无机材料科学基础(陆佩文)课后习题

本人在网络上找了N久的,目前最全的,只有极个别简单的题没有写出来，别的都很全的.

晶体结构

2、（1）一晶面在x、y、z轴上的截距分别为2a、3b、6c，求出该晶面的米勒指

数；（2）一晶面在x、y、z轴上的截距分别为a/3、b/2、c，求出该晶面的米勒指数。

解：（1）h:k:l=1/2:1/3:1/6=3:2:1,∴该晶面的米勒指数为（321）；（2）（321）5、已知Mg2+半径为0.072nm，O2-半径为0.140nm，计算MgO晶体结构的堆积系

数与密度。

解：MgO为NaCl型，O2-做密堆积，Mg2+填充空隙。rO2- =0.140nm，rMg2+=0.072nm，z=4，晶胞中质点体积：(4/33πr O2-3+4/33πrMg2+ 3)34，a=2(r++r-)，晶胞体积=a3，堆积系数=晶胞中MgO体积/晶胞体积=68.5%，密度=晶胞中MgO 质量/晶胞体积=3.49g/cm3。

6、计算体心立方、面心立方、密排六方晶胞中的原子数、配位数、堆积系数。解：体心：原子数 2，配位数 8，堆积密度 55.5%；

面心：原子数 4，配位数 6，堆积密度 74.04%；

六方：原子数 6，配位数 6，堆积密度 74.04%。

7、从理论计算公式计算NaC1与MgO的晶格能。MgO的熔点为2800℃，NaC1为

80l℃, 请说明这种差别的原因。

解：u=z1z2e2N0A/r0×(1-1/n)/4πε0，e=1.602×10-19，ε0=8.854×10-12，N0=6.022×1023，NaCl：z1=1，z2=1，A=1.748，n Na+=7，n Cl-=9，n=8，r0=2.81910-10m，u NaCl=752KJ/mol；MgO：z1=2，z2=2，A=1.748，n O2-=7，n Mg2+=，n=7，r0=2.1010m，u MgO=392KJ/mol；∵u MgO> u NaCl，∴MgO的熔点高。

9、证明等径圆球面心立方最密堆积的空隙率为25．9％；

解：设球半径为a，则球的体积为4/3πa3，求的z=4，则球的总体积（晶胞）434/3πa3，立方体晶胞体积：(2a)3=16a3，空间利用率=球所占体积

/空间体积=74.1%，空隙率=1-74.1%=25.9%。

10、金属镁原子作六方密堆积，测得它的密度为1.74克/厘米3，求它的晶胞体

积。

解：ρ=m/V晶=1.74g/cm3，V=1.37310-22。

11、根据半径比关系，说明下列离子与O2—配位时的配位数各是多?

r o2-=0.132nm r S i4+=0.039nm r K+=0.133nm r A l3+=0.057nm r M g2+=0.078nm 解：Si4+ 4；K+ 12；Al3+ 6；Mg2+ 6。

13、有效离子半径可通过晶体结构测定算出。在下面NaCl型结构晶体中，测得

MgS和MnS的晶胞参数均为a=0.52nm(在这两种结构中，阴离子是相互接触的)。若CaS(a=0.567nm)、CaO(a=0.48nm)和MgO(a=0.42nm)为一般阳离子

——阴离子接触，试求这些晶体中各离子的半径。

解：MgS中a=5.20?，阴离子相互接触，a=2r-，∴rS2-=1.84?；CaS中a=5.67?，阴-阳离子相互接触，a=2(r++r-)，∴rCa2+=0.95?；CaO中a=4.80?，

a=2(r++r-)，∴rO2-=1.40?；MgO中a=4.20?， a=2(r++r-)，∴rMg2+=0.70?。

14、氟化锂(LiF)为NaCl型结构，测得其密度为2.6g／cm3，根据此数据汁算晶

胞参数，并将此值与你从离子半径计算得到数值进行比较。

解：LiF为NaCl型结构，z=4，V=a3，ρ=m/V=2.6g/cm3，a=4.05?，根据离子半径a1=2(r++r-)=4.14?，a

15、Li

2

O的结构是O2-作面心立方堆积，Li+占据所有四面体空隙位置。求： (1) 计算四面体空隙所能容纳的最大阳离子半径，并与书末附表Li+半径比较，说明此时O2-能否互相接触。(2)根据离子半径数据求晶胞参数。(3)求

Li

2

O的密度。

解：（1）如图是一个四面体空隙，O为四面体中心位置。AO=r++r-，BC=2r-，CE=

r-，CG=2/3CE=2r-/3，AG=2r-/3，△OGC∽△EFC，OG/CG=EF/CF，

OG=EF/CF3CG=r-/6，AO=AG-OG=r/2，r+=AO-r-=(/2-1)r=0.301?，查表知rLi+=0.68? >0.301?，∴O2-不能互相接触;

（2）体对角线=a=4(r++r-)，a=4.665?；（3）ρ=m/V=1.963g/cm3.

