第一篇：無機材料科學基礎(chǔ)試卷

一、名詞解釋（20分）：

1.不一致熔融化合物，連線規(guī)則

答： 不一致熔化合物是一種不穩(wěn)定的化合物，加熱到一定溫度會發(fā)生分解，分解產(chǎn)物是一種液相和一種固相，液相和固相的組成與化合物組成都不相同。（2.5分）

連線規(guī)則：將一界線（或其延長線）與相應的連線（或其延長線）相交，其交點是該界線上的溫度最高點。（2.5分）2.非本征擴散，穩(wěn)定擴散 非本征擴散：受固溶引入的雜質(zhì)離子的電價和濃度等外界因素所控制的擴散?；蛴刹坏葍r雜質(zhì)離子取代造成晶格空位，由此而引起的質(zhì)點遷移。（2.5）

穩(wěn)定擴散：若擴散物質(zhì)在擴散層dx內(nèi)各處的濃度不隨時間而變化，即dc/dt=0。這種擴散稱穩(wěn)定擴散。（2.5分）3.非均勻成核, 一級相變

非均勻成核：是指借助于表面、界面、微粒裂紋器壁以及各種催化位置等而形成晶核的過程 一級相變：體系由一相變?yōu)榱硪幌鄷r，如兩相的化學勢相等但化學勢的一級偏微商(一級導數(shù))不相等的稱為一級相變。（2.5）4.晶粒生長，二次再結(jié)晶

晶粒生長：平衡晶粒尺寸在不改變其分布的情況下，連續(xù)增大的過程。（2.5分）二次再結(jié)晶：是少數(shù)巨大晶粒在細晶消耗時成核長大的過程。（2.5分）5.一致熔融化合物，三角形規(guī)則

答：一致熔融化合物是一種穩(wěn)定的化合物，與正常的純物質(zhì)一樣具有固定的熔點，熔化時，產(chǎn)生的液相與化合物組成相同。（2.5分）三角形規(guī)則：原始熔體組成點所在副三角形的三個頂點表示的物質(zhì)即為其結(jié)晶產(chǎn)物；與這三個物質(zhì)相應的初初晶區(qū)所包圍的三元無變量點是其結(jié)晶結(jié)束點。（2.5分）6.晶粒生長，二次再結(jié)晶

晶粒生長：平衡晶粒尺寸在不改變其分布的情況下，連續(xù)增大的過程。（2.5分）二次再結(jié)晶：是少數(shù)巨大晶粒在細晶消耗時成核長大的過程。（2.5分）7.液相獨立析晶，切線規(guī)則

答：液相獨立析晶：是在轉(zhuǎn)熔過程中發(fā)生的，由于冷卻速度較快，被回收的晶相有可能會被新析出的固相包裹起來，使轉(zhuǎn)熔過程不能繼續(xù)進行，從而使液相進行另一個單獨的析晶過程，就是液相獨立析晶。（2.5）

切線規(guī)則：將界線上某一點所作的切線與相應的連線相交，如交點在連線上，則表示界線上該處具有共熔性質(zhì)；如交點在連線的延長線上，則表示界線上該處具有轉(zhuǎn)熔性質(zhì)，遠離交點的晶相被回吸。

8.本征擴散，不穩(wěn)定擴散，．答：本征擴散：空位來源于晶體結(jié)構(gòu)中本征熱缺陷，由此而引起的質(zhì)點遷移。（2.5）不穩(wěn)定擴散：擴散物質(zhì)在擴散層dx內(nèi)的濃度隨時間而變化，即dc/dt≠0。這種擴散稱為不穩(wěn)定擴散。（2.5分）9.均勻成核，二級相變, 答：均勻成核是晶核從均勻的單相熔體中產(chǎn)生的過程。（2.5分）

相變時兩相化學勢相等，其一級偏微商也相等，但二級偏微商不等的相變。（2.5分）10.燒結(jié)，泰曼溫度

答：燒結(jié)：由于固態(tài)中分子（或原子）的相互吸引，通過加熱，使粉末體產(chǎn)生顆粒粘結(jié)，經(jīng)過物質(zhì)遷移使粉末體產(chǎn)生強度并導致致密化和再結(jié)晶的過程。（2.5）泰曼溫度：反應物開始呈現(xiàn)顯著擴散作用的溫度。（2.5）

二、選擇題（12分）：

1.據(jù)范特荷夫規(guī)則,純固相反應，反應過程是（A）A.放熱過程 B.等溫過程 C.吸熱過程

2.在反應溫度下，當固相反應的某一相發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變時，反應速度是（B）A.無影響 B.加快 C.減慢

3.表面擴散系數(shù)Ds，界面擴散系數(shù)Dg，晶格擴散系Db的關(guān)系是（Ａ）A.Ds﹥Dg﹥Db B.Ds﹥Db﹥Dg C.Db﹥Ds﹥Dg D.Db﹥Dg﹥Ds 4.同一種物質(zhì)在晶體中的擴散系數(shù)（Ｃ）在玻璃中的擴散系數(shù) A．大于 B．等于 C．小于 D．不確定

5.A，B進行反應生成AmBn,為擴散控制的固相反應，若DB》DA，則在AmBn-A界面上，反應物B的濃度CB為（Ｂ）

A.1 B.0 C.不確定

6.燒結(jié)中晶界移動的推動力是（Ｂ）

A.表面能 B.晶界兩側(cè)自由焓差 C.空位濃度差 7.陶瓷經(jīng)燒結(jié)后在宏觀上的變化表述不正確的是（Ｄ）

A.強度增加 B.體積收縮 C.氣孔率降低 D.致密度減少 8.金斯特林格方程采用的反應截面模型為（B）A.平板 B.球體 C.球殼 D.圓柱

9.下列過程中，哪一個能使燒結(jié)體的強度增加而不引起坯體收縮？（Ａ）A.蒸發(fā)-凝聚 B.體積擴散 C.流動傳質(zhì) D.溶解-沉淀 10.下列屬于逆擴散過程的是（Ｂ）

A.二次再結(jié)晶 B.雜質(zhì)的富集于晶界 C.布朗運動

11.在制造透明Al2O3陶瓷材料時，原料粉末的粒度為2μm，在燒結(jié)溫度下保溫30分鐘，測得晶粒尺寸為10μm。若在同一燒結(jié)溫度下保溫4小時，晶粒尺寸為（Ｄ）, 為抑制晶粒生長加入0.1％MgO，此時若保溫4小時，晶粒尺寸為（Ｂ）。A.16μm B.20μm C.24μm D.28μm 7.同一種物質(zhì)在晶體中的擴散系數(shù)（Ｃ）在玻璃中的擴散系數(shù) A．大于 B．等于 C．小于 D．不確定 10.純固相反應，反應過程是（Ａ）

A.放熱過程 B.等溫過程 C.吸熱過程

1、楊德爾方程采用的反應截面模型為（A）。A.平板 B.球體 C.球殼 D.圓柱

3、一般情況下，離子晶體較大離子的擴散多半是通過（A）

A.空位機構(gòu) B.直接易位 C.間隙擴散 D.亞間隙機構(gòu)

4、在反應溫度下，當固相反應的某一相發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變時，反應速度是（A）A.加快 B.減慢 C.無影響

5、表面擴散活化能Qs，界面擴散活化能Qg，晶格擴散活化能Qb的關(guān)系是（B）A.Qs﹥Qg﹥Qb B.Qb﹥Qg﹥Qs C.Qb﹥Qs﹥Qg D.Qs﹥Qb﹥Qg 4.下列屬于逆擴散過程的是（B）

A.二次再結(jié)晶 B.晶界的內(nèi)吸附 C.布朗運動 7.以下屬于馬氏體相變特征的是（A）

A.無擴散性 B.不存在習性平面 C.相變速度低 D.有特定的轉(zhuǎn)變溫度

三、填空題（18分）

1.燒結(jié)的主要傳質(zhì)方式有蒸發(fā)-凝聚傳質(zhì)、擴散傳質(zhì)、流動傳質(zhì)和溶解-沉淀傳質(zhì)四種，產(chǎn)生這四種傳質(zhì)的原因依次為（壓力差）、（空位濃度差）、（應力—應變）和（溶解度）。2.均勻成核的成核速率Iv由（受核化位壘影響的成核率因子）和（受原子擴散影響的成核率因子）因子所決定的。

3.菲克第一定律的應用條件是（穩(wěn)定擴散），菲克第二定律的應用條件是（不穩(wěn)定擴散）。4.液-固相變過程的推動力為（過冷度）、（過飽和濃度）和（過飽和蒸汽壓）。5.固體內(nèi)粒子的主要遷移方式有（空位機構(gòu)）、（間隙機構(gòu)）。

6.如晶體純度降低，擴散系數(shù)與溫度關(guān)系曲線中本征與非本征擴散的轉(zhuǎn)折點（向左）。7.合成鎂鋁尖晶石，可選擇的原料為MgCO3 , MgO, γ-Al2O3, α-Al2O3, 從提高反應速率的角度出發(fā)選擇（MgCO3），（α-Al2O3）原料較好。

8.在均勻成核時，臨界成核位壘ΔGk=（1/3Akγ）,其值相當于（新相界面能的1/3）

具有臨界半徑rk的粒子數(shù)nk/N=（exp（-ΔGk/RT））。

9.液-固相變時，非均勻成核位壘與接觸角θ有關(guān)，當θ為（180o）時，非均勻成核位壘與均勻成核位壘相等。

10.成核生長機理的相變過程需要有一定的過冷或過熱，相變才能發(fā)生，在（相變過程放熱）情況下需要過冷。

11.在制硅磚時，加入氧化鐵和氧化鈣的原因（作為礦化劑，產(chǎn)生不同晶型石英溶解度不同的液相），能否加入氧化鋁（不能）。

12.在液相線以下的分相區(qū)的亞穩(wěn)區(qū)內(nèi)，其分解機理為（成核-生長機理），新相成（孤立的球形顆粒）狀，不穩(wěn)定區(qū)的分解機理為（旋節(jié)分解區(qū)（Spinodale）），新相成（高度連續(xù)性的非球形顆粒）狀。

6.如雜質(zhì)的量增加，擴散系數(shù)與溫度關(guān)系曲線中本征與非本征擴散的轉(zhuǎn)折點（向左）。9.液-固相變時，非均勻成核位壘與接觸角θ有關(guān)，當θ為（０°）時，非均勻成核位壘為零。

1、根據(jù)擴散的熱力學理論，擴散的推動力是（化學位梯度），而發(fā)生逆擴散的條件是（熱力學因子＜0，正擴散＞0）。

2、熔體是物質(zhì)在液相溫度以上存在的一種高能量狀態(tài)，在冷卻的過程中可以出現(xiàn)（結(jié)晶化）、（玻璃化）和（分相化）三種不同的相變過程。

3、馬氏體相變具有以下的一些特征：（存在習性平面）、（相變速率高）、（無特定相變溫度）和（）等。

4、從熔體中析晶的過程分二步完成，首先是（成核），然后就是（晶體生長）過程。均勻成核的成核速率Iv由（P）和（D）因子所決定的。

本征擴散是由（熱缺陷）而引起的質(zhì)點遷移，本征擴散的活化能由（形成能）和（空位遷移能）兩部分組成。

熔體的析晶過程分二步完成，先是（），然后是（）過程。均勻成核的成核速率Iυ由（）因子（）和（）因子所決定的。

7、菲克第一定律J=-Ddc/dx的應用條件是（穩(wěn)定擴散），菲克第二定律dc/dt=Ddc/dx的應用條件是（非穩(wěn)定擴散）

8、相變過程的推動力為（過冷度）、（過飽和度）和（過飽和蒸汽壓）

9、在三元系統(tǒng)中，無變量點有三種，分別是（低共熔）、（單轉(zhuǎn)熔）和（雙轉(zhuǎn)熔）

11、擴散系數(shù)D=D0exp(-Q/RT)中，空位擴散活化能Q由（形成能）（空位遷移能）組成，間隙擴散活化能Q由（間隙原子遷移能）組成。

12、實驗測得NaCl的擴散系數(shù)與溫度關(guān)系如右圖所示

如提高NaCl晶體純度，兩直線的轉(zhuǎn)折點

變化規(guī)律為（向下移動）。

高溫區(qū)是（本征）擴散，低溫區(qū)是（非本征）擴散。

14、析晶相變過程的推動力是（過冷度），過飽和濃度），（過飽和蒸汽壓）；在均勻成核時，臨界成核位壘ΔGk=（1/3Akγ）,其值相當于（新相界面能的1/3），具有臨界半徑rk的粒子數(shù)nk/N=（exp（-ΔGk/RT））。

