材料科學基礎(chǔ)期末復(fù)習

1、材料科學基礎(chǔ)復(fù)習 1、 正尖晶石，反尖晶石；螢石結(jié)構(gòu)，反螢石結(jié)構(gòu)；位移型轉(zhuǎn)變，重建型轉(zhuǎn)變；二八面體，三八面體；同質(zhì)多晶，異質(zhì)同晶。正尖晶石答：在尖晶石AB2O4型結(jié)構(gòu)中，如果A離子占據(jù)四面體空隙，B離子占據(jù)八面體空隙，則稱為正尖晶石。(A)B2O4反尖晶石型結(jié)構(gòu) 答：如果半數(shù)的B離子占據(jù)四面體空隙，A離子和另外半數(shù)的B離子占據(jù)八面體空隙，則稱為反尖晶石。 (B)ABO4螢石結(jié)構(gòu):答：Ca2+作立方緊密堆積 ,F-充填于全部的四面體空隙,八面體空隙全部空著，因此在八個F-之間存在有較大的空洞，為陰離子F-的擴散提供條件反螢石結(jié)構(gòu)：答：晶體結(jié)構(gòu)與螢石完全相同，只是陰、陽離子的位置完全互換。如：Li

2、2O、Na2O、K2O等。其中Li+、Na+、K+離子占有結(jié)構(gòu)中F-離子的位置，而O2-或其它離子占有Ca2+離子的位置。叫做反同形體。位移型轉(zhuǎn)變：答：同一系列（即縱向）之間的轉(zhuǎn)變不涉及晶體結(jié)構(gòu)中鍵的破裂和重建，僅是鍵長和鍵角的調(diào)整，轉(zhuǎn)變迅速且可逆重建型轉(zhuǎn)變：答：不同系列（即橫向）之間的轉(zhuǎn)變，如-石英和-磷石英， -磷石英和-方石英之間的轉(zhuǎn)變都涉及鍵的破裂和重建，轉(zhuǎn)變速度緩慢二八面體：答：八面體以共棱方式相連，但八面體中的O2-離子只被兩個其它陽離子所共用，這種八面體稱為二八面體。 三八面體：答：八面體仍共棱方式相連，但八面體中的O2-離子被其它三個陽離所共用，稱為三八面體。同質(zhì)多晶：答：化學

3、組成相同的物質(zhì)，在不同的熱力學條件下形成不同的晶體的現(xiàn)象。異質(zhì)同晶：答：化學組成相似或相近，在相同的熱力學條件下，形成的晶體具有相同的結(jié)構(gòu)，這種現(xiàn)象稱為類質(zhì)同晶現(xiàn)象。2、 架狀結(jié)構(gòu)，層狀結(jié)構(gòu)，島狀結(jié)構(gòu) 。島狀結(jié)構(gòu):硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)中的硅氧四面體以孤立狀態(tài)存在,它們之間通過其它正離子的配位多面體連結(jié)。 層狀結(jié)構(gòu):硅氧四面體通過三個共同氧連接，在二維平面內(nèi)延伸成一個硅氧四面體層。 架狀結(jié)構(gòu)：架狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體其結(jié)構(gòu)特征是每個硅氧四面體的四個角頂都與相鄰的硅氧四面體共頂3、 解釋在AX型晶體結(jié)構(gòu)中，NaCl型結(jié)構(gòu)最多？答：在AX型晶體結(jié)構(gòu)中，一般陰離子X的半徑較大，而陽離子A的半徑較小，所以陰離子做緊