17、MgO和CaO同属NaCl型结构，而它们与水作用时则CaO要比MgO活泼，试

解释之。

解：r

Mg 2+与r

Ca2+

不同，r

Ca2+

> r

Mg2+

，使CaO结构较MgO疏松，H

2

O易于进入，所以活

泼

18、根据CaF

2晶胞图画出CaF

2

晶胞的投影图。

19、算一算CdI

2晶体中的I-及CaTiO

3

晶体中O2-的电价是否饱和。

20、(1)画出O 2-作而心立方堆积时，各四面体空隙和八面体空隙的所在位置(以

一个晶胞为结构基元表示出来)。

(2)计算四面体空隙数、八而休空隙数与O 2-数之比。

(3)根据电价规则，在下面情况下，空隙内各需填入何种价数的阳离子，并对每一种结构举出—个例子。（a ）所有四面体空隙位置均填满； (b) 所有八而体空隙位置均填满；(c) 填满—半四面体空隙位置； (d) 填满—半八面休空隙位置。

解：（2）四面体空隙数/O2-数=2:1，八面体空隙数/O2-数=1:1；

（3）(a)CN=4，z+/438=2，z+=1，Na 2O ，Li 2O ；(b)CN=6，z+/636=2，z+=2，

FeO ，MnO ；（c ）CN=4，z+/434=2，z+=4，ZnS ，SiC ；(d)CN=6，z+/633=2，z+=4，MnO2。

21、下列硅酸盐矿物各属何种结构类型：

Mg 2[SiO 4]，K[AISi 3O 8]，CaMg[Si 2O 6]， Mg 3[Si 4O 10](OH)2，Ca 2Al[AlSiO 7]。

解：岛状；架状；单链；层状（复网）；组群（双四面体）。

22、根据Mg 2[SiO 4]在(110)面的投影图回答：

(1) 结构中有几种配位多面体，各配位多面体间的连接方式怎样?

(2) O 2-的电价是否饱和? (3) 晶胞的分子数是多少?

(4) Si 4+和Mg 2+所占的四面体空隙和八面体空隙的分数是多少?

解：（1）有两种配位多面体，[SiO 4]，[MgO 6]，同层的[MgO6]八面体共棱，如59[MgO 6] 和49[MgO 6]共棱75O 2-和27O 2-，不同层的[MgO 6]八面体共顶，如1[MgO 6]和

51[MgO 6]共顶是22O 2-，同层的[MgO 6]与[SiO 4]共顶，如T[MgO 6]和7[SiO 4]共顶

22O 2-，不同层的[MgO 6]与[SiO 4]共棱，T[MgO 6]和43[SiO 4]共28O 2-和28O 2-；

（2）

（3）z=4； （4）Si 4+占四面体空隙=1/8，Mg 2+占八面体空隙=1/2。

23、石棉矿如透闪石Ca 2Mg 5[Si 4O 11](OH)2具有纤维状结晶习性，而滑石

Mg 2[Si 4O 10](OH)2却具有片状结晶习性，试解释之。

解：透闪石双链结构，链内的Si-O 键要比链5的Ca-O 、Mg-O 键强很多，所以很

容易沿链间结合力较弱处劈裂成为纤维状；滑石复网层结构，复网层由两个

[SiO4]层和中间的水镁石层结构构成，复网层与复网层之间靠教弱的分之间 作用力联系，因分子间力弱，所以易沿分子间力联系处解理成片状。

24、石墨、滑石和高岭石具有层状结构，说明它们结构的区别及由此引起的性质

上的差异。

解：石墨中同层C原子进行SP2杂化，形成大Π键，每一层都是六边形网状结构。由于间隙较大，电子可在同层中运动，可以导电，层间分子间力作用，所以石墨比较软。

25、(1)在硅酸盐晶体中，Al3+为什么能部分置换硅氧骨架中的Si4+；

(2) Al3+置换Si4+后，对硅酸盐组成有何影响?

(3)用电价规则说明Al3+置换骨架中的Si4+时，通常不超过一半，否

则将使结构不稳定。

解：（1）Al3+可与O2-形成[AlO4]5-；Al3+与Si4+处于第二周期，性质类似，易于进入硅酸盐晶体结构中与Si4+发生同晶取代，由于鲍林规则，只能部分取代；

（2）Al3+置换Si4+是部分取代，Al3+取代Si4+时，结构单元[AlSiO

4][ASiO

5

]，

失去了电中性，有过剩的负电荷，为了保持电中性，将有一些半径较大而电荷较低的阳离子如K+、Ca2+、Ba2+进入结构中；（3）设Al3+置换了一半的Si4+，则O2-与一个Si4+一个Al3+相连，阳离子静电键强度=3/431+4/431=7/4，O2- 电荷数为-2，二者相差为1/4，若取代超过一半，二者相差必然>1/4，造成结构不稳定。

晶体结构缺陷

1、说明下列符号的含义：

V Na，V Na’，V Cl?，.(V Na’V Cl?)，CaK?，CaCa，Cai??

解：钠原子空位；钠离子空位，带一个单位负电荷；氯离子空位，带一个单位正电荷；最邻近的Na+空位、Cl-空位形成的缔合中心；Ca2+占据K.位置，带一个单位正电荷；Ca原子位于Ca原子位置上；Ca2+处于晶格间隙位置。

2、写出下列缺陷反应式：

(1)NaCl溶入CaCl

2

中形成空位型固溶体；

(2)CaCl

2

溶人NaC1中形成空位型固溶体；

(3)NaCl形成肖脱基缺陷；

(4)AgI形成弗仑克尔缺陷(Ag+进入间隙)。

解：（1）NaCl Na Ca’+ Cl Cl + V Cl·

（2）CaCl2CaNa· + 2Cl Cl + V Na’