15、液-固相變時，非均勻成核位壘與接觸角θ有關(guān)，當θ為（90°）時，核化位壘下降一半

16、成核生長機理的相變過程需要有一定的過冷或過熱，相變才能發(fā)生，在（△H＜0）情況下需要過冷，（△H＞0）情況下需要過熱。

18、某硅酸鹽熔體，無析晶區(qū)，要使其析晶應采取（加入成核劑，作為成核基體，移動成核速率曲線）辦法；自發(fā)析晶能力大的熔體，采?。崩洌┑拇胧┦谷垠w來不及析晶而玻璃化。

19、在液相線以下的分相區(qū)的亞穩(wěn)區(qū)內(nèi)，其分解機理為（成核生長機理），新相成（孤立球形狀）狀，不穩(wěn)定區(qū)的分解機理為（調(diào)幅分解機理），新相成（連續(xù)蠕蟲）狀。

四、簡答題（32分）

1、影響固相反應的因素有那些？（6分）

答：影響固相反應的因素有反應物化學組成與結(jié)構(gòu)的影響；顆粒度和分布影響；反應溫度、壓力、氣氛影響；礦化劑的影響。（6分）

2、從熱力學、動力學特性、形貌等對比不穩(wěn)分解和均勻成核成長這兩種相變過程。如何用實驗方法區(qū)分這兩種過程？（9分）

答：不穩(wěn)分解：在此區(qū)域內(nèi)，液相會自發(fā)分相，不需要克服熱力學勢壘，無成核-長大過程，分相所需時間極短，第二相組成隨時間連續(xù)變化，在不穩(wěn)分解分相區(qū)內(nèi)，隨著溫度的降低、時間的延長，析出的第二相在母液中相互貫通，形成蠕蟲狀結(jié)構(gòu)。（4分）

成核-生成：在此區(qū)域內(nèi)，在熱力學上，系統(tǒng)對微小的組成起伏是亞穩(wěn)的，形成新相需要做功，即存在成核勢壘，新相形成如同結(jié)晶過程的成核-長大機理，分相所需時間長，分出的第二相組成不隨時間變化。隨著溫度的降低、時間的延長，析出的第二相在母液中逐漸長大，形成孤立球狀結(jié)構(gòu)。（4分）

用TEM觀察分相以后形貌，若兩相無明顯的連續(xù)性，第二相呈孤立球狀，則為成核-生長分相；若兩相形成互相交織的“蠕蟲狀”，則為不穩(wěn)分解相變過程。（1分）

3．晶界移動遇到氣孔時會出現(xiàn)幾種情況，從實現(xiàn)致密化目的考慮，晶界應如何移動？怎樣控制？（10分）

答：燒結(jié)初期，晶界上氣孔數(shù)目很多，此時氣孔阻止晶界移動，Vb=0。（2分）燒結(jié)中、后期，溫度控制適當，氣孔逐漸減少?？梢猿霈F(xiàn)Vb=Vp，此時晶界帶動氣孔以正常速度移動，使氣孔保持在晶界上，氣孔可以利用晶界作為空位傳遞的快速通道而迅速匯集或消失。（2分）繼續(xù)升溫導致Vb》Vp，晶界越過氣孔而向曲率中心移動，氣孔包入晶體內(nèi)部，只能通過體積擴散排除，這是十分困難的。（2分）

從實現(xiàn)致密化目的考慮，晶界應帶動氣孔以正常速度移動，使氣孔保持在晶界上，氣孔可以利用晶界作為空位傳遞的快速通道而迅速匯集或消失。（2分）控制方法：控制溫度，加入外加劑等。（2分）

4.試比較楊德爾方程和金斯特林格方程的優(yōu)缺點及其適用條件。（7分）答：楊德爾方程在反應初期具有很好的適應性，但楊氏模型中假設球形顆粒反應截面積始終不變，因而只適用反應初期轉(zhuǎn)化率較低的情況。（4分）而金氏模型中考慮在反應進程中反應截面積隨反應進程變化這一事實，因而金氏方程適用范圍更廣，可以適合反應初、中期。兩個方程都只適用于穩(wěn)定擴散的情況。（4分）5.相變過程的推動力是什么？（8分）

答：總的推動力：相變過程前后自由能的差值 ①、相變過程的溫度條件

在等溫等壓下，ΔG=ΔH-TΔS 在平衡條件下，ΔG＝0，則ΔS=ΔH/T0 式中：T0——相變的平衡溫度；ΔH——相變熱。

在任意一溫度了的不平衡條件下，則有ΔG=ΔH-TΔS≠0 若ΔH與ΔS不隨溫度而變化，ΔG=ΔH-TΔH/T0=ΔH（T0-T）/T0=ΔHΔT/T0 相變過程放熱ΔHO，TO，要使ΔG<0，須有ΔTT0,過熱。

因此相平衡理論溫度與系統(tǒng)實際溫度之差即為該相變過程的推動力。(2分)②．相變過程的壓力和濃度條件

(1)氣相，恒溫下ΔG=RTlnP0/P 欲使ΔG <0，須P>P0 即汽相過飽和。(2分)(2)溶液 ΔG=RTlnC0/C 欲使ΔG <0，須C>C0 即液相過飽和。(2分)綜上所述，相變過程的推動力應為過冷度、過飽和濃度、過飽和蒸汽壓。即相變時系統(tǒng)溫度、濃度和壓力與相平衡時溫度、濃度和壓力之差值。(2分)6．燒結(jié)的主要傳質(zhì)方式有那些?分析產(chǎn)生的原因是什么?（8分）

答：燒結(jié)初期，晶界上氣孔數(shù)目很多，此時氣孔阻止晶界移動，Vb=0。（1分）燒結(jié)中、后期，溫度控制適當，氣孔逐漸減少?？梢猿霈F(xiàn)Vb=Vp，此時晶界帶動氣孔以正常速度移動，使氣孔保持在晶界上，氣孔可以利用晶界作為空位傳遞的快速通道而迅速匯集或消失。（2分）繼續(xù)升溫導致Vb》Vp，晶界越過氣孔而向曲率中心移動，氣孔包入晶體內(nèi)部，只能通過體積擴散排除，這是十分困難的。（2分）

從實現(xiàn)致密化目的考慮，晶界應帶動氣孔以正常速度移動，使氣孔保持在晶界上，氣孔可以利用晶界作為空位傳遞的快速通道而迅速匯集或消失。（1分）控制方法：控制溫度，加入外加劑等。（2分）7．說明影響擴散的因素？（6分）

答：化學鍵：共價鍵方向性限制不利間隙擴散，空位擴散為主。金屬鍵離子鍵以空位擴散為主，間隙離子較小時以間隙擴散為主。（1分）

缺陷：缺陷部位會成為質(zhì)點擴散的快速通道，有利擴散。（1分）

溫度：D=D0exp（-Q/RT）Q不變，溫度升高擴散系數(shù)增大有利擴散。Q越大溫度變化對擴散系數(shù)越敏感。（1分）

雜質(zhì)：雜質(zhì)與介質(zhì)形成化合物降低擴散速度；雜質(zhì)與空位締合有利擴散；雜質(zhì)含量大本征擴散和非本征擴散的溫度轉(zhuǎn)折點升高。（1分）

擴散物質(zhì)的性質(zhì)：擴散質(zhì)點和介質(zhì)的性質(zhì)差異大利于擴散。（1分）

擴散介質(zhì)的結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)緊密不利擴散。（1分）

8、MoO3和CaCO3反應時，反應機理受到CaCO3顆粒大小的影響，當MoO3：CaCO3 =1：1，r MoO3 =0.036㎜, r CaCO3 =0.13㎜時, 反應是擴散控制的。當MoO3：CaCO3 =1：15，r CaCO3﹤0.03㎜時，反應由升華控制，試解釋這種現(xiàn)象。（8分）

答：當MoO3的粒徑r1為0.036mm，CaCO3的粒徑r2為0.13mm時, CaCO3顆粒較大且大于MoO3，生成的產(chǎn)物層較厚，擴散阻力較大，所以反應由擴散控制，反應速率隨著CaCO3顆粒度減小而加速，（4分）當r2

9、試用圖例說明過冷度對核化、晶化速率和晶粒尺寸等的影響，如無析晶區(qū)又要使其析晶應采取什么措施？（8分）

答：過冷度過大或過小對成核與生長速率均不利，只有在一定過冷度下才能有最大成核和生長速率。（2分）若ΔT大，控制在成核率較大處析晶，易得晶粒 多而尺寸小的細晶；（1分）

若ΔT小，控制在生長速率較大處析晶則容易獲 得晶粒少而尺寸大的粗晶；（1分）

如果成核與生長兩曲線完全分開而不重疊，則無析 晶區(qū)，該熔體易形成玻璃而不易析晶；若要使其在一定 過冷度下析晶，一般采用移動成核曲線的位置，使它向

生長曲線靠攏?？梢杂眉尤诉m當?shù)暮嘶瘎?，使成核位壘降低，用非均勻成核代替均勻成核。使兩曲線重疊而容易析晶。（2分）要使自發(fā)析晶能力大的熔體形成玻璃，采取增加冷卻速度以迅速越過析晶區(qū)的方法，使熔體來不及析晶而玻璃化。（2分）

10、簡述晶粒生長與二次再結(jié)晶的特點，以及造成二次再結(jié)晶的原因和控制二次再結(jié)晶的方法。（10分）

答：晶粒生長：坯體內(nèi)晶粒尺寸均勻地生長，服從Dl∝d／f公式；平均尺寸增長，不存在晶核，界面處于平衡狀態(tài)，界面上無應力；晶粒生長時氣孔都維持在晶界上或晶界交匯處。（3分）

二次再結(jié)晶是個別晶粒異常生長，不服從上式；二次再結(jié)晶的大晶粒的面上有應力存在，晶界數(shù)大于10的大晶粒，成為二次再結(jié)晶的晶核；二次再結(jié)晶時氣孔被包裹到晶粒內(nèi)部。（3分）

從工藝控制考慮，造成二次再結(jié)晶的原因主要是原始粒度不均勻、燒結(jié)溫度偏高。（2分）防止二次再結(jié)晶的最好方法是引入適當?shù)奶砑觿芤种凭Ы邕w移，有效地加速氣孔的排除；控制燒結(jié)溫度 ；選擇原始粒度的均勻原材料。（2分）

第二篇：無機材料科學基礎(chǔ)教案

《無機材料科學基礎(chǔ)》

緒論

1、材料的發(fā)展動向及本課程的重要地位；

2、本課程的特色及基本要求。

3、無機材料物理化學的科學內(nèi)涵

4、無機材料物理化學的研究方法

5、參考文獻

第一章

結(jié)晶學基礎(chǔ)

§1-1—§1-6內(nèi)容在結(jié)晶學課程中講授 §1-7

晶體化學基本原理

一、結(jié)晶化學定律（Goldschmidt——哥希密特定律）

1、數(shù)量關(guān)系

2、大小關(guān)系

3、極化性能

二、決定晶體結(jié)構(gòu)的基本因素

（一）原子半徑和離子半徑

（二）球體緊密堆積原理

1、等徑球的最緊密堆積及其空隙（1）六方最緊密堆積 1）六方最緊密堆積方式 2）六方最緊密堆積特點（2）面心立方最緊密堆積 1）立方最緊密堆積方法 2）立方最緊密堆積特點（a）最緊密堆積的堆積系數(shù)