4、密堆積，陽離子填充在其空隙中。大多數(shù)AX型化合物的r+/r-比在 0.4140.732之間，應(yīng)填充在八面體空隙中。即具有NaCl型結(jié)構(gòu)；并且NaCl型晶體結(jié)構(gòu)的對稱性較高，那么有些在0.7321.00之間的晶體，其晶格能相差很小，且由于極化結(jié)果，也趨向于NaCl型結(jié)構(gòu)，所以AX型晶體結(jié)構(gòu)中，NaCl型結(jié)構(gòu)最多。 4、 用NaCl結(jié)構(gòu)理論解釋水泥熟料中死燒MgO和CaO結(jié)構(gòu)的不同？答：NaCl結(jié)構(gòu)是一種立方面心格子，其中陰離子按最緊密方式堆積，陽離子充填于全部的八面體的空隙中，陰陽離子的配位數(shù)都為6。水泥熟料中死燒MgO和CaO結(jié)構(gòu)與NaCl結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定水化速度緩慢，會影響水泥的安定性。但

5、由于Ca2+半徑比Mg2+半徑大得多，因而在CaO結(jié)構(gòu)中，O2-被“撐開”，這樣，CaO結(jié)構(gòu)不如MgO的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，游離CaO水化速度比游離MgO要快些，游離CaO加熱即可水化，而游離MgO經(jīng)壓蒸才能水化。5、 TiO2的性質(zhì)及應(yīng)用1.在光學性質(zhì)上具有很高的折射率。為集成光學棱鏡材料。2.在電學性質(zhì)上具有高的介電系數(shù)。因此，成為制備光學玻璃的原料，也是無線電陶瓷中需要得晶相。3.TiO2的納米和介孔材料有催化、凈化效果，用于光催化下的凈化功能6、 為什么對稱軸不存在5次和高于6次以上的軸？1.因為5次和高于6次對稱軸的存在都違反晶體的格子構(gòu)造規(guī)律，它們所構(gòu)成的面網(wǎng)網(wǎng)孔均不能無間隙地排滿整個平面，

6、結(jié)果在面網(wǎng)上就出現(xiàn)空隙，這在晶體格子構(gòu)造中是不可能存在的 2.另外，從基轉(zhuǎn)角來看，只有等于360o、180o、120o、90o、60o、0o,才能整除360o，即n=360/為整數(shù)。3.正五邊形上兩平行行列ad和bc得結(jié)點間距不等，違反空間格子規(guī)律，所以5次對稱軸在晶體上是不存在的。7、 用島狀結(jié)構(gòu)理論解釋水泥熟料中C2S和C2S結(jié)構(gòu)的不同？鎂橄欖石中如果Mg2+離子位置全部換成Ca2+離子，就是水泥熟料中的-C2S的結(jié)構(gòu),其中Ca2+的配位數(shù)為6.結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，活性低在水泥中幾乎是惰性的。但如其中的Ca2+的配位數(shù)為8和6兩種配位時，是-C2S，則屬單斜晶系，隨亦為島式結(jié)構(gòu)，由于其配位不規(guī)則，化

7、學性質(zhì)活潑，能與水發(fā)生水化反應(yīng)。8、 分析說明高嶺石，蒙脫石結(jié)構(gòu)特點及其結(jié)構(gòu)差異，并說明性質(zhì)和結(jié)構(gòu)的相關(guān)性。答：高嶺石：1:1層狀結(jié)構(gòu)，有解理性，層間為氫鍵。因此可交換的陽離子容量小。水分子不易進入單網(wǎng)層之間，晶體不會因為水含量增加膨脹，固具有很好的可塑性。蒙脫石：2:1層狀結(jié)構(gòu)，有解理性，層間為范氏鍵，易吸水，有膨潤性。具有很高的陽離子交換能力。對Na、Ca、Mg、Al、H等正離子均有強的交換性。9、 用晶體結(jié)構(gòu)理論解釋石灰石中方解石的結(jié)構(gòu) 答：石灰石中方解石的結(jié)構(gòu)可看成是變了形的NaCl結(jié)構(gòu)形式，只要將NaCl的三次軸豎立并加壓，使棱的夾角由90°變至101°55，然后