（3）O V Na’ + V Cl·（4）AgAg V Ag’ + Ag i·

3、MgO的密度是3.58克／厘米3，其晶格参数是0.42nm，计算单位晶胞MgO的

肖脱基缺陷数。

解：设有缺陷的MgO晶胞的晶胞分子数为x，晶胞体积V=(4.20)3，

x=ρVN

/M=3.96,单位晶胞的肖脱基缺陷数=4-x=0.04

4、(a)MgO晶体中，肖脱基缺陷的生成能为6eV，计算在25℃和1600℃时热缺陷

的浓度。(b)如果MgO晶体中，含有百万分之一摩尔的A1

2O

3

杂质，则在1600℃

时，MgO晶体中是热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势，说明原因。

解：（a）根据热缺陷浓度公式n/N=exp(-E/2RT)，

E=6eV=6×1.602×10-19=9.612×10-19J,

T=298k：n/N=1.92×10-51，T=1873k：n/N=8.0×10-9；

（b）在MgO中加入百万分之一的AL2O3，AL2O32AL Mg· + V Mg’’ + 3OO，∵[AL2O3]= 10-6，∴[杂质缺陷]=3×10-6/2=1.5×10-6，∴比较可知，杂质缺陷占优。

5、MgO晶体的肖特基缺陷生成能为84kJ／mol，计算该晶体在1000K和1500K

的缺陷浓度。

解：n/N=exp(-E/2RT)，R=8.314，T=1000k：n/N=6.4×10-3；T=1500k：n/N=3.5×10-2

6、非化学计量化合物FexO中，Fe3+／Fe2+=0.1，求Fe x O中的空位浓度及x值。解：Fe2O32Fe Fe· + 3OO + V Fe’’

y 2y y

Fe3+2y Fe2+1-3y O，

X=1-y=1-0.0435=0.9565,Fe0.9565O

[V Fe’’]===2.22310-2

7、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的密度将发生怎么样的变化?增

大还是减小?为什么?

解：

Zn(g)Zni·+ e’, Zn(g) + 1/2O2 = ZnO , Zni·+ e’+ 1/2O2ZnO , [ZnO]=[e’]，∴PO 2 [Zni·]ρ

O 2(g) OO + V Fe’’ + 2h

k=[OO][ V Fe’’][h·]/PO21/2=4[OO][ V Fe’’]3/ PO21/2 , [ V Fe’’] ∝PO2-1/6，

∴ PO2 [ V Fe’’]ρ

8、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的特点。解：刃位错：位错线垂直于位错线垂直于位错运动方向；螺位错：位错线平行于位错线平行于位错运动方向。

10、有两个相同符号的刃位错，在同一滑移面上相遇，它们将是排斥还是吸引？解：排斥，张应力重叠，压应力重叠

11、晶界对位错的运动将发生怎么样的影响？能预计吗？

解：晶界对位错运动起阻碍作用

12、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阵列来描述吗？

解：不能，在大角度晶界中，原子排列接近于无序的状态，而位错之间的距离可能只有一、两个原子的大小，不适用于大角度晶界

13、试述影响置换型固溶体的固溶度的条件。

解：（1）原子或离子尺寸的影响，△r<15%时，可以形成连续固溶体；△r=15%～30%时，只能形成有限型固溶体；△r>30%很难或不能形成固溶体；△r愈大，固溶度愈小；（2）晶体结构类型的影响，只有两种结构相同和△r<15%时才是形成连续固溶体的充分必要条件；（3）离子类型和键性，相互置换的离子类型相同，化学键性质相近，容易形成固溶体体；（4）电价因素，不等价置换不易形成连续固溶体。

14、从化学组成、相组成考虑，试比较固溶体与化合物、机械混合物的差别。

15、试阐明固溶体、晶格缺陷和非化学计量化合物三者之间的异同点，列出简明

表格比较。

解：固溶体、晶格缺陷、非化学计量化合物都是点缺陷，是晶体结构缺陷，都是单相均匀的固体，结构同主晶相。

O VM’’+ Vx

MM

17、Al 2O 3在MgO 中形成有限固溶体，在低共熔温度1995℃时，约有18重量％Al 2O 3 溶入MgO 中，假设MgO 单位晶胞尺寸变化可忽略不计。试预计下列情况的密 度变化。 (a) O 2-为填隙离子。 (b) A13+为置换离子。

解：设AL 2O 3、MgO 总重量为100g ，则AL 2O 318g ，MgO82g ，

溶入MgO 中AL 2O 3的mol 数：AL 2O 3 mol%==0.08=8%, MgO

mol%=1-8%=92%,固溶体组成：8% AL 2O 3，92%MgO ，固溶体组成式：

Al 0.16Mg 0.92O 1.16

(a) AL 2O 32AL Mg 2 + 2OO + O i ’’

X 2x x 固溶体化学式：Al 2x Mg 1-2x O 1+x

将化学式与组成式一一对应，求出待定参数x ，由于O 2-的量不同，将O 2-的量化为1

Al 0.16/1.16Mg 0.92/1.16O Al 2x/1+x Mg 1-2x/1+x O x=0.074，化学式Al 0.148Mg 0.852O 1.074

d 理想 = ，

=1.04

（b ）AL 2O 32AL Mg · + 3OO + O Mg ’’

x 2x x

Al 2x Mg 1-3x

O Al 0.16/1.16Mg 0.92/1.16

O

x= Al 0.138Mg 0.793

O

=0.97 18、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： Fe1-xS 和FeS1-x 。前者意味着是Fe 空位的缺陷结构；后者是Fe 被置换。 设想用一种实验方法以确定该矿物究竟属哪一类成分。

