子向无 定形部分过渡是逐渐完成时，二者没有明显界限。 无规则网络学说：凡是成为玻璃态的物质和相应的晶体结构一样，也是由一个三度空间网络所构成。这种网络是由离子 多面体（三角体或四面体）构筑起来的。晶体结构网 是由多面体无数次有规律重复构成，而玻璃中结构多 面体的重复没有规律性。 ⑵单键强：单键强即为各种化合物分解能与该种化合物配位数的商。 ⑶分化过程：架状[SiO4]断裂称为熔融石英的分化过程。 缩聚过程：分化过程产生的低聚化合物相互发生作用，形成级次较高的聚合物，次过程为缩聚过程。 ⑷网络形成剂：正离子是网络形成离子，对应氧化物能单独形成玻 璃。即凡氧化物的单键能/熔点﹥0.74kJ/mol.k 者称为网 络形成剂。 网络变性剂：这类氧化物不能形成玻璃，但能改变网络结构，从而使玻璃性质改变，即单键强/熔点﹤0.125kJ/mol.k者称 为网络变形剂。 6-4 试用实验方法鉴别晶体SiO2、SiO2玻璃、硅胶和SiO2熔体。它们的结构有什么不同？ 答：利用X—射线检测。 晶体SiO2—质点在三维空间做有规律的排列，各向异性。 SiO2熔体—内部结构为架状，近程有序，远程无序。 SiO2玻璃—各向同性。 硅胶—疏松多孔。 6-5 玻璃的组成是13wt%Na2O、13wt%CaO、74wt%SiO2，计算桥氧分数？ 解： Na2O CaO SiO2 wt% 13 13 74 mol 0.21 0.23 1.23 mol% 12.6 13.8 73.6 R=(12.6+13.8+73.6 ×2)/ 73.6=2.39 ∵Z=4 ∴X=2R﹣Z=2.39×2﹣4=0.72 Y=Z﹣X= 4﹣0.72=3.28 氧桥%=3.28/（3.28×0.5+0.72） =69.5% 6-1 说明熔体中聚合物形成过程？答：聚合物的形成是以硅氧四面体为基础单位，组成大小不同的聚合体。 可分为三个阶段初期：石英的分化； 中期：缩聚并伴随变形； 后期：在一定时间和一定温度下，聚合和解聚达到平衡。 6-2 简述影响熔体粘度的因素？ 答：影响熔体粘度的主要因素：温度和熔体的组成。 碱性氧化物含量增加，剧烈降低粘度。 随温度降低，熔体粘度按指数关系递增。 6-3 名词解释（并比较其异同） ⑴ 晶子学说和无规则网络学说 ⑵ 单键强 ⑶ 分化和缩聚 ⑷ 网络形成剂和网络变性剂答：⑴晶子学说：玻璃内部是由无数“晶子”组成，微晶子是带有晶 格变形的有序区域。它们分散在无定形介中质，晶子向无定形部 分过渡是逐渐完成时，二者没有明显界限。 无规则网络学说：凡是成为玻璃态的物质和相应的晶体结构一样，也是由 一个三度空间网络所构成。这种网络是由离子多面体（三 角体或四面体）构筑起来的。晶体结构网是由多面体无数次 有规律重复构成，而玻璃中结构多面体的重复没有规律 性。 ⑵单键强：单键强即为各种化合物分解能与该种化合物配位数的商。 ⑶分化过程：架状［SQ4］断裂称为熔融石英的分化过程。 缩聚过程：分化过程产生的低聚化合物相互发生作用，形成级次较 高的聚合物，次过程为缩聚过程。 ⑷网络形成剂：正离子是网络形成离子，对应氧化物能单独形成玻 璃。即凡氧化物的单键能/熔点〉0.74kJ/molk者称为网 络形成剂。 网络变性剂：这类氧化物不能形成玻璃，但能改变网络结构，从而 使玻璃性质改变，即单键强/熔点＜ 0.125kJ/molk者称 为网络变形剂。 6-4试用实验方法鉴别晶体 Si。?、SQ2玻璃、硅胶和SiO2熔体。它们的 结构有什么不同？ 2015-2016学年无机材料科学基础试题名词解释（） 1.晶体： 2.固溶体: 3.粘度： 4.热缺陷： 5.对称：物体中相同部分之间的有规律重复。P3 6.木征扩散 7.非木征扩散 &马氏体相变 二?填空题（）为填空所填 0.