（b）緊密堆積中的空隙類型與數(shù)目

2、不等徑球的堆積

一、配位數(shù)與配位多面體

1、配位數(shù)（CN）

2、配位多面體

二、離子極化

三、電負性（X）

四、鮑林規(guī)則（L.Pauling）

（一）第一規(guī)則——配位多面體規(guī)則

1、第一規(guī)則的意義

2、配位數(shù)與臨界半徑比（極限半徑比）

（二）第二規(guī)則——電價規(guī)則（最重要的規(guī)則）

1、電價規(guī)則的意義——可確定負離子的CN或電價

2、可分析晶體結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定并分析結(jié)構(gòu)中配位多面體的連接方式

（三）第三規(guī)則—共頂、共面、共棱規(guī)則

（四）第四規(guī)則——島式規(guī)則

（五）第五規(guī)則——節(jié)約規(guī)則 作業(yè)：P37 1-10 四面體鍵角109.28； 思考題： P37

1-7； 1-9；

第二章

晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)缺陷

§2-1

典型結(jié)構(gòu)類型

一、金剛石結(jié)構(gòu)與石墨結(jié)構(gòu)

（一）描述晶體結(jié)構(gòu)的方法

1．點坐標法—描述結(jié)構(gòu)基元的位置 2．投影法—也叫標高法。

3、球體緊密堆積法—反映質(zhì)點的堆積特點和充填情況；

4．多面體的連接方式——對復雜的晶體結(jié)構(gòu)，其質(zhì)點數(shù)目多，用其他方法表示不易找出特點，而用此法則簡單明了地描述其結(jié)構(gòu)特點。

（二）金剛石結(jié)構(gòu)

（三）石墨結(jié)構(gòu)

金剛石是目前硬度最大的材料，石墨則是最軟的材料。性質(zhì)差異的原因是結(jié)構(gòu)上的差異。

二、NaCl型結(jié)構(gòu)

NaCl從化學式上說是屬于AX型化合物：

（一）NaCl型結(jié)構(gòu)分析

NaC晶體的空間群：Fm3m F——表示布拉格點陣類型（面心立方）

m——表示對稱面[在（001）面上有一對稱面]； 3——對稱軸[在（111）面上有一個三次軸；

m——表示倒轉(zhuǎn)軸[在垂直于（110）方向有對稱面）

[

2=m]

?

1、從堆積方式上分析

＋－

2、Na、Cl在晶體中的位置分布規(guī)律

（二）具有NaCl型結(jié)構(gòu)的物質(zhì)有32種

氧化物：MgO、CaO、SrO、BaO、MnO、FeO、CoO、NiO 氮化物：TiN、LaN、TiC、ScN、CrN、ZrN 這些物質(zhì)其晶系、堆積方式、正負離子配位數(shù)、點陣類型均相同，僅晶格常數(shù)不同。

三、閃鋅礦型結(jié)構(gòu)——（??ZnS）

1、立方型ZnS結(jié)構(gòu)分析

2、具有閃鋅礦結(jié)構(gòu)的晶體——有27種

四、纖鋅礦型結(jié)構(gòu)——（??ZnS）

1、六方ZnS結(jié)構(gòu)分析

2、具有六方ZnS結(jié)構(gòu)的晶體——有23種如： BeO、ZnO、AlN

五、螢石型（CaF2）結(jié)構(gòu)

（一）螢石結(jié)構(gòu)

1、螢石結(jié)構(gòu)分析

2、結(jié)構(gòu)特點

（1）內(nèi)部空隙較大——1/2有立方體空隙是空的

（2）可看作是正離子作面心立方堆積，F(xiàn)-離子充填在四面體中；

3、晶體的特性

（1）該結(jié)構(gòu)的晶體可作離子導電體即此結(jié)構(gòu)有利于負離子擴散；因為內(nèi)部存在較大的空隙（立方體空隙）

（2）沿（111）面有解理；在（111）面上Ca-Ca之間距最小，有斥力，易沿此面解理

4、具有螢石結(jié)構(gòu)的晶體

（二）反螢石結(jié)構(gòu)

1、反螢石結(jié)構(gòu)

——保持螢石結(jié)構(gòu)中的晶型和點陣類型不變，只是將正負離子的位置互換而構(gòu)成的結(jié)構(gòu)稱之

2、具有反螢石結(jié)構(gòu)的晶體

這類化合物的共同特性是：熔點低——常作為助熔劑使用

六、金紅石（TiO2）型結(jié)構(gòu)

1、金紅石結(jié)構(gòu)分析

2、晶體的特性

七、碘化鎘（CdI2）型結(jié)構(gòu)

八、剛玉型結(jié)構(gòu)（?-Al2O3）

1、結(jié)構(gòu)分析

2、晶體特性

3、類似結(jié)構(gòu)的晶體：

九、鈣鈦礦型（CaTiO3）結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)通式：ABO3

A——低價離子（二價或一價）B——高價離子（四價或五價）

1、鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)分析

2、晶體的特性

3、類似結(jié)構(gòu)的晶體

十、尖晶石型結(jié)構(gòu)（MgAl2O4）通式：

AB2O4（正尖晶石）其中：

A——低價（2+）

B——高價（3+）

[總價=+8]

（一）MgAl2O4尖晶石結(jié)構(gòu)分析

1、結(jié)構(gòu)分析

2、正尖晶石結(jié)構(gòu)的規(guī)律

3、晶體的特性

（二）反尖晶石結(jié)構(gòu)

典型結(jié)構(gòu)分析方法歸納：

A、負離子的堆積方法——由晶胞圖可點陣類型來分析 B、正負離子的配位數(shù)——分別由第一、第二規(guī)則來分析 C、正離子充填情況——由化學式和第一規(guī)則直接判斷 D、多面體之間的連接方式——由第二規(guī)則來分析 §2-2 硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)

一、硅酸鹽晶體的組成、結(jié)構(gòu)特點與分類

（一）化學組成表示法

1、化學式——氧化物表示法

2、結(jié)構(gòu)式——無機絡鹽的表示法

3、結(jié)構(gòu)式的意義

（二）結(jié)構(gòu)的共性規(guī)律

（三）結(jié)構(gòu)分類

二、島狀結(jié)構(gòu)

（一）硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)的分析方法

1、按O/Si比判斷結(jié)構(gòu)類型

2、分析附加陽離子的作用并由鮑林第一規(guī)則確定其配位數(shù)；

3、分析各多面體之間的連接方式（應用第二規(guī)則）

4、結(jié)合晶胞圖或投影圖，分析了解硅氧骨干在晶胞中的分布規(guī)律或特點；

（二）Mg2SiO4結(jié)構(gòu)分析

三、組群狀結(jié)構(gòu)

（一）組群狀結(jié)構(gòu)的特點

1、由n個[SiO4]構(gòu)成結(jié)構(gòu)單元其n=2,3,4,6；O/S=3～3.5；

2、硅氧骨干之間不直接連接，由附加陽離子將其連成整體。

（二）綠寶石（綠柱石）結(jié)構(gòu)

1、結(jié)構(gòu)特點

2、具有類似結(jié)構(gòu)的材料及其特性

四、鏈狀結(jié)構(gòu)

（一）特點與類型

1、特點

2、類型

A、單鏈——通式{SinO3n} O/Si=3；透輝石 CaMg[Si2O6] B、雙鏈——由2條單鏈平行連結(jié)而成；通式——[SinO3n-1] O/Si=2.5～2.75

（二）透輝石晶體結(jié)構(gòu)

1、O/Si=3 n=2——單式2元鏈

2、鏈之間由CaMg相連接

3、Ca.Mg可由其他離子取代，（三）晶體特性

A、附加正離子的電價——環(huán)狀有二、三價；鏈狀只有[2價]低價； B、外加正離子大小——與CN及空隙大小有關(guān)，環(huán)狀中空隙大。

五、層狀結(jié)構(gòu)

（一）層狀結(jié)構(gòu)的形成與特點

1、所有橋氧都在同一平面上，所有活性氧都指向相同方向。

2、結(jié)構(gòu)通式

3、晶體是由[SiO4]與八面體層[附加陽離子充填層]沿C軸重疊堆積而成。

（二）高嶺石結(jié)構(gòu)

1、結(jié)構(gòu)分析

（1）[Si2O5]是單網(wǎng)形[2層礦]（2）附加陽離子Al的CN=6，（3）屬于二八面體礦物

2、礦物特性

3、類似結(jié)構(gòu)的礦物

（三）蒙脫石結(jié)構(gòu)

1、結(jié)構(gòu)分析

2、礦物特性

3、類似礦物

（四）伊利石與白云母結(jié)構(gòu)

1、伊利石結(jié)構(gòu)

2、白云母結(jié)構(gòu) KAl2 [AlSi3O10](OH)2

（五）分析層狀結(jié)構(gòu)歸納

1、礦物的層型（單網(wǎng)或復網(wǎng)

2、八面體形式（二八面體、三八面體）

3、層中離子的取代位置和程度（是發(fā)生在四面體內(nèi)還是八面體內(nèi)）

4、層間結(jié)合力（范氏力、氫鍵、離子鍵）

5、層間水的有無

六、架狀結(jié)構(gòu)

（一）形成與特點

（二）石英晶體結(jié)構(gòu)

1、石英的主要晶型

2、??石英、??鱗石英、??方石英結(jié)構(gòu)上的主要差異（1）??石英晶體結(jié)構(gòu)（2）??鱗石英（3）??方石英

（三）長石晶體結(jié)構(gòu)

1、特點

2、長石晶體的特性

3、透長石的結(jié)構(gòu)分析 §2-3 晶體結(jié)構(gòu)缺陷

一、點缺陷

（一）點缺陷的類型

1、點缺陷的存在形式

2、熱缺陷

（1）弗侖克爾（Frenker）缺陷（2）肖特基(Schttky)缺陷

3、雜質(zhì)缺陷（組分缺陷）

4、非化學計量結(jié)構(gòu)缺陷

（二）缺陷化學反應表示法

1、克羅格—明克符號

2、缺陷反應方程式的規(guī)則

3、缺陷反應式的寫法舉例

（三）缺陷濃度的計算

（四）點缺陷的化學平衡

1、弗侖克爾缺陷

2、肖特基缺陷

3、缺陷平衡濃度計算舉例

二、固溶體

（一）固溶體的基本概念

（二）固溶體的分類

分類方法有二種：

1、按溶質(zhì)原子在溶劑晶格中的位置分類（1）置換式（取代式）（2）間隙式

2、按溶質(zhì)的溶解度分類（1）連續(xù)固溶體

(2)有限固溶體（也叫不連續(xù)固溶體或部分互溶固溶體）

（三）連續(xù)置換型固溶體的形成條件

1、離子尺寸因素

2、晶體的結(jié)構(gòu)類型

3、離子電價或總電價

4、電負性

（四）不等價置換固溶體中的缺陷形式

1、不等價取代固溶體中缺陷類型

2、固溶分子式的寫法

(A)以基質(zhì)（溶劑）的分子式為基準形式(B)基質(zhì)原子寫在前，取代原子寫在其后

(C)根據(jù)缺陷式的位置數(shù)取代情況，將取代后的原子分數(shù)（或小數(shù)）寫在相應原子的右下角

（五）間隙型固溶體的影響因素

1、雜質(zhì)原子半徑大小

2、基質(zhì)晶格間隙大小

3、不等價取代時，電價的平衡可由形成空位或復合陽離子置換來滿足

三、非化學計量化合物

（一）非化學計量化合物特點

（1）由外界條件變化而引起的，缺陷濃度隨氧分壓而變化（2）產(chǎn)生在變價元素的氧化物晶體中；（是同一元素不同價氧化物構(gòu)成的固溶體）（3）材料中往往存在自由電子和電子空穴，故材料有半導性

（二）非化學計量化合物類型

有正負離子空位、正負離了填隙共四類：

1、陰離子缺位型（TiO2-x、ZrO2-x）

2、陽離子填隙型（Zn 1+xO）

3、陰離子填隙型(UO2+x)

4、陽離子缺位型(FeO1-x、CuO2-x)