8、以Ca2+代替Na+，CO2-3代替Cl- 。在CO2-3中的C4+在中心，三個O2- 圍繞C在一平面上成一等邊三角形。Ca2+的配位數(shù)為6。 10、 無機化合物晶體結(jié)構(gòu)的表示方法有幾種？1.晶胞結(jié)構(gòu)圖:有立體圖和投影圖兩種?？捎糜诮Y(jié)構(gòu)簡單的直觀圖形。對于復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)，用不同坐標面的投影圖。2.坐標系：給出單位晶胞中各個質(zhì)點的空間坐標，就能清楚地了解晶體的結(jié)構(gòu)。只適應(yīng)簡單結(jié)構(gòu)。3.球體緊密堆積和填充空隙情況：這是對金屬晶體和離子晶體結(jié)構(gòu)描述的最好描述。4.配位多面體及其連接方式：對結(jié)構(gòu)復(fù)雜的晶體，如硅酸鹽類，用此法。5.晶胞分子數(shù)(Z)：指單位晶胞中所含晶體“分子”個數(shù)11、 表征硅酸鹽晶體的

9、化學式方法有幾種，分別是什么？并進行比較。答：表征硅酸鹽晶體的化學式方法有兩種。 一種是所謂的氧化物法，即把構(gòu)成硅酸鹽晶體的所有氧化物按一定的比例和順序全部寫出來，先是+1價堿金屬氧化物，其次是+2價，+3價的金屬氧化物，最后是SiO2。例如，鉀長石的化學式寫成K2O·Al2O3·6SiO2；高嶺石： Al2O3.2SiO2·2H2O 另一種是無機絡(luò)鹽表示法，是把是構(gòu)成硅酸鹽晶體的所有離子按照一定比例和順序全部寫出來，再把相關(guān)的絡(luò)陰離子用中括號 括起來即可，先是+1價、+2價的金屬離子，其次是Al3+和Si4+離子，最后是O2-或OH-離子。如鉀長石為KAlSi3

10、O8，高嶺石：Al2Si2O5(OH)4比較：氧化物表示法的優(yōu)點在于一目了然地反映出晶體的化學組成，可以按此組成配料來進行晶體的實驗室合成。無機絡(luò)鹽表示法則可以比較直觀地反映出晶體所屬的結(jié)構(gòu)類型，進而可對晶體結(jié)構(gòu)及性質(zhì)作出一定程度的預(yù)測，兩種表示方法之間可以相互轉(zhuǎn)換12.什么是弗倫克爾缺陷？其特征如何？答：由于晶格上原子的熱振動，一部分能量較大的原子離開正常位置，進入間隙變成填隙原子，并在原來的位置留下一個空位1. 空位、填隙原子成對出現(xiàn)，兩者數(shù)量相等；2. 晶體的體積不發(fā)生改變；3. 間隙六方、面心立方密堆中的四面體和八面體空隙;4. 不需要自由表面；5. 一般情況下，離子晶體中陽離子比陰離

11、子小，即正負離子半徑相差大時，易形成Frenkel缺陷。13.什么是肖特基缺陷？其特征如何 ？答：正常格點上的原子遷移到表面，從而在晶體內(nèi)部留下空位。1. 只有空位，沒有填隙原子；2. 如果是離子晶體，陽離子空位和陰離子空位成對出現(xiàn)，兩者數(shù)量相等，保持電中性；3. 需要有自由表面；4. 伴隨新表面的產(chǎn)生，晶體體積增加；5. 正負離子半徑相差不大時，Schottky缺陷為主；14.非化學計量化合物及特點。答：實際的化合物中，有一些化合物不符合定比定律，負離子與正離子的比例并不是一個簡單的固定的比例關(guān)系，這些化合物稱為非化學計量化合物?！糠腔瘜W計量化合物的特點： 1）非化學計量化合物產(chǎn)生及缺陷濃度

12、與氣氛性質(zhì)、壓力有關(guān)； 2）可以看作是高價化合物與低價化合物的固溶體；15.為什么非計量化合物都是N型或P型半導體材料？答：N型半導體：陰離子空位的產(chǎn)生，束縛了自由電子，在電場的作用下，這些電子發(fā)生遷移，而形成電子導電，可以看作N型半導體。P型半導體：結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生正離子孔穴，引入電子孔穴，在電場作用下運動而導電，可以看作P型半導體。 在非計量化合物中，有陰離子缺位型、陽離子填隙型，這兩種缺陷都產(chǎn)生電子導電，所以是N型半導體材料。 還有陰離子間隙型、陽離子空隙型，這兩種缺陷都產(chǎn)生電子空穴，在電場作用下運動而導電，所以是P型半導體材料。 16.試寫出下列缺陷方程及化學式(1) TiO2 Al2O3