解：Fe 1-x S 中存在Fe 空位，V Fe ’’非化学计量，存在h 2 P 型半导体；FeS 1-x 中金

属离子过剩，存在S 2-空位，存在e’，N 型半导体；因Fe 1-x S 、FeS 1-x 分属不

同类型半导体，通过实验确定其半导体性质即可

19、说明为什么只有置换型固溶体的两个组份之间才能相互完全溶解，而填隙型

固溶体则不能。

解：（1）晶体中间隙位置是有限的，容纳杂质质点能力≤10%；（2）

间隙式固溶体的生成，一般都使晶格常数增大，增加到一定的程度，

使晶格变得不稳定而离解；置换固溶体形成是同号离子交换位置，

不会对接产生影响，所以可形成连续固溶体

20、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％，通常这一对元素将不利于形成置换型固溶体，其中前一因 素往往起主导作用。

仅根据提供的资料提出哪一对金属大概不会形成连续固溶体：Ta —W ，

解：

结构类型：体心立方相同

Pt—Pd r大-r小/ r大=20.7%>15%

电负性差=2.2-2.2=0

结构类型：面心立方

形成有限固溶体

Co—Ni r大-r小/ r大=0.4%<15%

电负性差：1.8-1.6=0.2

当T<427℃，Co Zn结构类型相

同可形成连续固溶体

Ti—Ta r

大

-r

小

/ r

大

=2.12%<15%

电负性差=1.5-1.5=0

当T>883℃，Ti Ta结构类型相

同可形成连续固溶体

21、对于MgO、Al

2O

3

，和Cr

2

O

3

，其正、负离子半径比分别为0.47、0.36和0.40，

则A1

20

3

和Cr

23

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的还是无限的?为什么?

解：（a）∵r大-r小/ r大=10%<15%，∴AL2O3和Cr2O3能形成连续固溶体；

（b）MgO—Cr2O

3中，r

大

-r

小

/ r大=15%，加之两者结构不同，∴固溶度是有限的。

22、某种NiO是非化学计量的，如果NiO中Ni3+/Ni2+=10-4，问每m3中有多少载

流子。

解：设非化学计量化合物为Ni

x

O，

Ni2O32Ni Ni· + 3OO + V Ni’’

y 2y y Ni3+2y Ni2+1-3y O Ni3+/Ni2+=2y/(1-3y)=10-x

则y=5×10-5，x=1-y=0.99995，Ni0.99995O

每m3中有多少载流子即为空位浓度：[V Ni’’]=y/(1+x)=2.5310-5

23、在MgO-Al

2O

3

和PbTiO

2

-PbZrO

3

中哪一对形成有限固溶体，哪一对形成无限固

溶体，为什么?

解：MgO-AL2O3：r大-r小/ r大=15%，即r Mg、r Al半径相差大，MgO（NaCl

型）、AL

2O

3

（刚玉）结构类型差别大，形成有限固溶体；

PbTiO

3-PbZrO

3

形成无限固溶体，因为尽管Ti4+、Zr4+半径相差较大（15. 28）,

但都是（ABO

3

）钙钛矿型结构，Ti4+、Zr4+都填充八面体空隙，该空隙体积较

大，可填入的阳离子的半径r值可在一定范围内变化，而不至于使结构变化。

24、将CaO外加到ZrO

2

中去能生成不等价置换固溶体，在1600℃时，该固体具有立方萤石结构，经x射线分析测定，当溶入0.15摩尔CaO时，晶胞参数

a=5.131A，实验测定密度D=0.5477克／cm3，对于CaO-Zr0

2

固溶体来说，从满足电中性来看，可以形成氧离子空位的固溶体也可形成Ca2+嵌入阴离子间隙中的固溶体，其固溶方程为：

请写出两种固溶体的化学式，并通过计算密度，判断生成的是哪一种固溶体。解：（1）对于置换式固溶体有 x=0.15，1-x=0.85，2-x=1.85，所以置换式固溶体化学式Ca0.15Zr0.85O1.85。有因为ZrO2属于萤石结构，晶胞分子数Z=4，晶胞中有Ca2+、Zr4+、O2-三种质点。

晶胞质量

d

置

= =5.55g/cm3；

（2）对于间隙固溶体，其化学式Ca2y Zr1-y O2，与已知组成Ca0.15Zr0.85O1.85相比，O2-不同，

Ca0.15Zr0.85O1.85Ca0.15×2/1.85Zr0.3/1.85O2

∴间隙式固溶体化学式Ca0.3×2/1.85Zr1.7/1.85O2

晶胞质量

d间= =6.014g/cm3，由此可判断生成的是置换型固溶体。

非晶态结构与性质

1．试述石英晶体、石英熔体、Na

2O?2SiO

2

熔体结构和性质上的区别。.

2．某熔体粘度在727℃时是108泊，1156℃时是104泊，要获得粘度为107泊的熔体，要加热到什么温度?