（三）非化學計量化合物意義

四、固溶體的研究方法及意義

（一）研究內(nèi)容

（二）固溶體類型判別

（三）研究固溶體的意義

五、線缺陷（位錯）

P73

（一）刃位錯及其特點

1、刃位錯的形成

2、刃位錯的符號

3、刃位錯的特點

（二）螺位錯及其特點

作業(yè) P75 2-1、6、7、8、9、11、12

第三章 熔體與玻璃體

本章主要討論硅酸鹽熔體和玻璃體的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、產(chǎn)生原因與形成條件及其影響因素等。熔體——物質(zhì)在高溫時以液體存在的一種狀態(tài)； 玻璃體——由熔體過冷卻而形成的非晶態(tài)固體?！?-1 熔體結(jié)構(gòu)的聚合物理論

一、關(guān)于熔體結(jié)構(gòu)的聚合物理論要點

隨著研究手段和測試技術(shù)的進步，對熔體結(jié)構(gòu)的認識已逐漸形成。由許多實驗結(jié)果表明，熔體的結(jié)構(gòu)與玻璃結(jié)構(gòu)十分相近，其共同特點是：近程有序——從局長小范圍看質(zhì)點排列有規(guī)則；

遠程無序——從整體結(jié)構(gòu)上看內(nèi)部質(zhì)點排列是無序的；

二、聚合程度與溫度、組成的關(guān)系

——熔體的聚合程度取決于溫度和組成。

（一）溫度的影響（組成不變時）

（二）組成的影響（溫度不變時）§3-2 熔體的性質(zhì)

一、粘度

（一）粘度的定義及表達式

1、粘度的定義

2、粘度的理論解釋（略講）（1）絕對速度理論（2）自由體積理論（3）過剩熵理論

（二）影響粘度的因素

1、溫度

2、組成（1）R2O的作用（2）RO的作用（3）RO的作用

3二、表面張力-表面能

（一）表面張力與比表面能

（二）影響因素

1、組成的影響

2、溫度的影響 §3-3 玻璃的通性 通性——指無論其化學組成如何，只要是玻璃都具有的宏觀共性。

一、各向同性

二、介穩(wěn)性

三、熔融態(tài)向玻璃轉(zhuǎn)化的可逆性與漸變性

四、熔融態(tài)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化時理化性質(zhì)隨溫度變化的連續(xù)性 §3-4 玻璃的形成

主要介紹玻璃形成時的動力學條件和結(jié)晶化學條件。教學主要圍繞以下內(nèi)容： 玻璃是怎樣形成的？——形成方法

什么樣的條件才能形成玻璃？——動力學條件 什么樣的物質(zhì)易形成玻璃？——結(jié)晶化學條件 ——主要是探討玻璃形成的內(nèi)在規(guī)律與外部條件；

一、形成方法

(略講)玻璃的形成方法較多，大體上可從傳統(tǒng)玻璃、與特種玻璃兩方法來介紹

1、傳統(tǒng)玻璃

2、特種玻璃

二、玻璃形成的熱力學條件

三、玻璃形成的動力學條件（略講，在相變一章中詳細講解）

（一）臨界冷卻速率

1、臨界冷卻速率

2、轉(zhuǎn)變的體積分數(shù)與時間、溫度的關(guān)系

3、三T圖的意義

(二)影響臨界冷卻速率的因素

臨界冷卻速率是隨熔體組成而變化的，組成對臨界冷卻速率的決定作用可具體表現(xiàn)為：

1、高溫粘度

2、Tg比值

Tm

四、玻璃形成的結(jié)晶化學條件

主要是從物質(zhì)內(nèi)部的化學鍵特性、質(zhì)點的排列狀況等本質(zhì)原因上來尋求解釋

（一）鍵強（單鍵能）

鍵強（P）也叫單鍵能——由化合物的分解能除以正離子配位數(shù)

1、玻璃網(wǎng)絡形成體

P＞335 KJ/mol

2、網(wǎng)絡改（變）性體

P＜250 KJ/mol

3、網(wǎng)絡中間體

P=250~330 KJ/mol

（二）鍵型

§3-5 玻璃的結(jié)構(gòu)

一、晶子假說

（一）實驗發(fā)現(xiàn)

1、折射率在573℃有突變

2、X-射線（XRD）衍射分析表明鈉硅玻璃的衍射峰與偏硅酸鈉晶體的相一致

3、紅外光譜分析表明玻璃與晶體的吸收波的極大值相一致

（二）理論要點

（三）存在問題

二、無規(guī)則網(wǎng)絡假說

（一）理論要點

（二）實驗支持

1、XRD小角度衍射結(jié)果表明：

徑向分布函數(shù)曲線進一步說明玻璃中的有序程度僅為10~12?左右；與晶胞大小相近。

2、徑向分布函數(shù)圖的意義

3、玻璃的徑向分布函數(shù)圖分析：

（三）對玻璃性質(zhì)的解釋

（四）兩假說的異同 §3-6 常見玻璃類型

一、硅酸鹽玻璃

（一）石英玻璃

1、石英玻璃的結(jié)構(gòu)

2、特性

（二）硅酸鹽玻璃

1、結(jié)構(gòu)描述

2、玻璃的性質(zhì)

（三）網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)參數(shù)

1、網(wǎng)絡參數(shù)及意義

2、Y值的計算示例

3、Y值與玻璃性能的關(guān)系

二、硼酸鹽玻璃

（一）硼酸鹽玻璃的結(jié)構(gòu)

（二）硼反?，F(xiàn)象

作業(yè)：P104~105：——3—1、2、3、4、5、6、8、11、12

第四章

表面與界面

§4-1 固體的表面

一、固體表面的特征

（一）固體表面的不均一性

（二）固體表面力場

1、范德華力（短程力）（1）定向作用力（2）誘導作用力

（3）色散力（分散作用力）

2、長程力

二、晶體表面結(jié)構(gòu)

（一）離子晶體的表面結(jié)構(gòu)

1、離子晶體表面雙電層結(jié)構(gòu)

2、表面雙電層與離子極化性能及?的關(guān)系

（二）玻璃體表面結(jié)構(gòu)

（三）晶體表面的幾何結(jié)構(gòu)

三、固體的表面能

1、表面能理論式的推導

2、共價鍵晶體的表面能計算示例

3、離子晶體的表面能計算示例 §4-2 界面行為

一、彎曲表面效應

（一）曲面壓差

（二）曲面上的蒸氣壓

（三）微小晶粒的溶解度及熔點

二、潤濕與粘附

（一）接觸角與潤濕作用

（二）潤濕的三種類型

1、鋪展?jié)櫇?/p>

2、附著潤濕（也叫粘附潤濕）

3、浸漬潤濕

（三）影響潤濕的因素

三、吸附與表面改性

（一）吸附與表面改性定義

（二）表面改性在硅酸鹽工業(yè)中應用的實例

1、改善成型性能（1）Al2O3瓷

（2）CaTiO3電容器陶瓷

2、減水作用

3、提高球磨效率

（三）潤濕與相分布

1、固-固-氣接觸系統(tǒng)

2、固-固-液接觸系統(tǒng) §4-3 晶 界（略講）§4-4 粘土-水系統(tǒng)膠體化學

一、粘土的荷電性

1、負電荷——主要來自兩個方面

2、兩性電荷——斷鍵引起

3、凈電荷

二、粘土的離子吸附與交換性

（一）粘土陽離子吸附與交換的特點

1、粘土陽離子吸附與交換現(xiàn)象

2、粘土陽離子吸附與交換特點

3、交換條件

（二）粘土陽離子交換容量及影響因素

1、交換容量的意義（2、影響交換容量的因素

（三）粘土陽離子交換序

三、粘土膠體的動電性質(zhì)

（一）粘土與水的作用

1、作用原因

2、粘土膠團中水的存在形式

3、結(jié)合水量及其影響因素

（二）粘土膠體的電動電位——ζ電位

1、粘土膠團與ζ電位

2、影響ζ電位的因素

3、ζ電位與泥漿性能的關(guān)系

四、粘土-水系統(tǒng)的膠體化學性質(zhì)

（一）流變學基礎(chǔ)——流變曲線的類型（略講）

下面根據(jù)流動曲線，介紹流動類型、流動方程及其特點：流體的流動分為以下幾類：

1、牛頓型流動

2、賓漢型流動

3、塑流型

4、假塑性流動——也叫剪切稀釋型

5、脹流型——也叫剪切稠化型

（二）泥漿的流動性與穩(wěn)定性

1、流動性、穩(wěn)定性

2、稀釋現(xiàn)象及機理

3、稀釋條件

4、稀釋效果與注漿性能

（三）泥漿的觸變性

1、觸變性

2、觸變結(jié)構(gòu)

3、影響觸變性的因素（1）泥漿含水量（2）礦物的組成（3）顆粒大小與形狀（4）電解質(zhì)種類與加入量（5）溫度

（四）粘土的可塑性

1、應力-應變曲線

2、可塑泥料中引力-斥力分析

3、影響可塑性的因素

4、調(diào)整改善可塑性的方法

五、瘠性料的懸浮與塑化

（一）瘠性料的懸浮

1、控制料漿的PH值

2、PH值與?和?-電位的關(guān)系

3、Al2O3膠團結(jié)構(gòu)及形成

（二）有機添加劑對瘠性料的作用

1、懸浮作用

2、聚沉作用

3、塑化作用

作業(yè)：

P139—4—1、2、3、4、5、7、9、10

第六章

相平衡

§6-1 硅酸鹽系統(tǒng)相平衡特點

一、熱力學平衡態(tài)與非平衡態(tài)

（一）平衡態(tài)的特征與條件

（二）硅酸鹽系統(tǒng)的特點

（三）相圖的指導意義

二、硅酸鹽系統(tǒng)中的組分、相及相律

1、相律

2、自由度數(shù)

3、相

4、凝聚系統(tǒng)的相律 §6-2 單元系統(tǒng)一、水型物質(zhì)與硫型物質(zhì)

（一）單元相圖回顧

（二）水型物質(zhì)與硫型物質(zhì)相圖特征

二、具有多晶轉(zhuǎn)變的單元相圖 相區(qū)、界線、點代表的意義

1、相區(qū)

2、界線

3、點

三、SiO2系統(tǒng)

（一）相圖簡介

1、各點、線、面的含義

2、晶型轉(zhuǎn)變點

（二）SiO2多晶轉(zhuǎn)變特點

（三）多晶轉(zhuǎn)變對生產(chǎn)的影響

1、各種轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的體積效應

2、體積效應對生產(chǎn)的影響

（四）SiO2相圖應用

四、ZrO2系統(tǒng)