13、(2) CaO ThO2(3) Y2O3 MgO (4) Al2O3 ZrO2(解題規(guī)律：低價陽離子置換高價陽離子時，以陽離子為配平，陰離子空位高價陽離子置換低價陽離子時，以陰離子為配平，陽離子空位)17. 影響形成置換固溶體的因素有哪些？1. 原子或離子尺寸的影響2. 晶體結(jié)構(gòu)類型的影響 3. 離子類型和鍵性4. 電價因素 18. 形成固溶體后對晶體性質(zhì)的影響？1、穩(wěn)定晶格，阻止某些晶型轉(zhuǎn)變的發(fā)生2、活化晶格 3、固溶強化4、形成固溶體后對材料物理性質(zhì)的影響（固溶體的電學、熱學、磁學等物理性質(zhì)也隨成分而連續(xù)變化，但一般都不是線性關(guān)系。固溶體的強度與硬度往往高于各組元，而塑性則較低）5、催化劑

14、（固溶體由于具有可變價陽離子，可隨不同氣氛而變化，使得在其晶格結(jié)構(gòu)不變的情況下容易做到對還原性氣體賦予其晶格中的氧，從氧化性氣體中取得氧溶入晶格中，從而起到催化消除有害氣體的作用。）6、固溶體電性能（固溶體形成對材料電學性能有很大影響，幾乎所有功能陶瓷材料均與固溶體有關(guān)）7、透明陶瓷及人造寶石（利用加入雜質(zhì)離子可以對晶體的光學性能進行調(diào)節(jié)或改變。）19.寫出缺陷反應(yīng)及固溶體的化學式 （1）氧化鈦固溶在氧化鋁中 （2）氧化釔固溶在氧化鎂中（3）氯化鈣固溶在氯化鉀中20、玻璃的分相。熔體在冷卻過程中，在一定的溫度和組成范圍內(nèi)，質(zhì)點遷移使熔體內(nèi)某些組成偏聚，從而形成兩個互不混容的，組成不同的玻璃相。

15、21、形成氧化物玻璃的規(guī)則？ 1、網(wǎng)絡(luò)中每個氧離子最多與兩個網(wǎng)絡(luò)形成離子相聯(lián)。2、氧多面體中，陽離子配位數(shù)必須是最小的，即為4或3。3、一定是共頂連接，不能共棱或共面，使能量最低。4、每個氧多面體至少有三個頂角是與相鄰多面體公共有以形成連續(xù)的無規(guī)則空間結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。22、解釋硼酸鹽玻璃的硼反常現(xiàn)象引入斷網(wǎng)離子，使三角體變成四面體，由層狀變成架狀，由于四面體的存在有補網(wǎng)作用，出現(xiàn)硼反常現(xiàn)象，有個極值變化。這與相同條件下的硅酸鹽玻璃相比，其性能剛好相反。所以稱為硼反?，F(xiàn)象23、有兩種玻璃組成（mol%）如下： 序號 Na2O CaO Al2O3 SiO2 1 20 10 10 60 2 10 18 7

16、2 試計算玻璃的結(jié)構(gòu)參數(shù)，并比較兩種玻璃的高溫下粘度何者大？24.硅酸鹽晶體與硅酸鹽玻璃在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別？答：（1）在硅酸鹽晶體中， SiO4骨架按一定的對稱規(guī)律有序排列；在硅酸鹽玻璃中SiO4骨架的排列是無序的。 （2）在硅酸鹽晶體中， SiO4骨架外的網(wǎng)絡(luò)外離子占據(jù)了點陣中的一定位置；而在硅酸鹽玻璃中，網(wǎng)絡(luò)變性離子統(tǒng)計地分布在SiO4骨架的空腔內(nèi)，使氧的負電荷得以平衡。（3）在硅酸鹽晶體中， 只有當外來陽離子半徑與晶體中的陽離子半徑相近時，才能發(fā)生同晶置換；而在硅酸鹽玻璃中，骨架外陽離子不論半徑是否相近，均能發(fā)生置換，只要求遵守靜電價規(guī)則。（4）在晶體中（如這種晶體不是固溶體），原始組份（氧