硅酸盐种类繁多，是水泥，（），（）,耐火材料。 1晶体的基本性质有;结晶均一性，（），（），（），最小内能性。P3 2晶体结构的基木特征，包括（）种晶系，（）种不拉维格了。P15 3.热缺陷有两种基木形式：（）缺陷和（）缺陷P59 4.哥尔徳希密特定律：一个晶体的结构，取决于其组成单位的数目，（）以及（） 5.硅酸盐晶体结构：岛状结构，组群状结构，（），（），（） 6.玻璃的通性：（），（，熔融态向玻璃态转化的可逆与渐变性，和熔融态向玻璃态转化时物理化学性质随温度变化的连续性 7.晶体的微观对称要素有:（）,像移面和（）P18 ）的宏观规律9.引起扩散的推动&菲克第一定律与第二定律分别描述了（）和（ 力是（），（）是扩散的驱动力 10.原了或离了的迁移机构分（）和（） 11.影响扩散的因素有（）（）（）、（） 12.析晶过稈是由（）过稈和（）过程所共同构成的。 13.由相变过稈屮质点的迁移请况，可以将相变分为（）和（）两大类。 14.影响村「晶能力的因素侑熔体组成，（），（）和外加剂。 三.简答 1简述鲍林规则P26 2影响置换固体中溶质原子溶解度的因素是什么？P67 3聚合物形成过程 4?浓度差会引起扩散，扩散是否总是从高浓度处向低浓度处进行？为什么? 四，将题 1 ?假定碳在a -Fe(体心立方)和Y -Fe (面心立方)屮的扩散系数分别为：D a 二0. 0079exp[-83600 (J/mol/RT)cm2/sec； D Y二0. 21exp[-141284(J/mol/RT)cm2/sec HW-800o C时备白的扩散系数并解释其差别 T二800+273二1073K Da 二0. 0079exp[-83600/RT]=6. 77*1 (T (-7)cm2/s D Y二0. 21exp[-141284/RT]二2.1*1(T (-8) cm2/s Da >D Y 扩散介质结构对扩散有很大的煤响，结构疏松，扩散阻力小而扩散系数犬，体心较血心疏松; a -Fe体心立方Y _Fe面心立方 3朴也比帀、址珂并s眸(吉“疾埒理用字珞^J z 土却 W勿柯*)-債你j线屈歸社.cq 3绘煲应八&冋糾七折j甘门巧折禺i步角晚旳彳-.e他0筑遥力2qZ人禺知 4 % p仙兰W今％Z 岔c,氽乙和琢智,在纽乙、冬陀龙少、十H 究唸声歹 爪辰-蒂可j翌仏氏了狂i略心r,从、衣丙国屮、十柿力*)羽斗侈壤:和声-?讨■円■域二界忌/，-打> 第七章 扩散与固相反应 1、名词解释： 非稳定扩散：扩散过程中任一点浓度随时间变化； 稳定扩散：扩散质点浓度分布不随时间变化。 无序扩散：无化学位梯度、浓度梯度、无外场推动力，由热起伏引起的扩散。 质点的扩散是无序的、随机的。 本征扩散：主要出现了肖特基和弗兰克尔点缺陷，由此点缺陷引起的扩散为 本征扩散（空位来源于晶体结构中本征热缺陷而引起的质点迁 移）； 非本征扩散：空位来源于掺杂而引起的质点迁移。 正扩散和逆扩散： 正扩散：当热力学因子时，物质由高浓度处流向低浓度处，扩散结果使溶质 趋于均匀化，D i >0。 逆扩散：当热力学因子 时，物质由低浓度处流向高浓度处，扩散结果使溶质 偏聚或分相，D i <0。 2、简述固体内粒子的迁移方式有几种? 答 易位，环转位，空位扩散，间隙扩散，推填式。 3、说明影响扩散的因素？ 化学键：共价键方向性限制不利间隙扩散，空位扩散为主。金属键离子键以 空位扩散为主，间隙离子较小时以间隙扩散为主。 缺陷：缺陷部位会成为质点扩散的快速通道，有利扩散。 温度：D=D 0exp （-Q/RT ）Q 不变，温度升高扩散系数增大有利扩散。Q 越大 温度变化对扩散系数越敏感。 杂质：杂质与介质形成化合物降低扩散速度；杂质与空位缔合有利扩散；杂 质含量大本征扩散和非本征扩散的温度转折点升高。 