§6-3 二元系統(tǒng)一、基本類型簡介

（一）最簡單二元相圖

1、相圖特征

2、各點線面的含義

3、析晶路程分析

4、杠桿規(guī)則及應用

（二）生成化合物的二元相圖

1、生成一個一致熔化合物的二元相圖

2、生成一個不一致熔化合物的二元相圖

3、生成一個固態(tài)分解化合物的二元相圖

（三）具有多晶轉(zhuǎn)變的二元相圖

（四）生成固溶體的二元相圖

1、形成連續(xù)固溶體的二元相圖

2、形成有限固溶體的二元相圖

（五）形成二液分層的相圖

1、相圖特征：

2、析晶路程：

二、實際二元相圖舉例

（一）分析二元相圖的一般方法

（二）Al2O3-SiO2相圖

1、相圖特征

2、相圖應用

（三）MgO-SiO2相圖

1、相圖介紹

2、相圖應用

三、凝聚系統(tǒng)相圖測定方法

作業(yè)：P224 6—2、3、5、6、7、8、9 §6-4 三元系統(tǒng) 一、三元相圖概述

（一）組成表示法

1、濃度三角形

2、讀取方法

（二）濃度三角形中組成變化的規(guī)則

1、等含量規(guī)則

2、定比例規(guī)則

3、背向性規(guī)則

（三）杠桿規(guī)則

（四）重心原理

1、重心位規(guī)則

2、交叉位規(guī)則

3、共軛位規(guī)則

（五）最簡單三元系統(tǒng)立體圖與投影圖

1、立體圖

2、平面投影圖

3、溫度表示法

4、析晶路程分析

（1）在初晶區(qū)內(nèi)的析晶（2）在界線上的析晶（3）在三元無變點上的析晶（4）各相量的計算 二、三元相圖的基本類型

（一）生成一個一致熔二元化合物的三元相圖

1、相圖特征

2、相圖分析

（二）生成一個不一致熔二元化合物的三元相圖

1、相圖特征

2、分析三元相圖的幾個重要規(guī)則（1）連線規(guī)則（2）切線規(guī)則（3）重心原理（4）三角形規(guī)則

（5）劃分副三角形的原則與方法

3、析晶路程分析

4、熔融（加熱）過程分析

（三）生成一個固態(tài)分解的二元化合物的三元相圖

1、相圖特征

2、過渡點（R）的特性

生成一個一致熔三元化合物三元相圖

1、相圖特征

2、相圖分析

（四）生成一個不一致熔三元化合物的三元相圖

1、具有雙升點（單轉(zhuǎn)熔點）的類型

2、具有雙降點（雙轉(zhuǎn)熔點）的類型

作業(yè)：P226 6—1、10、11、12、13

（五）其他類型簡介

1、具有多晶轉(zhuǎn)變的相圖

2、形成一個二元連續(xù)固溶體的相圖（1）相圖特點

（2）析晶路程分析示例

3、具有液相分層的相圖

分析三元相圖方法與步驟歸納

1、怎樣判讀三元相圖

2、析晶路程的方法歸納

3、分析熔融路程的方法 三、三元實際相圖舉例

（一）K2O-Al2O3-SiO2相圖

1、相圖介紹

2、相圖應用舉例

（二）MgO-Al2O3-SiO2相圖

1、相圖介紹

2、相圖應用

（三）Na2O-CaO-SiO2相圖

1、相圖介紹

2、相圖應用舉例

作業(yè)：P226~227 6—

18、第七章

擴散與固相反應

§7-1 晶體中擴散的基本特點與宏觀動力學方程

一、擴散的基本概念與特點

1、何謂擴散

2、固體中擴散的特點

二、擴散動力學方程——宏觀規(guī)律

（一）菲克第一定律（Fick）

1、公式推導

2、各向異性體的擴散方程

3、適用條件

（二）菲克第二定律

（三）擴散的布朗運動理論

1、無序擴散——即無規(guī)則行走（布朗運動）

2、無序擴散系數(shù)

三、擴散動力學方程的應用舉例

（一）穩(wěn)定擴散舉例

（二）不穩(wěn)定擴散舉例

1、短時解

2、長時解

§7-2 擴散過程的推動力、微觀機構(gòu)與擴散系數(shù)

一、擴散的熱力學解釋

（一）擴散的推動力

（二）自擴散系數(shù)與互擴散系數(shù)

1、自擴散系數(shù)

2、互擴散系數(shù)

二、微觀機構(gòu)與擴散系數(shù)

（一）固體中擴散的方式

1、空位擴散

2、間隙擴散

3、推填式擴散（亞間隙式）

4、易位擴散

5、環(huán)形換位擴散

（二）擴散系數(shù)的理論公式

（三）本征擴散與非本征擴散

1、本征擴散與非本征擴散

2、各自的特點

三、非化學計量化合物中的擴散

1、正離子空位擴散型

2、氧離子空位擴散型 §7-3影響擴散的因素

一、擴散介質(zhì)的組成、鍵性與結(jié)構(gòu)

（一）晶體組成的影響

（二）鍵強與鍵性

（三）晶體結(jié)構(gòu)

1、擴散介質(zhì)的結(jié)構(gòu)緊密程度

2、表面及晶界的影響

二、擴散物的本性

1、半徑的影響（電價相同時）

2、電價的影響

三、溫度與雜質(zhì)的影響

1、溫度的作用

2、雜質(zhì)的影響

作業(yè)：

P254~255：7—1、2、3、5、6 §7-4 固相反應及其動力學特征

一、固相反應及其特點

（一）固相反應的定義

（二）固相反應的特點

二、固相反應的分類

（一）按反應物的聚集狀態(tài)分類

（二）按反應的性質(zhì)分類

（三）按反應控制機理分類 §7-5 固相反應動力學方程 一、一般動力學關(guān)系

(一)固相反應速率表達式(二)固相反應控制過程的確定

二、化學反應控制的動力學方程

三、擴散控制的動力學方程

（一）楊德爾方程

1、平板模型——拋物線方程

2、楊德爾方程（Jander）

（二）金斯特林格方程

1、推導條件：

2、金氏方程與楊氏方程的比較

（三）卡特方程（1960年提出）（略講）§7-6 影響固相反應的因素

一、反應物的化學組成與結(jié)構(gòu)

1、活性與熱處理條件

2、晶型轉(zhuǎn)變點附近晶格活化反應能力大

3、新分解產(chǎn)物的反應活性大

二、顆粒尺寸及分布

三、溫度、氣氛、壓力

1、溫度

T?K?D?

2、氣氛

3、成型壓力

四、礦化劑的作用

1、影響晶核形成速率

2、活化晶格

3、降低熔點，形成低共熔物

作業(yè)：

P254~255

7——7、8、9、10、11、12、13

第八章

相

變

一、研究相變過程的意義

二、本章目的與要求 §8-1 相變的分類

一、相變的熱力學分類

（一）一級相變

（二）二級相變

二、按相變機理分類

（一）成核-生長相變

（二）連續(xù)型相變（Spinodal分解）

（三）馬氏體相變

（三）有序無序轉(zhuǎn)變

三、按質(zhì)點遷移特征分類

（一）擴散型相變

（二）無擴散型相變 §8-2 液-固相變熱力學

一、相變過程的不平衡態(tài)及亞穩(wěn)區(qū)

1、不平衡與亞穩(wěn)區(qū)

2、亞穩(wěn)區(qū)的性質(zhì)

二、相變過程的推動力

1、相變過程的溫度條件

2、壓力條件和濃度條件

三、晶核形成條件

（一）成核過程的能量變化

（二）臨界晶核半徑及其意義

（三）臨界晶核形成能 §8-3 液-固相變動力學

一、成核過程動力學

(一)均勻成核（本征成核）

1、成核速率（2、IV）

IV—T關(guān)系分析

（二）非均勻成核

1、非均勻成核的特點

2、非均勻成核勢壘與潤濕角的關(guān)系

3、非均勻成核速率——

IS

二、晶體生長過程動力學

（一）晶體生長過程分析

（二）晶體生長的線速度

u?T關(guān)系分析

（三）三、總結(jié)晶速率

（一）相變總速率方程（X）

（二）阿伏拉米方程

四、析晶過程及控制

（一）過冷度?T對析晶的影響

（二）析晶過程的控制

1、有析晶區(qū)存在的系統(tǒng)

2、無析晶區(qū)的系統(tǒng)

五、影響析晶能力的因素

（一）熔體組成

（二）熔體的結(jié)構(gòu)

（三）界面狀況

（四）外加劑

（五）溫度 §8-4 液-液相變過程

一、液相的不混溶現(xiàn)象

（一）分相的機理及特征

1、亞穩(wěn)分相（成核-生長機理）

2、不穩(wěn)分相（連續(xù)型相變也稱Spinodale分解）

3、成核—生長分相與不穩(wěn)分相比較（1）亞穩(wěn)分相與不穩(wěn)分相在在?G-C曲線上的特征分析（2）亞穩(wěn)分相與不穩(wěn)分相的比較

三、分相的結(jié)晶化學觀點

作業(yè)：

P282：8——1、2、3、5、6、7、9

第九章

燒

結(jié)

§9-1 概 述

一、燒結(jié)過程與定義

（一）燒結(jié)過程

（二）燒結(jié)的定義

二、幾個概念

1、燒結(jié)與燒成

2、燒結(jié)與熔融

3、燒結(jié)與固相反應

三、燒結(jié)的推動力

1、推動力

2、燒結(jié)的條件

3、如何判斷材料燒結(jié)難易

四、燒結(jié)模型 §9-2 固態(tài)燒結(jié)

一、蒸發(fā)-凝聚傳質(zhì)

（一）傳質(zhì)原因（機理）

（二）傳質(zhì)的條件

（三）動力學方程

1、冷凝速率(Um)

2、頸部半徑增長速率（X/r）

3、公式分析

（四）傳質(zhì)特點

二、擴散傳質(zhì)

（一）頸部應力與空位濃度的關(guān)系

（二）擴散途徑

（三）擴散傳質(zhì)初期特點及動力學方程

1、初期的特點

2、頸部半徑增長率

3、公式分析

（四）擴散傳質(zhì)中期、后期特點及控制

1、中期的特點

2、燒結(jié)中期模型

3、燒結(jié)中期動力學公式

4、后期的特點及動力學方程 §9-3 液相參與的燒結(jié)

一、液相燒結(jié)的特點與分類

（一）液相燒結(jié)特點

（二）液相燒結(jié)的分類

二、流動傳質(zhì)

（一）粘性流動

1、粘性流動初期模型及動力學方程

2、粘性流動中期、后期動力學方程

（二）塑性流動

三、溶解-沉淀傳質(zhì)

（一）傳質(zhì)條件與過程

（二）顆粒重排

（三）溶解-沉淀傳質(zhì)

1、溶解-沉淀傳質(zhì)理論模型

2、致密化速率

四、各種傳質(zhì)機理分析比較 §9-4 晶粒生長與二次重結(jié)晶

一、晶體生長

（一）晶粒生長的基本概念

1、晶粒生長的現(xiàn)象

2、晶粒生長的推動力

3、晶界移動速率與晶粒生長速率（1）晶界移動速率（2）晶粒生長速率

（二）晶粒長大的幾何規(guī)律

（三）晶粒生長的控制

1、晶界移動與氣孔移動的幾種情況

2、晶粒生長的極限尺寸及控制 二、二次重結(jié)晶（晶粒異常長大）

（一）產(chǎn)生原因

（二）工藝控制途徑

1、工藝控制途徑

2、措施

（三）晶粒生長與二次重結(jié)晶的比較

三、晶界在燒結(jié)中的作用 §9-5 影響燒結(jié)的因素

一、粉料的起始粒度

二、外加劑的作用

1、外加劑與主晶相形成固溶體

2、外加劑與主晶相形成化合物

3、阻止晶型轉(zhuǎn)變

4、外加劑與主晶相形成液相

5、擴大燒結(jié)溫度范圍——使之在較低溫度下出現(xiàn)液相，拓寬了下限溫度；

三、燒結(jié)溫度和保溫時間

(一)溫度

（二）保溫時間

四、氣 氛

五、成型壓力

六、鹽類的選擇及其煅燒條件

1、煅燒條件

2、鹽類的選擇

作業(yè)題： P317：9—1、2、4、6、8、9、10、12 §9-6 特種燒結(jié)原理（略講）

一、熱壓燒結(jié)

二、活化燒結(jié)

第三篇：無機材料科學基礎(chǔ)第九章習題

第九章習題與答案

一、判斷正誤

1、燒結(jié)中始終可以只有一相是固態(tài)。（對）

2、液相燒結(jié)與固相燒結(jié)的推動力都是表面能。（對）

3、二次再結(jié)晶對坯體致密化有利。（錯）

4、擴散傳質(zhì)中壓應力區(qū)空位濃度<無應力區(qū)空位濃度<張應力區(qū)空位濃度。（對）

5、晶粒長大源于小晶體的相互粘結(jié)。（錯）

6、一般來說，晶界是氣孔通向燒結(jié)體外的主要擴散通道。一般來說，晶界是雜質(zhì)的富集之地。（對）

二、填空

1、燒結(jié)的主要傳質(zhì)方式有：蒸發(fā)-凝聚傳質(zhì)、擴散傳質(zhì)、流動傳質(zhì)和溶解-沉淀傳質(zhì)四種，這四種傳質(zhì)過程的坯體線收縮ΔL/L與燒結(jié)時間的關(guān)系依次為ΔL/L=0、ΔL/L～t、ΔL/L～t和ΔL/L～t。

三、選擇

1、在燒結(jié)過程中，只改變氣孔形狀不引起坯體收縮的傳質(zhì)方式是（a、c）。

a．表面擴散 b．流動傳質(zhì) c．蒸發(fā)-凝聚 d．晶界擴散

2、在燒結(jié)過程中只改變坯體中氣孔的形狀而不引起坯體致密化的傳質(zhì)方式是（b）。a.流動傳質(zhì) b.蒸發(fā)—凝聚傳質(zhì) c.溶解—沉淀 d.擴散傳質(zhì)