17、化物）相互間有簡單的固定比例，即符合化學計量；而在玻璃中，氧化物可以以任意的比例混合，即不符合化學計量。25.網(wǎng)絡(luò)形成體，網(wǎng)絡(luò)變性體。答：網(wǎng)絡(luò)形成體(其中正離子為網(wǎng)絡(luò)形成離子)，其單鍵強度大于335kJ/mo1。這類氧化物能單獨形成玻璃。 網(wǎng)絡(luò)變性體(正離子稱為網(wǎng)絡(luò)變性離子)，其單鍵強度小于250kJ/mol。這類氧化物不能單獨形成玻璃，但能改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而使玻璃性質(zhì)改變。 十一章26.穩(wěn)定擴散，非穩(wěn)定擴散 穩(wěn)定擴散：穩(wěn)定擴散是指在垂直擴散方向的任一平面上，單位時間內(nèi)通過該平面單位面積的粒子數(shù)一定，即任一點的濃度不隨時間而變化，擴散通量不隨位置變化。 .（公式） 非穩(wěn)定擴散：不穩(wěn)定擴散是指擴

18、散物質(zhì)在擴散介質(zhì)中濃度隨時間發(fā)生變化。擴散通量與位置有關(guān)。（公式寫上）27.本正擴散與非本正擴散本征擴散：本征擴散：由肖特基和弗侖克爾缺陷引起的擴散為本征擴散非本征擴散：摻雜點缺陷引起的擴散為非本征擴散。28.順擴散，逆擴散 順擴散：由高濃度區(qū)向低濃度區(qū)的擴散叫順擴散，又稱下坡擴散逆擴散：由低濃度區(qū)向高濃度區(qū)的擴散叫逆擴散，又稱上坡擴散。29.固體擴散的特點答：1、固體粒子（原子或分子）擴散是遠低于熔點以下既開始的。2、固體是凝聚體，并有一定的結(jié)構(gòu)，粒子遷移必須克服一定勢壘。所以，擴散遷移是十分緩慢的。30.影響擴散系數(shù)的因素答：擴散介質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響（通常，擴散介質(zhì)結(jié)構(gòu)越緊密，擴散越困難，反之亦

19、然）擴散相與擴散介質(zhì)的性質(zhì)差異（一般說來，擴散相與擴散介質(zhì)性質(zhì)差異越大,擴散系數(shù)也越大。）結(jié)構(gòu)缺陷的影響（實驗表明，在金屬材料和離子晶體中，原子或離子在晶界上擴散遠比在晶粒內(nèi)部擴散來得快。）溫度與雜質(zhì)的影響（對于大多數(shù)實用晶體材料，由于其或多或少地含有一定量的雜質(zhì)以及具有一定的熱歷史，因而溫度對其擴散系數(shù)的影響往往不完全象圖所示的那樣，1nD1T間均成直線關(guān)系，而可能出現(xiàn)曲線或者不同溫度區(qū)間出現(xiàn)不同斜率的直線段。這一差別主要是由于活化能隨溫度變化所引起的。一般而言，高價陽離子的引入可造成晶格中出現(xiàn)陽離子空位和造成晶格畸變，從而使陽離子擴散系數(shù)增大。且當雜質(zhì)含量增加，非本征擴散與本征擴散溫度轉(zhuǎn)折