解：根据ln η=A+B/T ，727℃时，η=108P0，1156℃时，η=104P0，∴A=-5.32，

B=13324，当η=107P0时，则t=80℃。

3．在Na 2O —SiO 2系统及RO —SiO 2系统中随着SiO 2含量的增加，熔体的粘度将升

高而表面张力则降低，说明原因。

解：Na 2O-SiO 2系统中，SiO 2含量增加，η增大，σ减小；因为SiO 2含量增加，聚

合离子团尺寸增大，迁移阻力增大，η增大，e/r 减小，相互作用力减小， σ减小；RO-SiO 2系统中，SiO 2含量增加，η增大，σ减小；因为无SiO 2时 RO-O 2系统η很低，表面张力大；加入SiO 2，系统中出现聚合离子团，SiO 2 增加，聚合离子团尺寸增大，数目增大，η增大，σ减小。

4．说明在一定温度下同组成的玻璃比晶体具有较高的内能及晶体具有一定的熔 点而玻璃体没有固定熔点的原因。

解：玻璃的介稳性：熔体转变为玻璃过程中，是快速冷却，使玻璃在低温下保留 了高温时的结构状态，玻璃态是能量的介稳态，有自发放热而转变为晶体的 趋势；玻璃无固定熔点：熔体的结晶过程中，系统必有多个相出现，有固定 熔点；熔体向玻璃体转变时，其过程是渐变的，无多个相出现，无固定的熔 点，只有一个转化温度范围。

5．某窗玻璃含14Na 2O －14CaO －72SiO 2(重量百分数)，求非桥氧百分数。

6．网络外体(如Na 2O)加到SiO 2熔体中，使氧硅比增加，当O/Si≈2.5～3时，

即达到形成玻璃的极限，O/Si>3时，则不能形成玻璃，为什么?

解：在熔体结构中，不O/Si 比值对应着一定的聚集负离子团结构，如当O/Si 比值为2时，熔体中含有大小不等的歪扭的[SiO 2]n 聚集团（即石英玻璃熔

体）；随着O/Si 比值的增加，硅氧负离子集团不断变小，当O/Si 比值增至

4时，硅-氧负离子集团全部拆散成为分立状的[SiO 4]4-，这就很难形成玻璃。

7．按照在形成氧化物玻璃中的作用，把下列氧化物分为网络变体，中间体和网 络形成体： SiO 2，Na 2O ，B 2O 3，CaO ，Al 2O 3，P 2O 5，K 2O ，BaO 。

解：网络变体 Na 2O CaO K 2O BaO 中间体 Al 2O 3 网络形成体 SiO 2 B 2O 3 P 2O 5

9．试述微晶学说与无规则网络学说的主要观点，并比较两种学说在解释玻璃结

构上的共同点和分歧。

解：微晶学说：玻璃结构是一种不连续的原子集合体，即无数“晶子”分散在无定形介质中；“晶子”的化学性质和数量取决于玻璃的化学组成，可以是独立原子团或一定组成的化合物和固溶体等微晶多相体，与该玻璃物系的相平衡有关；“晶子”不同于一般微晶，而是带有晶格极度变形的微小有序区域，在“晶子”中心质点排列较有规律，愈远离中心则变形程度愈大；从“晶子”

部分到无定形部分的过渡是逐步完成的，两者之间无明显界限。无规则网络学说：玻璃的结构与相应的晶体结构相似，同样形成连续的三维空间网络结构。但玻璃的网络与晶体的网络不同，玻璃的网络是不规则的、非周期性的，因此玻璃的内能比晶体的内能要大。由于玻璃的强度与晶体的强度属于同一个数量级，玻璃的内能与相应晶体的内能相差并不多，因此它们的结构单元（四面体或三角体）应是相同的，不同之处在与排列的周期性。微晶学说强调了玻璃结构的不均匀性、不连续性及有序性等方面特征，成功地解释了玻璃折射率在加热过程中的突变现象。网络学说强调了玻璃中离子与多面体相互间排列的均匀性、连续性及无序性等方面结构特征。

10．什么是硼反常现象? 为什么会产生这些现象?

解：当数量不多的碱金属氧化物同B2O3一起熔融时，碱金属所提供的氧不像熔融SiO2玻璃中作为非桥氧出现在结构中，而是使硼氧三角体转变为由桥氧组成的硼氧四面体，致使B2O3玻璃从原来两度空间的层状结构部分转变为三度空间的架状结构，从而加强了网络结构，并使玻璃的各种物理性能变好。这与相同条件下的硅酸盐玻璃相比，其性能随碱金属或碱土金属加入量的变化规律相反，所以称之为硼反常现象。

表面结构与性质

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 ?

解：表面张力：垂直作用在单位长度线段上的表面紧缩力或将物体表面增大一个单位所需作的功；σ=力/总长度N/m

表面能：恒温、恒压、恒组成情况下，可逆地增加物系表面积须对物质所做的非体积功称为表面能；J/m2 =N/m

液体：不能承受剪应力，外力所做的功表现为表面积的扩展，因为表面张力与表面能数量是相同的；

固体：能承受剪切应力，外力的作用表现为表面积的增加和部分的塑性形变，表面张力与表面能不等。

2 ．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。解：同一种物质，其液体固体的表面结构不同，液体分子可自由移动，总是通过形成球形表面来降低其表面能；固体则不能，固体质点不能自由移动，只能通过表面质点的极化、变形、重排来降低系统的表面能，固体表面处于高能量状态（由于表面力的存在）

3 ．什么叫吸附、粘附 ? 当用焊锡来焊接铜丝时，用锉刀除去表面层，可使焊

接更加牢固，请解释这种现象。

解：吸附：固体表面力场与被吸附分子发生的力场相互作用的结果，发生在固体表面上，分物理吸附和化学吸附；

粘附：指两个发生接触的表面之间的吸引，发生在固液界面上；铜丝放在空

气中，其表面层被吸附膜（氧化膜）所覆盖，焊锡焊接铜丝时，只是

将吸附膜粘在一起，锡与吸附膜粘附的粘附功小，锉刀除去表面层露

出真正铜丝表面（去掉氧化膜），锡与铜相似材料粘附很牢固。4．方镁石的表面能为1000尔格/cm2，如果密度为3.68克/cm3，求将其粉碎为

1u颗粒时，每克需能量多少卡 ?