四、問答題

1、典型的傳質(zhì)過程有哪些？各采用什么燒結(jié)模型？分析產(chǎn)生的原因是什么 ？

答：典型的傳質(zhì)過程有：固相燒結(jié)的蒸發(fā)-凝聚傳質(zhì)、擴散傳質(zhì)，液相燒結(jié)的流動傳質(zhì)、溶解-沉淀傳質(zhì)。

固相燒結(jié)的蒸發(fā)-凝聚傳質(zhì)過程采用中心距不變的雙球模型。

固相燒結(jié)的擴散傳質(zhì)、液相燒結(jié)的流動傳質(zhì)、溶解-沉淀傳質(zhì)過程采用中心距縮短的雙球模型。

原因：蒸發(fā)—冷凝：壓力差ΔP；擴散傳質(zhì)：空位濃度差ΔC；流動傳質(zhì)：應力—應變；溶解—沉淀：溶解度ΔC（大、小晶粒溶解度不同；自由表面與點接觸溶解度）。

2、試述燒結(jié)的推動力和晶粒生長的推動力。并比較兩者的大小。

答：燒結(jié)推動力是粉狀物料的表面能（γsv）大于多晶燒結(jié)體的晶界能（γgb），即γsv>γgb。

晶粒生長的推動力是晶界兩側(cè)物質(zhì)的自由焓差，使界面向晶界曲率半徑小的晶粒中心推進。

燒結(jié)的推動力較大，約為4~20J/g。晶粒生長的推動力較小，約為0.4~2J/g，因而燒結(jié)推動力比晶粒生長推動力約大十倍。

3、在制造透明Al2O3材料時，原始粉料粒度為2μm，燒結(jié)至最高溫度保溫0.5h，測得晶粒尺寸為10μm，試問保溫2h，晶粒尺寸多大？為抑制晶粒生長加入0.1％MgO，此時若保溫2h，晶粒尺寸又有多大？ 解：

1、G-G0= kt 22 1/

32/5 代入數(shù)據(jù)：G0= 2 ?m, G = 10 ?m, t = 0.5 h，得 k =(102-22)/0.5(?m2/h)=192(?m2/h)則，保溫2h后，晶粒尺寸應為：

G 2 = kt + G02 =192?2+22 = 388 G = 19.7 ?m

32、加入0.1% MgO，防止二次再結(jié)晶，抑制晶界遷移，則應用晶粒生長公式：G-G03 = kt 將已知數(shù)據(jù)代入公式求得 k ：

k =(G 3-G03)/t =(103-23)/0.5 = 1984(?m3/h)此時保溫2h后，晶粒尺寸應為：

G 3 = k t + G03 = 1984 ?2 + 23 = 3976 G = 15.8 ?m

4、在燒結(jié)期間，晶粒長大能促進胚體致密化嗎？晶粒長大能夠影響燒結(jié)速率嗎？試說明之。答：晶粒生長是界面移動的結(jié)果，并不是原子定向向頸部遷移的傳質(zhì)過程，因而不能促進胚體致密化。晶界移動可以引起原子躍遷，也可使氣孔移入晶粒內(nèi)，從而影響燒結(jié)速率。因而晶界移動速率需進行控制。

5、說明影響燒結(jié)的因素？

答：

1、粉末的粒度。細顆粒增加了燒結(jié)推動力，縮短原子擴散距離，提高顆粒在液相中的溶解度，從而導致燒結(jié)過程的加速。

2、外加劑的作用。在固相燒結(jié)中，有少量外加劑可與主晶相形成固溶體，促進缺陷增加，在液相燒結(jié)中，外加劑改變液相的性質(zhì)（如粘度，組成等），促進燒結(jié)。

3、燒結(jié)溫度：晶體中晶格能越大，離子結(jié)合也越牢固，離子擴散也越困難，燒結(jié)溫度越高。

4、保溫時間：高溫段以體積擴散為主，以短時間為好，低溫段為表面擴散為主，低溫時間越長，不僅不引起致密化，反而會因表面擴散，改變了氣孔的形狀而給制品性能帶來損害，要盡可能快地從低溫升到高溫，以創(chuàng)造體積擴散條件。

5、氣氛的影響：氧化，還原，中性。、成形壓力影響：一般說成型壓力越大顆粒間接觸越緊密，對燒結(jié)越有利。

6、試說明晶界能總是小于相鄰二個晶粒表面能之和。

答：在恒溫恒壓條件下增加單位表面積時體系自由能的增量稱為表面能，而形成單位新界面所需要的能量稱為界面能。表面能和界面能的本質(zhì)是處在表面或界面上的質(zhì)點受到不對稱力場作用，與晶體內(nèi)部質(zhì)點相比具有較高的能量。晶粒的表面能指晶粒與氣相接觸，界面能通常指兩個晶粒相接觸。顯然，晶粒與氣相接觸時，表面質(zhì)點受到力場的不對稱性遠遠大于兩個晶粒相接觸時。因此，界面能總是小于相鄰二個晶粒表面能之和。

7、在擴散傳質(zhì)的燒結(jié)過程中，使坯體致密的推動力是什么？哪些方法可促進燒結(jié)？說明原因。

答：在擴散傳質(zhì)的燒結(jié)過程中，系統(tǒng)內(nèi)不同部位（頸部、顆粒接觸點、顆粒內(nèi)部）空位濃度不同，導致原子或質(zhì)點由顆粒接觸點向頸部遷移，填充到氣孔中。因此使坯體致密化的推動力是空位濃度差。對于擴散傳質(zhì)：（1）控制原料的起始粒度非常重要，顆粒細小的原料可促進燒結(jié)，因為頸部增長速率x/r與原料起始粒度r的3/5次方成反比；（2）溫度對燒結(jié)過程有決定性作用，擴散系數(shù)與溫度呈指數(shù)關(guān)系，因此提高溫度可加速燒結(jié)。

8、晶界遇到夾雜物時會出現(xiàn)幾種情況，從實現(xiàn)致密化目的考慮，晶界應如何移動？怎樣控制？

答：燒結(jié)初期，晶界上氣孔數(shù)目很多，此時氣孔阻止晶界移動，Vb=0。燒結(jié)中、后期，溫度控制適當，氣孔逐漸減少?？梢猿霈F(xiàn)Vb=Vp，此時晶界帶動氣孔以正常速度移動，使氣孔保持在晶界上，氣孔可以利用晶界作為空位傳遞的快速通道而迅速匯集或消失。繼續(xù)升溫導致Vb》Vp，晶界越過氣孔而向曲率中心移動，氣孔包入晶體內(nèi)部，只能通過體積擴散排除，這是十分困難的。

從實現(xiàn)致密化目的考慮，晶界應帶動氣孔以正常速度移動，使氣孔保持在晶界上，氣孔可以利用晶界作為空位傳遞的快速通道而迅速匯集或消失。控制方法：控制溫度，加入外加劑等。

9、晶粒生長與二次再結(jié)晶的特點，以及造成二次再結(jié)晶的原因和二次再結(jié)晶的方法。答：晶粒生長：坯體內(nèi)晶粒尺寸均勻地生長，服從Dl∝d／f公式；平均尺寸增長，不存在晶核，界面處于平衡狀態(tài)，界面上無應力；晶粒生長時氣孔都維持在晶界上或晶界交匯處。二次再結(jié)晶:是個別晶粒異常生長，不服從上式；二次再結(jié)晶的大晶粒的面上有應力存在，晶界數(shù)大于10的大晶粒，成為二次再結(jié)晶的晶核；二次再結(jié)晶時氣孔被包裹到晶粒內(nèi)部。從工藝控制考慮，造成二次再結(jié)晶的原因主要是原始粒度不均勻、燒結(jié)溫度偏高。防止二次再結(jié)晶的最好方法是引入適當?shù)奶砑觿?，它能抑制晶界遷移，有效地加速氣孔的排除；控制燒結(jié)溫度 ；選擇原始粒度的均勻原材料。

10、影響陶瓷燒結(jié)的主要因素有哪些？

答：（1）原始粉料的粒度；（2）外加劑的作用；（3）燒結(jié)溫度與保溫時間；（4）鹽類的選擇及煅燒條件；（5）氣氛的影響；（6）成型壓力。

11、陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)主要由哪些基本因子構(gòu)成？

答：陶瓷是由晶體、玻璃體和氣孔組成的多晶多相材料。其顯微結(jié)構(gòu)包括晶體的種類和含量，晶粒尺寸和形狀，玻璃相的含量和分布情況，晶粒之間、晶粒與玻璃相之間的界面，氣孔的數(shù)量、尺寸、分布等。

12、氧化鋁燒結(jié)到接近理論密度時，可使可見光幾乎透過100％，用它來裝鈉蒸氣（在超過大氣壓的壓力下）作為路燈。為通過燒結(jié)實現(xiàn)這一點，請你列出研究方案。

答：制備透明氧化鋁陶瓷的主要技術(shù)措施是：（1）采用高純氧化鋁原料，Al2O3>99.9%，無雜質(zhì)和玻璃相；（2）添加0.1～0.5%MgO，在晶粒表面生成鎂鋁尖晶石，降低晶界移動速度，抑制晶粒生長；（3）在氫氣或真空中燒結(jié)，促進氣孔擴散；（4）采用熱壓燒結(jié)，提高制品致密度。

第四篇：無機材料科學基礎(chǔ)標準化作用本

第六章 相平衡

一、名詞解釋

1．相律；2．凝聚系統(tǒng)；3．共熔界線與轉(zhuǎn)熔界線；

4．一致熔融化合物與不一致熔融化合物；5．連線規(guī)則與切線規(guī)則； 6．介穩(wěn)平衡；7．低共熔點、單轉(zhuǎn)熔點（雙升點）與雙轉(zhuǎn)熔點（雙降點）；

二、填空

1．常用的相平衡研究方法有 和。2．凝聚系統(tǒng)的相律為：。

3．在三元系統(tǒng)中，無變量點有三種，分別是：、和。

三、固體硫有兩種晶型(單斜硫、斜方硫)，因此硫系統(tǒng)可能有四個相，如果某人實驗得到這四個相平衡共存，試判斷這個實驗有無問題。

四、圖6-1是具有多晶轉(zhuǎn)變的某物質(zhì)的相圖，其中DEF線是熔體的蒸發(fā)曲線。KE是晶型I的升華曲線；GF是晶型II的升華曲線；JG是晶型Ⅲ的升華曲線，回答下列問題：

(a)在圖中標明各相的相區(qū)，并把圖中各無變點的平衡特征用式子表示出來；

(b)系統(tǒng)中哪種晶型為穩(wěn)定相?那種晶型為介穩(wěn)相?(c)各晶型之間的轉(zhuǎn)變是單向轉(zhuǎn)變還是雙向轉(zhuǎn)變?