扩散物质的性质：扩散质点和介质的性质差异大利于扩散； 扩散介质的结构：结构紧密不利扩散。 4、在KCl 晶体中掺入10-5mo1％CaCl 2，低温时KCl 中的K +离子扩散以非本征 扩散为主，试回答在多高温度以上，K +离子扩散以热缺陷控制的本征扩散为主？（KCl 的肖特基缺陷形成能ΔH s =251kJ/mol ，R=8.314J/mo1·K ） 解：在KCl 晶体中掺入10-5mo1％CaCl 2，缺陷方程为： 则掺杂引起的空位浓度为'710K V -??=?? 欲使扩散以热缺陷为主，则''K K V V ????>????肖 即7exp()102s H RT -?-> 10-1 名词解释：烧结烧结温度泰曼温度液相烧结固相烧结初次再结晶晶粒长大二次再结晶 （1）烧结：粉末或压坯在低于主要组分熔点的温度下的热处理，目的在于通过颗粒间的冶金结合以提高其强度。 （2）烧结温度：坯体在高温作用下，发生一系列物理化学反应，最后显气孔率接近于零，达到致密程度最大值时，工艺上称此种状态为"烧结"，达到烧结时相应的温度，称为"烧结温度"。 （3）泰曼温度：固体晶格开始明显流动的温度，一般在固体熔点（绝对温度）的2/3处的温度。在煅烧时，固体粒子在塔曼温度之前主要是离子或分子沿晶体表面迁移，在晶格内部空间扩散（容积扩散）和再结晶。而在塔曼温度以上，主要为烧结，结晶黏结长大。 （4）液相烧结：烧结温度高于被烧结体中熔点低的组分从而有液相出现的烧结。 （5）固相烧结：在固态状态下进行的烧结。 （6）初次再结晶：初次再结晶是在已发生塑性变形的基质中出现新生的无应变晶粒的成核和长大过程。 （7）晶粒长大：是指多晶体材料在高温保温过程中系统平均晶粒尺寸逐步上升的现象. （8）二次再结晶：再结晶结束后正常长大被抑制而发生的少数晶粒异常长大的现象。 10-2 烧结推动力是什么？它可凭哪些方式推动物质的迁移，各适用于何种烧结机理? 解：推动力有：（1）粉状物料的表面能与多晶烧结体的晶界能的差值， 烧结推动力与相变和化学反应的能量相比很小，因而不能自发进行，必须加热!! （2）颗粒堆积后，有很多细小气孔弯曲表面由于表面张力而产生压力差， （3）表面能与颗粒之间形成的毛细管力。 传质方式：（1）扩散（表面扩散、界面扩散、体积扩散）；（2）蒸发与凝聚；（3）溶解与沉淀；（4）黏滞流动和塑性流动等，一般烧结过程中各不同阶段有不同的传质机理，即烧结过程中往往有几种传质机理在起作用。 10-3 下列过程中，哪一个能使烧结体强度增大，而不产生坯体宏观上的收缩? 试说明理由。 （1）蒸发－冷凝；（2）体积扩散；（3）粘性流动；（4）晶界扩散；（5）表面扩散；（6）溶解－沉淀 无机材料科学基础试卷7 一、名词解释（20分） 1、正尖晶石、反尖晶石； 2、线缺陷、面缺陷； 3、晶子学说、无规则网络学说； 4、可塑性、晶胞参数； 二、选择题（10分） 1、下列性质中（）不是晶体的基本性质。 A、自限性 B、最小内能性 C、有限性 D、各向异性 2、晶体在三结晶轴上的截距分别为2a、3b、6c。该晶面的晶面指数为（）。 A、（236） B、（326） C、（321） D、（123） 3、依据等径球体的堆积原理得出，六方密堆积的堆积系数（）立方密堆积的堆积系数。 A、大于 B、小于 C、等于 D、不确定 4、某晶体AB，A—的电荷数为1，A—B键的S=1/6，则A+的配位数为（）。 A、4 B、12 C、8 D、6 5、在单位晶胞的CaF2晶体中，其八面体空隙和四面体空隙的数量分别为 （）。 A、4，8 B、8，4 C、1，2 D、2，4 6、在ABO3(钙钛矿)型结构中，B离子占有（）。 