解：1J=107尔格（erg），1卡=4.1868J，

设方镁石为正方体边长为a ，V=a3，S表= 6a2，比表面积S表/V= 6a2/ a3 =6/a ，1c m方镁石颗粒粉碎为1μm颗粒时，比表面积增加为:104倍，增加的表面能为：=0.06卡/g 。

5 ．试说明晶界能总小于两个相邻晶粒的表面能之和的原因。

解：结构相同而取向不同的晶体相互接触，其接触界面称晶界。若相邻晶粒的原子彼此无作用，那么，每单位面积晶界能将等于两晶粒表面能之和，晶界结构和表面结构不同导致的。但实际上，两个相邻晶粒的表面层上的原子间存在相互作用，且很强（两者都力图使晶界上质点排列符合于自己的取向，所以晶界上原子形成某种过渡的排列方式，与晶格内却不同，晶界上原子排列疏松，处于应力畸变状态，晶界上原子比晶界内部相同原子有较高的能量），这种作用部分抵消了表面质点的剩余的键力。

7 ．1克石英在粉碎机中轧成粒度为1u的粉末时，重量增至1.02克，若这是吸

附了空气中水分的结果，试求吸附水膜的厚度( 假定破碎后颗粒为立方体 ) 解：设水膜厚度为h，水密度1g/cm3，1个粒度1μ的颗粒水膜重量为6×(10-4)2×h×1，1g石英可粉碎为N个1μ的粉末，石英密度2.65g/cm3 , N·(10-4)3×2.65=1N=3.77×1011, N个μ微粒水的量为1.02-1=0.02g h= =8.83310-7cm =8.83nm 。

8 ．真空中Al

2O

3

的表面张力约为900erg／cm2，液态铁的表面张力为

1729erg/cm2，同样条件下，界面张力 ( 液态铁—氧化铝 ) 约为

2300erg/cm2，问接触角有多大 ? 液态铁能否润湿氧化铝 ?

解：γ sg = γ lg cos θ + γ ls

cosθ= = =-0.8097

θ =144 ° 7' >90 °，不能润湿。

9 ．表面张力为500erg/cm2的某液态硅酸盐与某种多晶氯化物表面相接触，接

触角θ =45 °；若与此氧化物相混合，则在三晶粒交界处，形成液态小球，二面角φ平均为90 °，假如没有液态硅酸盐时，氧化物－氧化物界面的界面张力为 1000dyn/cm ，试计算氧化物的表面张力。

解：γ lg =500erg/cm2，求氧化物表面张力γsg ，

γsg =γlg cos45 °+ γls ，2xγls cos45 °=γss

γss =1000dyn/cm=10-2 N/cm=1N/m=1J/m 2

=103erg/cm 2

γsg =500·cos45 °+ =1060.5erg/cm 2。

10 MgO-Al 2O 3-SiO 2系统的低共熔物，放在 Si 3N 4陶瓷片上，在低共溶温度下，

液相的表面张力为 900erg/cm 2，液体与固体的界面能为 600erg/cm 2，测得 接触角为 70.52 °，(1) 求Si 3N 4的表面张力。 (2) 把Si 3N 4在低共熔温度

下进行热处理，测得其腐蚀的槽角为 123.75 °，求Si 3N 4的晶界能。(3) 如

果把 20 ％的低共熔物与Si 3N 4 粉末混合，加热到低共溶温度下，试画出由

低共熔物与Si 3N 4混合组成的陶瓷显微结构示意图。

解：(1)γgs =γgl cos70.52 °+γls

γgs =900cos70.52 °+600=900erg/cm 2

(2)γss =2cos

3 900=848.5erg/cm 2 复 习 提 纲 1 。基本概念：表面、晶界、相界、弛豫表面、重构表面、黏附、润湿、吸附 2 ．固体是如何降低系统的表面能的，为什么相同组成的固体的表面能总是高于

液体的表面能；

3 ．固体的表面力场的分类和本质，晶体的表面结构特点，表面粗糙度、表面微

裂纹对表面力场的影响；

4 ．固体的界面行为对固体表面结构和性质的影响；粗糙表面的润湿行为；

相平衡与相图

1 ．固体硫有两种晶型 ( 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。

2 ．图（ 1 ）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，并把图中各无变点的 平衡特征用式子表示出来。(2) 系统中哪种晶型为稳定相 ? 那种晶型为介稳 相 ? (3) 各晶型之间的转变是单向转变还是双向转变 ?

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；

(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；

多晶转变点的温度高于两种晶型的熔点；

Ⅱ、Ⅲ转变可逆的，双向的，多晶转变

点温度低于Ⅱ、Ⅲ的熔点。

3 ．在SiO

2

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

4 ．根据Al2O3—SiO2系统相图说明：

(1) 铝硅质耐火材料，硅砖 (含SiO2>98％)、粘土砖(含Al2O335 ～50 ％) 、

高铝砖(含Al

2O

3

60～90％)、刚玉砖(含 Al

2

O

3

>90％)内，各有哪些主要的晶相。

(2) 为了保持较高的耐火度，在生产硅砖时应注意什么 ?