圖6-1

五、簡述SiO2的多晶轉(zhuǎn)變現(xiàn)象，說明為什么在硅酸鹽產(chǎn)品中SiO2經(jīng)常以介穩(wěn)態(tài)存在。

六、C2S有哪幾種晶型？在加熱和冷卻過程中它們?nèi)绾无D(zhuǎn)變？β-C2S為什么能自發(fā)地轉(zhuǎn)變成γ-C2S？在生產(chǎn)中如何防止β-C2S轉(zhuǎn)變?yōu)棣?C2S？

七、圖6-2示意地表示出生成一個不一致熔融化合物AxBy和形成固溶體SB（A）的二元系統(tǒng)，請完成此相圖的草圖。

圖6-2

圖6-3

圖6-3 1

八、參閱圖6-3，請用藍線標出熔體2冷卻結(jié)晶過程中液相狀態(tài)點的變化途徑，用紅線標出固相狀態(tài)點的變化途徑。說明結(jié)晶過程各階段系統(tǒng)所發(fā)生的相變化。

九、已知A和B兩組分構(gòu)成具有低共熔點的有限固溶體二元系統(tǒng)。試根據(jù)下列實驗數(shù)據(jù)繪制概略相圖：A的熔點為1000℃，B的熔點為700℃。含B 25％的試樣在500℃完全凝固，其中含731%初相SA（B）和262% SA（B）＋SB（A）共生體。含B 50％的試樣在同一溫度33下凝固完畢，其中含 40％ 初相SA（B）和 60％ SA（B）＋SB（A）共生體，而SA（B）相總量占晶相總量的50％。實驗數(shù)據(jù)均在達到平衡狀態(tài)時測定

十、具有不一致熔融化合物的二元系統(tǒng)，在低共熔點E發(fā)生如下析晶過程：L?A?AmBn E點B含量為20％。化合物AmBn含B量為64％。今有C1和C2兩種配料，已知C1 B含量是C2 B含量的1.5倍，且高溫熔融冷卻析晶時，從該配料中析出的初相（即達低共熔溫度前析出的第一種晶體）含量相等。試計算C1和C2的組成。

十一、根據(jù)A12O3-SiO2系統(tǒng)相圖（教材P244）說明：

(a)鋁硅質(zhì)耐火材料，硅磚（含SiO2>98％）、粘土磚（含Al2O335～50％）、高鋁磚（含Al2O360～90％）、剛玉磚（含Al2O3>90％）內(nèi)，各有哪些主要的晶相；

(b)為了保持較高的耐火度，在生產(chǎn)硅磚時應注意什么?

(c)若耐火材料出現(xiàn)40％液相便軟化不能使用，試計算含40（摩爾分數(shù)）A12O3的粘土磚的最高使用溫度。

十二、加熱粘土礦物高嶺石（Al2O3·2SiO2·2H2O）至600℃時，高嶺石分解為水蒸氣和A12O3·2SiO2，繼續(xù)加熱到1595℃時會發(fā)生什么變化？在這溫度下長時間保溫達到平衡，系統(tǒng)相組成如何？當系統(tǒng)生成40％液相時，應達到什么溫度？在什么溫度下該粘土完全熔融?

十三、在CaO-SiO2系統(tǒng)（教材P247）與Al2O3—SiO2系統(tǒng)（教材P244）中SiO2的液相線都很陡，為什么在硅磚中可摻人約2％的CaO作礦化劑而不會降低硅磚的耐火度，但在硅磚中卻要嚴格防止原料中混入A12O3否則會使硅磚耐火度大大下降。

十四、在硅質(zhì)耐火材料的生產(chǎn)和使用過程中應注意哪些問題？為什么在煉鋼等工業(yè)窯爐上要禁止鎂磚與硅磚砌在一起？（參考教材P250 MgO-SiO2系統(tǒng)相圖）

十五、圖6-4是最簡單的三元系投影圖，圖中等溫線從高溫到低溫的次序是t6>t5>t4>t3>t2>t1 根據(jù)此投影圖回答：

(a)三個組分A、B、C熔點的高低次序是怎樣排列的；(b)各液相面下降的陡勢如何?那一個最陡?那一個最平坦?

(c)指出組成為65％A，15％B，20％C的系統(tǒng)的相組成點，此系統(tǒng)在什么溫度下開始結(jié)晶? 最先析出哪種晶相？

十六、（a）在三元系統(tǒng)濃度三角形上畫出下列配料的組成點，a點：A＝10％，B＝60％，C＝30％；b點：A＝10％，B＝30％，C＝60％；c點：A＝60％，B＝30％，C＝10％。（b）今有配料a3kg，配料b2kg，配料c5kg，若將此三配料混合加熱至完全熔融，試依據(jù)杠桿規(guī)則用作圖方法求熔體的組成點。

十七、寫出下列三元無變量點的平衡過程，指出無變點的性質(zhì)。

圖6-5

十八、寫出圖6-6中配料點1、2、3的結(jié)晶路程（表明液、固相組成點的變化及結(jié)晶過程各階段系統(tǒng)中發(fā)生的相變化）。

圖6-7

圖6-6

十九、圖6-7為生成一個三元化合物的三元系統(tǒng)相圖：（a）判斷三元化合物N的性質(zhì)；

（b）標出邊界曲線的溫降方向（轉(zhuǎn)熔線用雙箭頭）；（c）指出無變點K、L、M的性質(zhì)；

（d）分析點1、2的結(jié)晶路程（表明液固相組成點的變化及各階段的相變化）。

二十、如圖6-8所示：

（a）判斷生產(chǎn)化合物的性質(zhì)；

（b）畫出此相圖的副三角形？并說明依據(jù)；

（c）標出各個界線的溫降方向（轉(zhuǎn)熔界線用雙箭頭），并說明依據(jù)；

（d）判斷最低共熔點，雙升點（單轉(zhuǎn)熔點），雙降點（雙轉(zhuǎn)熔點）？并說明依據(jù)；（e）P點的最后析晶產(chǎn)物是什么？根據(jù)什么判斷? 3

二十一、圖6-9為CaO-A12O3-SiO2系統(tǒng)的富鈣部分相圖，對于硅酸鹽水泥的生產(chǎn)有一定的參考價值。試：

（a）畫出有意義的副三角形；

（b）用單、雙箭頭表示界線的性質(zhì)及溫降方向；

（c）說明F、H、K三個無變點的性質(zhì)，并寫出各點的相平衡式；

（d）熔體M平衡冷卻結(jié)晶時，結(jié)晶產(chǎn)物有哪些？實際生產(chǎn)時，結(jié)晶產(chǎn)物有哪些；（e）說明硅酸鹽水泥熟料落在小圓圈內(nèi)的理由；（f）在水泥實際生產(chǎn)中，為何在緩慢冷卻到無變量點K（1455℃）時再要急劇冷卻到室溫？

圖6-9 二

十二、圖6-10為K2O－Al2O3－SiO2系統(tǒng)中富硅部分相圖，本系統(tǒng)與日用陶瓷和普通電瓷的生產(chǎn)密切相關(guān)。試：

（a）畫出相圖中b、c點相對應的副三角形；

（b）用單、雙箭頭表示出交于b、c點的界線的性質(zhì)及溫降方向；（c）說明b、c兩個無變點的性質(zhì)和寫出各點的相平衡式；

（d）P點的最先析出晶相是什么？最后析晶產(chǎn)物是什么？

（e）在實際生產(chǎn)中，以配料P進行燒結(jié)的陶瓷制品中，主要的顯微結(jié)構(gòu)如何；（f）如要最終燒成制品的顯微結(jié)構(gòu)為莫來石晶體和玻璃相，應如何進行配料？ 二

十三、根據(jù)Na2O-CaO-SiO2系統(tǒng)相圖（教材P212）回答：

（a）組成為13％Na2O、13％CaO、74％SiO2玻璃配合料將于什么溫度熔化？在什么溫度完全熔融？

（b）上面組成的玻璃，當加熱到1050℃、1000℃、900℃、800℃時，可能會析出什么晶體？（c）NC3S6晶體加熱時是否會不一致熔化？分解出什么晶體？熔化溫度如何？

第五篇：無機材料科學基礎(chǔ)題庫 選擇題

選擇題

1．NaCl型結(jié)構(gòu)中，Cl-按立方最緊密方式堆積，Na+充填于（B）之中。

A、全部四面體空隙

B、全部八面體空隙

C、1/2四面體空隙

D、1/2八面體空隙 2．在析晶過程中，若?T較大，則獲得的晶粒為（A）

A、數(shù)目多而尺寸小的細晶

B、數(shù)目少而尺寸大的粗晶

C、數(shù)目多且尺寸大的粗晶 D、數(shù)目少且尺寸小的細晶

3．在熔體中加入網(wǎng)絡變性體會使得熔體的析晶能力（c）：

a.不變

b.減弱

c.增大

4．在燒結(jié)過程的傳質(zhì)方式中，不會使坯體致密的是（a）

a.擴散傳質(zhì)

b.溶解-沉淀傳質(zhì)

c.蒸發(fā)-凝聚傳質(zhì)

d.流動傳質(zhì) 5．過冷度愈大，臨界晶核半徑（c）相應的相變（e）

a.不變

b.愈大

c.愈小

d.愈難進行

e.愈易進行

f.不受影響 6．從防止二次再結(jié)晶的角度考慮，起始粒徑必須（c）

a.細

b.粗

c.細而均勻

d.粗但均勻

7．根據(jù)晶界兩邊原子排列的連貫性來劃分，在多晶體材料中主要是(B)A、共格晶界

B、非共格晶界

C、半共格晶界 8．玻璃結(jié)構(gòu)參數(shù)中的Z一般是已知的，請問硼酸鹽玻璃的Z =（B）A、2

B、3

C、4

D、5 9．石英晶體結(jié)構(gòu)屬于（d）

a.島狀結(jié)構(gòu)

b.鏈狀結(jié)構(gòu)

c.層狀結(jié)構(gòu)

d.架狀結(jié)構(gòu)

10.在離子型化合物中，晶粒內(nèi)部擴散系數(shù)Db，晶界區(qū)域擴散系數(shù)Dg和表面區(qū)域擴散系數(shù)Ds三者中（C）最大

A、Db

B、Dg

C、Ds 11.系統(tǒng)CaO + SiO2 ? 2CaO?SiO2 + CaO?SiO2 + 3CaO?2SiO2中的獨立組分數(shù)為（d）

a.5

b.4

c.3

d.2 12.熔體系統(tǒng)中組成越簡單，則熔體析晶（B）A、不受影響

B、越容易

C、越難

13.過冷度越大，相應的成核位壘（b），臨界晶核半徑（b），析晶能力（a）a.越大

b.越小

c.不變

14.下列選項中不屬于馬氏體相變的特征的是（B）

A、相變后存在習性平面

B、屬擴散型相變

C、新相與母相間有嚴格的取向關(guān)系

D、在一個溫度范圍內(nèi)進行

E、速度很快

15.顆粒不同部位的空位濃度存在差異，下列區(qū)域中（b）處的空位濃度最大 A、晶粒內(nèi)部

B、頸部表面張應力區(qū)

C、受壓應力的顆粒接觸中心 16.塑性泥團中顆粒之間最主要的吸力為（B）

A、范德華力

B、毛細管力

C、局部邊-面靜電引力

17.CaTiO3（鈦酸鈣）型結(jié)構(gòu)中，Ca2+和O2-共同組成立方緊密堆積，Ca2+占據(jù)立方面心的角頂位置，O2-占據(jù)立方面心的面心位置，Ti4+充填于（d）之間。

a.全部八面體空隙

b.1/8四面體空隙

c.1/2八面體空隙

d.1/4八面體空隙 18.在下列幾類晶體中，形成間隙型固溶體的難易次序（由易到難）是（B）。A、NaCl>TiO2>CaF

2B、CaF2>TiO2>NaCl

C、CaF2>NaCl>TiO2 19.一晶面在三晶軸上的截距分別為3a，3b，2c，該晶面的晶面指數(shù)為（d）a．（332）

b.（112）

c.（321）

d.（223）20.從防止二次再結(jié)晶的角度考慮，起始原料的粒徑應當（a）a.細而均勻

b.粗而均勻

c.細而不均勻

d.粗而不均勻 21.下列質(zhì)點遷移微觀機構(gòu)中，（B）最適用于置換型固溶體的擴散。

A、易位機構(gòu)

B、空位機構(gòu)

C、亞間隙機構(gòu)

D、間隙機構(gòu) 22.在晶粒生長過程中晶界（a）

a.向凸面曲率中心移動

b.背離凸面曲率中心移動

c.不移動

23.當O/Si比趨近于2時，Li2O-SiO2、Na2O-SiO2、K2O-SiO2三種熔體的粘度大小次序為（a）a.Li2O-SiO2

2b.K2O-SiO2

c.Li2O-SiO2

d.Na2O-SiO2< Li2O-SiO2

A、體積最小

B、棱間直角關(guān)系最多

C、結(jié)點間距最小 25.根據(jù)開爾文方程，固體顆粒越小，其熔化溫度（A）A、越低

B、越高

C、不變

26.若有一個變價金屬氧化物XO，在還原氣氛下形成陰離子缺位型非化學計量化合物，金屬元素X和氧原子數(shù)之比為X：O＝1.1：1，則其化學式應為（c）a.X1.1O

b.XO0.90

c.XO0.9

1d.XO1.1 27.K2O.Al2O3.4SiO2-SiO2系統(tǒng)的獨立組分數(shù)為（c）a.4

b.3

c.2

d.1 28.一晶面的晶面指數(shù)為（220），則其與c軸的關(guān)系為（B）A、垂直

B、平行

C、相交（非90°）29.若有n個等大球體作最緊密堆積，就必有（a）個八面體空隙。a.n個

b.2n個

c.3n個

d.4n個

30.燒結(jié)過程中，只改變氣孔形狀不引起坯體致密化的傳質(zhì)方式是（C）

A、擴散傳質(zhì)