A、四面体空隙 B、八面体空隙 C、立方体空隙 D、三方柱空隙晶体 7、在硅酸盐熔体中，当R=O/Si减小时，相应熔体组成和性质发生变化，熔体析晶能力（），熔体的黏度（），低聚物数量（）。 A、增大 B、减小 C、不变 D、不确定 8、当固体表面能为1.2J/m2，液体表面能为0.9 J/m2，液固界面能为1.1 J/m2时， 降低固体表面粗糙度，（）润湿性能。 A、降低 B、改善 C、不影响 9、一种玻璃的组成为32.8%CaO，6.0 Al2O3%，61.2 SiO2%，此玻璃中的Al3+可视为网络（），玻璃结构参数Y=（）。 A、变性离子，3.26 B、形成离子，3.26 C、变性离子，2.34 D、形成离子，2.34 10、黏土泥浆胶溶必须使介质呈（）。 A、酸性 B、碱性 C、中性 11、可以根据3T曲线求出熔体的临界冷却速率。熔体的临界冷却速率越小，就 （）形成玻璃。 A、越难 B、越容易 C、很快 D、缓慢 1、熔体的概念：不同聚合程度的各种聚合物的混合物 硅酸盐熔体的粘度与组成的关系（决定硅酸盐熔体粘度大小的主要因素是硅氧四面体网络连接程度） 在熔体中加入LiO2、Na2O 、K2O 和BaO 、PbO 等，随加入量增加，粘度显著下降。 在含碱金属的硅酸盐熔体中，当Al2O3/Na2O ≤1时，用Al2O3代替SiO2可以起“补 网”作用，从而提高粘度。一般加入 Al2O3、SiO2和ZrO2有类似的效果。流动度为粘度的倒数，Φ＝粘度的理论解释：绝对速度理论 η＝η０exp(ΔE/kT) 自由体积理论 ＝B exp ［］＝Ａexp( ) 过剩熵理论＝Cexp ［］＝Cexp （）2、非晶态物质的特点 ：近程有序，远程无序3、玻璃的通性 (1)各向同性（若有应力，为各向异性） （2）介稳性 （3）熔融态向玻璃态转化的可逆与渐变性 (4)、熔融态向玻璃态转化时其物化性质随温度变化的连续性 4、Tg 、Tf , 相对应的粘度和特点 钠钙硅酸盐熔体粘度与温度关系表明：熔融温度范围内，粘度为 50~500dPa ·s 。工作温度范围粘度较高，约103~107dPa ·s 。退火温度范围粘度更高，约 1012.5~1013.5 dPa ·s 。 Tg-脆性温度、退火温度，Tf-软化温度、可拉丝的最低温度5、 单键强度 > 335 kJ/mol(或80 kcal/mol)的氧化物——网络形成体。单键强度< 250 kJ/mol(或60 kcal/mol)的氧化物——网络变性体。 在250～335 kJ/mol 为——中间体，其作用介于玻璃的网络形成体和网络变性体之间。 6、玻璃形成的热力学观点： 熔体是物质在 TM 以上存在的一种高能状态。据随温度降低，熔体释放能量大小不同，冷却途径分为结晶化,玻璃化，分相 ΔGv 越大析晶动力越大，越不容易形成玻璃。 ΔGv 越小析晶动力越小，越容易形成玻璃。 玻璃形成的动力学观点：＝单键强度正离子的配位数 氧化物分解能 )(00T T KV 0T T B )(0T T C D P 0 T T B 1无机材料科学基础答案
无机材料科学基础试题及答案
无机材料科学基础习题答案
无机材料科学基础 陆佩文 课后答案
无机材料科学基础第九章习题
无机材料科学基础复习重点
无机材料科学基础答案第六,七,九,十章习题答案
无机材料科学基础试卷资料
无机材料科学基础题库_选择题
无机材料科学基础复习资料_百度文库
无机材料科学基础期末试题及答案
无机材料科学基础课后习题答案(6)
无机材料科学基础课后习题答案(6)
2015-2016学年无机材料科学基础试题.docx
陆佩文-无机材料科学基础-习题
无机材料科学基础答案第十章
无机材料科学基础教程考试题库
无机材料科学基础答案..
相关主题
文本预览