(3) 若耐火材料出现 40 ％液相便软化不能使用，试计算含 40(mol) Al2O3的粘土砖的最高使用温度。

解：(1) 硅砖(含SiO2 >98%)主要晶相：SiO

2、2Al

2

3

2 2SiO

3

固溶体（莫来石）

粘土砖(含 Al

20

3

35 ～ 50%) 主要晶相： SiO

2

、A3S2

高铝砖(含 Al

20

3

60 ～ 90%) 主要晶相： 60 ～ 72%A

3

S

2

72 ～ 90% Al

20

3

、A

3

S

2

(2)为了保持硅砖的耐火度，要严格防止原料中混如 Al

20

3

。 SiO

2

熔点为

1723℃ ， SiO

2液相很陡，加入少量的Al

2

3

后，硅砖中会产生大量的液

相， SiO

2的熔点剧烈下降。如加入1wt% Al

2

3

，在低共熔点(1595 ℃)

时产生的液相量为 1/5.5=18.2% ，会使硅砖的耐火度大大下降

5．在 CaO-SiO2系统与 Al2O3-SiO2系统中SiO2的液相线都很陡，为什么在硅砖中可掺人约 2 ％的 CaO 作矿化剂而不会降低硅砖的耐火度，但在硅砖中却要严格防止原料中混入 Al2O3 否则会使硅砖耐火度大大下降。

解： SiO2 中加入少量的 CaO ，在低共熔点1436 ℃ 时，液相量为 2/37=5.4% ，液相量增加不多，不会降低硅砖的耐火度，故可加少量 CaO 作矿化剂

6 ．加热粘土矿物高岭石(Al2O32 2SiO22 2H2O) 至600 ℃时，高岭石分解

为水蒸气和Al2O322SiO2，继续加热到1595 ℃时会发生什么变化？在这温度下长时间保温达到平衡，系统的相组成如何？当系统生成 40 ％液相时，应达到什么温度？在什么温度下该粘土完全熔融 ?

解： Al

20

3

2 2SiO

2

2 H

2

O Al

2

3

2 2SiO

2

+ H

2

O

Al

20

3

2 2SiO

2

相图中 SiO

2

%=33%mol

(1)加热到1595 ℃ 时，生成A

3S 2

(2) 1595 ℃ 长时间保温，系统中为液相和A

3S

2

， L%= =21.8%

(4)完全熔融即固相完全消失，应为 33% 直线与液相线交点处温度。

7 ．图（２）是最简单的三元系统投影图，图中等温线从高温到低温的次序是

t6 >t5 >t4 >t3 >t2 >t1 根据此投影图回答：

(1) 三个组分 A 、B 、C 熔点的高低次序是怎样排列的。

(2) 各液相面下降的陡势如何 ? 那一个最陡 ? 那一个最平坦 ?

(3) 指出组成为 65 ％ A ， 15 ％ B ， 20 ％ C 的系统的相组成点，此系统在什么温度下开始结晶 ? 结晶过程怎样 ? （表明液、固相组成点的变化及结晶过程各阶段中发生的变化过程）。

(4) 计算第一次析晶过程析出晶相的百分数是多少 ? 第二次析晶过程结束时，系统的相组成如何 ? 结晶结束时系统的相组成又如何 ?

解：(1)高→低B→C→A (2)B最陡，C次之，A最次；

(3)在 M 点所在的温度下开始析晶，

液相组成点M→M→1→E （结晶结束）固相组成点A→ A→ D→ M

(4)第一次析晶仅析出晶相 A ，到 M 1 时第一次析晶结束，晶相 A 的百分

数为 65% ，

结晶结束时，析晶相 A 、 B 、 C ，液相消失，固相组成点在 M 点。

8 ．图 (3) 为生成二个一致熔融二元化合物的三元系统，据图回答下列问题：

(1) 可将其划分为几个简单的三元系统 ?

(2) 标出图中各边界及相区界线上温度下降方向，

(3) 判断各无变量点的性质，并将它们的平衡特征式子表示出来。

解：

9 ．图 (４) 是生成一致熔融二元化合物 (BC) 的三元系统投影图。设有组成为：

A:35％，B:35％，C:30％的熔体，试确定其在图中的位置。冷却时该熔体在何温度下开始析出晶体。

解： M 点所在温度约1050 ℃ ，1050 ℃ 开始析晶

10 ．如图(5) A-B-C 三元系统相图，根据相图回答下列问题：

1 ．在图上划分副三角形、用箭头表示各条界线上温度下降方向及界线的性质；

2 ．判断化合物 D 、 M 的性质；

3 ．写出各三元无变量点的性质及其对应的平衡关系式；

4 ．写出组成点 G 在完全平衡条件下的冷却结晶过程；

5 ．写出组成点 H 在完全平衡条件下进行加热时，开始出现液相的温度和完

全熔融的温度；写出完全平衡条件下进行冷却，结晶结束时各物质的百分含量（用线段比表示）。

10 、

解：

(1)见图，付三角形 3 分，界线性质 1 分，界线上温度降低的方向；

(2) D ，一致熔融二元化合物，高温稳定、低温分解；M ，不一致熔融三

元化合物；

(3) E1 ，单转熔点，L+A←→C+M E2 ，低共熔点，L←→C+B+M

E3 ，单转熔点，L+A←→B+M E4 ，过渡点，

(4)L

(5) E2 温度，H 点所在温度；过H点做副三角形BCM的两条边CM 、BM的

平行线HH

1、HH

2

，C%=BH

2

/BC 3100% ， B%=CH

1

/BC3100% ，

C%=H

1H

2

/BC3100% 。

11．根据图(6) 回答下列问题：

(1) 说明化合物 S1 、 S2 的性质；

(2) 在图中划分分三元系统及用箭头指示出各界线的温度下降方向及性质；

(3) 指出各无变点的性质并写出各点的平衡关系；

(4) 写出 1 、 3 组成的熔体的冷却结晶过程 ( 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变化过程 ) 。并总结判断结晶产物和