B、流動傳質(zhì)

C、蒸發(fā)-凝聚傳質(zhì)

D、溶解-沉淀傳質(zhì)

31.當O/Si比趨近于4時，Li2O-SiO2、Na2O-SiO2、K2O-SiO2三種熔體的粘度大小次序為（）a.Li2O-SiO2

c.Li2O-SiO2

d.Na2O-SiO2< Li2O-SiO2

a.1

b.2

c.3

d.4

e.5

f.6 33.下列選項中不屬于晶體的基本性質(zhì)的是（B）

A、最小內(nèi)能性

B、各向同性

C、對稱性

D、自限性 34.根據(jù)開爾文方程，固體顆粒越小，其溶解度（a）a.越小

b.越大

c.不變

213564L22P

35.若有一個變價金屬氧化物XO，在氧化氣氛下形成陽離子空位型非化學計量化合物，金屬元素X和氧原子數(shù)之比為X：O＝1：1.1，則其化學式應為（）a.XO1.b.X0.90O

c.X0.91O

d.X1.1O 36.從工藝的角度考慮，下列選項中不是造成二次再結(jié)晶的原因的是（B）

A、原始粒度不均勻

B、燒結(jié)溫度過低

C、燒結(jié)速率太快

D、坯體成型壓力不均勻

37、二元化合物AmBn若正離子的配位數(shù)為6，負離子的配位數(shù)為（B）A、m/n

B、6m/n

C、n/m

D、n/6m

38、下列礦物中，屬于架狀結(jié)構(gòu)的是（D）

A、Mg2[SiO4]

B、Ca2Mg2[Si4O11]

C、Be3Al2[Si6O18]

D、Ca[Al2Si2O8]

39、在氧化氣氛下，F(xiàn)eO形成非化學計量化合物，鐵空位濃度與氧分壓關(guān)系為（A）A、1/6

B、-1/6

C、1/4

D、-1/4 40、在1850℃，15mol%CaO的添加到ZrO2中，形成的固溶體的化學式為（C）A、Zr0.925Ca0.15O

2B、Zr0.85Ca0..3O

2C、Zr0.85Ca0.15O1.8

5D、Zr0.85Ca0.15O2 41、2Na2O·CaO·Al2O3·2SiO2的玻璃中，結(jié)構(gòu)參數(shù)Y（C）A、2.25

B、2.5

C、3

D、3.5

42、O2-在UO2晶體中的擴散機制為（B）A、空位

B、間隙

C、易位

43、刃位錯位錯線與柏格斯矢量關(guān)系（B）A、平行

B、垂直

C、相交

44、離子晶體中的空位擴散，擴散活化能隨材料的熔點升高（）A、增加

B、減小

C、不變

45、為提高陶瓷坯釉的附著力，應降低（A、C）A、?SL

B、?SV

C、?LV

46、P42晶系屬于（B）

A、三方

B、四方

C、立方

D、正交

47、Pm3m晶系屬于（C）

A、三方

B、四方

C、立方

D、正交 48．下列晶體結(jié)構(gòu)缺陷中缺陷濃度主要受氣氛分壓影響的是（C）

A、肖特基缺陷

B、弗倫克爾缺陷

C、非化學計量化合物

d.固溶體

49．下列質(zhì)點遷移微觀機構(gòu)中，（b）最適用于置換型固溶體的擴散 a.間隙機構(gòu)

b.空位機構(gòu)

c.亞間隙機構(gòu)

d.易位機構(gòu) 50．右圖為具有L44P對稱的一個平面點陣，現(xiàn)要選取此平面點陣的基本單位，圖中給出了六種可能的劃分方式，若根據(jù)劃分平行六面體的原則中第一條進行選取，不被排除的有（d,e）

a.1

b.2

c.3

d.4

e.5

f.6 51．在晶粒生長過程中晶界（a）

a.向凸面曲率中心移動

b.背離凸面曲率中心移動

c.不移動 52．K2OAl2O34SiO2-SiO2系統(tǒng)的獨立組分數(shù)為（C）

A、4

B、3

C、2

D、1 53．在析晶過程中，若△T較大，則獲得的晶粒為（a）

a.數(shù)目多而尺寸小的細晶 b.數(shù)目少而尺寸大的粗晶c.數(shù)目多且尺寸大的粗晶 d.數(shù)目少且尺寸小的細晶 54．目前常用γGB晶界能和γSV表面能之比值來衡量燒結(jié)的難易，若材料γGB / γSV 越大，則(a)a.愈容易燒結(jié)

b.對燒結(jié)無影響

c.愈難燒結(jié) 55．伯格斯矢量與位錯線垂直的位錯稱為（b）a.螺型位錯

b.刃型位錯

c.混合位錯

56．在熔體中加入網(wǎng)絡變性體會使得熔體的析晶能力（c）：

a.不變

b.減弱

c.增大

57．塑性泥團中顆粒之間最主要的吸引力為（c）

a.范德華力

b.靜電引力

c.毛細管力

58．在7個晶系中，晶體幾何常數(shù)為：a＝b＝c，α＝β=γ≠90°的是（c）a.六方晶系

b.四方晶系

c.三方晶系

d.正交晶系 59．NaCl型結(jié)構(gòu)中，Cl-按立方最緊密方式堆積，Na+ 充填于（b）之中 a．全部四面體空隙 b.全部八面體空隙

c.1/2四面體空隙

d.1/2八面體空隙 60．下列質(zhì)點遷移微觀機構(gòu)中，（a）最適用于間隙型固溶體的擴散 a.間隙機構(gòu)

b.空位機構(gòu)

c.亞間隙機構(gòu)

d.易位機構(gòu) 61．劃分單位平行六面體時，在滿足對稱性關(guān)系之后應考慮（b）a.體積最小

b.棱間直角關(guān)系最多

c.結(jié)點間距最小

62．在燒結(jié)過程中，只改變氣孔形狀不引起坯體收縮的傳質(zhì)方式是（c）a.擴散傳質(zhì)

b.溶解－沉淀傳質(zhì)

c.蒸發(fā)－凝聚傳質(zhì)

d.流動傳質(zhì) 63．過冷度越大，相應的成核位壘（b），臨界晶核半徑（b），析晶能力（a）a.越大

b.越小

c.不變..451236L44P 64．在離子型化合物中晶粒內(nèi)部擴散系數(shù)Db，晶界區(qū)域擴散系數(shù)Dg和表面區(qū)域擴散系數(shù)Ds之間的關(guān)系應為（b）。

a.Db>Dg>Ds

b.Ds > Dg > Db

c.Dg > Ds > Db 65．均勻成核與非均勻成核相比（b）更容易進行？

a.均勻成核

b.非均勻成核

c.二者一樣

66．在晶體中形成空位的同時又產(chǎn)生間隙原子，這樣的缺陷稱為（b）a.肖特基缺陷

b.弗倫克爾缺陷

c.間隙缺陷 67．在質(zhì)點遷移的空位機構(gòu)中，當溫度較高時以（b）為主

a.非本征擴散

b.本征擴散

c.非化學計量空位擴散 68．過冷度愈大，臨界晶核半徑（c）

相應地相變（e）a.不變

b.愈大

c.愈小

d.愈難進行

e.愈易進行

f.不受影響

69．若有一個變價金屬氧化物XO，在還原氣氛下形成陰離子缺位型非化學計量化合物，金屬元素X和氧原子數(shù)之比為X：O＝1.2：1，則其化學式應為（b）

a.X1.2O

b.XO0.8

3c.XO0.9

1d.XO1.2 70．立方結(jié)構(gòu)的(112)與(113)晶面同屬于（a）晶帶軸。a.[110]

b.[111]

c.[211] 71．下列關(guān)于電動電位的描述錯誤的是（b）

a.由一價陽離子飽和的粘土其δ-電位大于由三價陽離子飽和的同種粘土 b.對于同價陽離子飽和的粘土而言，隨著離子半徑增大δ-電位增大 c.由同種陽離子飽和的粘土，隨著離子濃度增大δ-電位減小

72．菲克第一定律描述了穩(wěn)態(tài)擴散的特征，即擴散物質(zhì)的濃度不隨（b）變化。a.距離

b.時間

c.溫度 73．劃分單位平行六面體時，在滿足對稱性關(guān)系之后應考慮（b）

a.體積最小

b.棱間直角關(guān)系最多

c.結(jié)點間距最小

74.在硅酸鹽熔體中，當R＝O/Si減小時，相應熔體組成和性質(zhì)的變化是：非橋氧百分數(shù)（b），熔體粘度（a），熔體析晶傾向（b）

a.增大

b.減小

c.不變

75.下列質(zhì)點遷移微觀機構(gòu)中，（b）最適用于置換型固溶體的擴散 a.間隙機構(gòu)

b.空位機構(gòu)

c.亞間隙機構(gòu)

d.易位機構(gòu) 76.晶核生長速率u與溫度的關(guān)系為（C）

A、隨溫度的升高而增大

B、隨溫度的升高而減小

C、隨溫度的升高先增大后減小

D、隨溫度的升高先減小后增大 77.在燒結(jié)過程中不會引起坯體致密化的傳質(zhì)方式是（d）

a.溶解-沉淀傳質(zhì)

b.擴散傳質(zhì)

c.流動傳質(zhì)

d.蒸發(fā)-凝聚傳質(zhì) 79.晶體結(jié)構(gòu)中所存在的一切對稱要素的集合稱為（c）a.聚形

b.點群

c.空間群

d.平移群

80.右圖為具有L44P對稱的一個平面點陣，現(xiàn)要選取此平面點陣的1基本單位，圖中給出了六種可能的劃分方式，若根據(jù)劃分平行六面25體的原則中第一條進行選取，不被排除的有（a, b）

6a.1

b.2

c.3

d.4

e.5

f.6 81.同價陽離子飽和的粘土，其δ-電位隨著離子半徑增大而（b）a.增大

b.減小

c.不變 82.Si:O趨近于1/2時硅酸鹽晶體的結(jié)構(gòu)類型為（d）a.島狀

b.鏈狀

c.層狀

d.架狀

83．玻璃結(jié)構(gòu)參數(shù)中的z一般是已知的，其中硼酸鹽玻璃的z =（b）

a.2

b.3

c.4

d.5 84．在晶粒生長過程中晶界（c）

a.不移動

b.背離凸面曲率中心移動

c.向凸面曲率中心移動 85．塑性泥團中顆粒之間最主要的吸引力為（c）a.范德華力

b.靜電引力

c.毛細管力 86．在晶核形成過程中，臨界晶核半徑愈大，則相變（c）a.愈易進行

b.不受影響

c.愈難進行 87．Na2O.Al2O3.4SiO2-SiO2系統(tǒng)的獨立組分數(shù)為（c）a.4

b.3

c.2

d.1 88．立方晶體中的[001]方向是（b）

a．二次對稱軸

b.四次對稱軸

c.六次對稱軸

89．粘土顆粒周圍存在附著定向的水分子層和水化陽離子，這部分水稱為（b a.結(jié)構(gòu)水

b.結(jié)合水

c.自由水 90．宏觀晶體中所有對稱要素的集合稱為（a）a.空間群

b.平移群

c.點群 91．在置換型固溶體中，原子擴散的方式一般為（c）a.原子互換機制

b.間隙機制

c.空位機制 92．α-石英與α-方石英之間的晶型轉(zhuǎn)變屬于（a）a.重建型相變

b.位移型相變

c.擴散型相變

34L44P）