20、點升高. 反之，若雜質(zhì)原子與結(jié)構(gòu)中部分空位發(fā)生締合，往往會使結(jié)構(gòu)中總空位增加而有利于擴散。）十二章31.一級相變 ，均勻成核，非均勻成核一級相變：在臨界溫度、壓力時，兩相化學位相等，但化學位的一階偏導數(shù)不相等的相變。二級相變：在臨界溫度、臨界壓力時，兩相化學勢相等，其化學位的一階偏導數(shù)相等，而二階偏導數(shù)不相等的相變。均勻成核（核化）：晶核從均勻的單相熔體中產(chǎn)生的幾率處處是相同的非均勻成核（核化）：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32.什么是一級相變？特點是什么？哪些變化是一級相變？ 一級相變：在臨界溫度、壓力時，兩相化學位相等，但化學位的一階偏導數(shù)不相等的相變

21、。特點 ：化學勢的一階偏微商不相等，相變前后兩相的體積和熵發(fā)生突變舉例：晶體的熔化、升華、液體的凝固、汽化、氣體的凝聚以及晶體中大多數(shù)晶型轉(zhuǎn)變都屬于一級相變，這是最普遍的相變類型。二級相變：在臨界溫度、臨界壓力時，兩相化學勢相等，其化學位的一階偏導數(shù)相等，而二階偏導數(shù)不相等的相變特點：相變時兩相化學勢相等，其一級偏微熵也相等，而二級偏微熵不等舉例：一般合金有序無序轉(zhuǎn)變、鐵磁性順磁性轉(zhuǎn)變、超導態(tài)轉(zhuǎn)變等33能否說明過冷度T越大，相變成核速率就越大，為什么？ 答：不能，一方面，當過冷度增大，溫度降低，熔體粒子動能下降，吸引力相對增大，因而容易聚結(jié)和附在晶粒表面上，有利于晶核形成和晶體生長。另一方面，

22、由于過冷度增大，熔體粘度增加，粒子移動困難，即從熔體中擴散到晶核表面也困難，對晶核形成和晶體長大都不利，而且對晶體生長影響更大。（這道題不確定答案）34.相具有的特點？ （1）相與相之間有分界面，可用機械方法將它們分開。（2）系統(tǒng)中存在的相可以是穩(wěn)定、亞穩(wěn)或不穩(wěn)定的。（3）系統(tǒng)在某一熱力學條件下，只有當能量具有最小值的相才是最穩(wěn)定的。（4）系統(tǒng)的熱力學條件改變時，自由能會發(fā)生變化，相的結(jié)構(gòu)也相應(yīng)發(fā)生變化十三章35.固相反應(yīng)的特點答：1、反應(yīng)是在界面上進行的。2、反應(yīng)必須在高溫下才能進行，但在低于物質(zhì)的熔點及低共熔點即開始的反應(yīng)。3、反應(yīng)速度與濃度無關(guān)，但與反應(yīng)物的結(jié)構(gòu)有關(guān)。4、反應(yīng)是分階段進行

23、的，一般分為初期、中期、后期。36.寫出楊德爾方程？在推導公式時的假設(shè)條件及公式適用范圍？ 假設(shè)：a、反應(yīng)物是半徑為R的等徑球粒； b、反應(yīng)物A 是擴散相，即A 成分總是包圍著B的顆粒，而且A、B同產(chǎn)物C是完全接觸的，反應(yīng)自球表面向中心進行； c、A在產(chǎn)物層中的濃度是線性的，而擴散層截面積一定。范圍：楊德爾方程的適用范圍反應(yīng)初期、G較小時37.比較楊德爾方程與金斯特林格方程上課照的圖片38.礦化劑及對固相反應(yīng)的作用？1、礦化劑能影響晶核形成和晶體長大的速度；2、礦化劑與反應(yīng)物形成固溶體，使其晶格活化，反應(yīng)能力增強；3、降低液相粘度，提高擴散速度；4、與反應(yīng)物形成低共熔物，降低體系共熔點，改善液相性質(zhì)；5、有定向礦化作用。39.影響固相反應(yīng)的因素？ 反應(yīng)物化學組成的影響反應(yīng)物顆粒及均勻性的影響反應(yīng)溫度的影響壓力和