结晶过程结束点的规律；

(5) 计算熔体 l 结晶结束时各相百分含量，若在第三次结晶过程开始前将

其急冷却 ( 这时液相凝固成为玻璃相 ) 各相的百分含量又如何 ?( 用

线段表示即可 ) ；

(6) 加热组成 2 的三元混合物将于哪一点温度开始出现液相 ? 在该温度

下生成的最大液相量是多少 ? 在什么温度下完全熔融 ? 写出它的加

热过程。

解：(1) S 组成点在三角形内且位于初晶区外，不一致熔融三元化合物；

(2)结晶过程 2 点位于 A 初晶区，在 AS 连线上，结晶产物为 A 、 S

3 点位于 A 初晶区，在△ BCS 内，结晶产物为 B 、 C 、 S

(3) 5 点冷却过程

6 点冷却过程

12下图为具有化合物生成的三元系统相图，根据此三元系统相图解答下列问题

(1)判断各化合物的性质；

(2) 用箭头表示相区界线温度变化方向及界线性质；

(3) 划分副三角形，并写出各三元无变量点的平衡过程及性质；

(4) 用规范化写法写出 M 点对应组分的平衡结晶过程；

(5) N 点对应的三元组成点加热时在那一点温度下开始出现？哪一点温度

下完全熔化？

解：(1) S1 不一致熔融二元化合物，高温稳定，低温分解

S2 一致熔融二元化合物

S3 不一致熔融二元化合物，低温稳定，高温分解 (2) 见图

(3) E1 ，过渡点，

E2 ，单转熔点，

E3 ，过渡点，

E4 ，低共熔点，

E5 ，低共熔点，

(4)

(5)在 E5 点出现液相，在 N 点所在温度完全熔融。

15．对课本的 MgO-Al2O3-Si02系统和 K2O —Al2O3-SiO2 系统相图划分副三角形。

16．参看 CaO-Al2O3-Si02 系统相图，回答下列问题：

(1) 组成为 66 ％ CaO ， 26 ％ Si02 ， 8 ％ Al2O3 ，即书中 3 点的水泥配料将于什么温度开始出现液相 ? 这时生成的最大液相量是多少 ( 根据详

6 图 CaO-C2S-C12A4 部分系统计算 ) 。

(2) 为了得到较高的 C2S 含量，题 (1) 组成的水泥烧成后急冷好，还是缓冷让其充分结晶好 ?

(3) 欲得到题 (1) 组成的水泥，若只用高岭土和石灰石

(Al2O322Si0222H20 和 CaCO3) 配料，能否得到该水泥的组成点 ? 为什么 ? 若不能，需要加入何种原料 ? 并计算出所需各种原料的百分含量。

解：(1) k 点开始出现液相，温度为1455 ℃ ,连接 3k 交 CaO-C

3

S

线于 6 点 , 线段长度可直接量取；

(2)急冷好， k 点将进行转熔过程 L +C

3SC

2

S +C

3

A

这样C

3S量会减少，急冷使转熔过程来不及进行，从而提高C

3

S含量；

(3)AS

2与CaCO

3

配料，不能得到 3 点矿物组成

3 点组成66CaO 1.179mol 26SiO2 0.433mol 8Al203 0.078mol

化成mol% 69.76% 25.62% 4.62% SiO2 mol%/Al203 mol%=5.55

题目中组成点Al203·2SiO2·2H2O与CaCO3配料, SiO2 mol%/Al203 mol%=2 :1

二者比较，SiO

2量不够，所以需加入SiO

2

。

设配料100g ,含66g CaO，26g SiO2，8g Al203 66g CaO化成CaCO

3

量66/56 × 100=117.86g

8g Al

20

3

化成 Al

2

3

·2SiO

2

·2H

2

O 量8/102 × 258=20.24g

AS2 · 2H2O提供SiO2 8/102 × 2 × 60=9.41g

还需SiO2量20.24-9.41=10.83g

CaCO3 wt%=79.14% ，AS2· 2H2O wt%=13.59% ，SiO2 wt%=7.27%

无机材料科学基础答案

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

无机材料科学基础试题及答案

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

无机材料科学基础习题答案

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。

无机材料科学基础 陆佩文 课后答案

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

无机材料科学基础第九章习题

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

无机材料科学基础复习重点

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）、

无机材料科学基础答案第六,七,九,十章习题答案

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。

无机材料科学基础试卷资料

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）

无机材料科学基础题库_选择题

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

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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。

无机材料科学基础期末试题及答案

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

无机材料科学基础课后习题答案(6)

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%

无机材料科学基础课后习题答案(6)

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？

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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>

陆佩文-无机材料科学基础-习题

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 -?->

无机材料科学基础答案第十章

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

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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

无机材料科学基础答案..

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