無機材料科學(xué)基礎(chǔ)-陸佩文-課后答案

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上2-1 名詞解釋（a）弗倫克爾缺陷與肖特基缺陷；（b）刃型位錯和螺型位錯 （c）類質(zhì)同象與同質(zhì)多晶解：（a）當(dāng)晶體熱振動時，一些能量足夠大的原子離開平衡位置而擠到晶格點的間隙中，形成間隙原子，而原來位置上形成空位，這種缺陷稱為弗倫克爾缺陷。如果正常格點上原子，熱起伏后獲得能量離開平衡位置，躍遷到晶體的表面，在原正常格點上留下空位，這種缺陷稱為肖特基缺陷。（b）滑移方向與位錯線垂直的位錯稱為刃型位錯。位錯線與滑移方向相互平行的位錯稱為螺型位錯。（c）類質(zhì)同象：物質(zhì)結(jié)晶時，其晶體結(jié)構(gòu)中部分原有的離子或原子位置被性質(zhì)相似的其它離子或原子所占有，共同組成均勻的、呈單一相的晶體

2、，不引起鍵性和晶體結(jié)構(gòu)變化的現(xiàn)象。同質(zhì)多晶：同一化學(xué)組成在不同熱力學(xué)條件下形成結(jié)構(gòu)不同的晶體的現(xiàn)象。2-6（1）在CaF2晶體中，弗侖克爾缺陷形成能為2.8eV，肖特基缺陷的生成能為5.5eV，計算在25和1600時熱缺陷的濃度？（k1.38×1023J/K） （2）如果CaF2晶體中，含有百萬分之一的YF3雜質(zhì)，則在1600時，CaF2晶體中時熱缺陷占優(yōu)勢還是雜質(zhì)缺陷占優(yōu)勢？說明原因。解：（1）弗侖克爾缺陷形成能為2.8eV，小于肖特基缺陷形成能5.5eV，所以CaF2晶體中主要是弗侖克爾缺陷，肖特基缺陷可忽略不計。-1分當(dāng)T25298K時，熱缺陷濃度為：-2分當(dāng)T16001873

3、K時，熱缺陷濃度為：-2分 （2）CaF2中含百萬分之一（106）的YF3時的雜質(zhì)缺陷反應(yīng)為：由此可知：YF3=2，所以當(dāng)加入106YF3時，雜質(zhì)缺陷的濃度為：-1分此時，在1600下的熱缺陷計算為： x x5×107則：即：，x 8.1×104熱缺陷濃度： -1分顯然：，所以在1600時是弗侖克爾熱缺陷占優(yōu)勢2-10 ZnO是六方晶系，a=0.3242nm，c=0.5195nm，每個晶胞中含2個ZnO分子，測得晶體密度分別為5.74，5.606 g/cm3，求這兩種情況下各產(chǎn)生什么型式的固溶體？解：六方晶系的晶胞體積V=4.73cm3在兩種密度下晶胞的重量分別為W1=d1

4、v=5.74×4.73×10-23=2.72×10-22(g) W2=d2v=5.606×4.73×10-23=2.65×10-22(g)理論上單位晶胞重 W=2.69(g)密度是d1時為間隙型固溶體，是d2時為置換型固溶體。2-12從化學(xué)組成、相組成考慮，固溶體、化合物和機械混合物的區(qū)別  固溶體機械混合物化合物形成原因以原子尺寸“溶解”生成粉末混合原子間相互反映生成相數(shù)均勻單相多相單相均勻化學(xué)計量不遵守定比定律 遵守定比定律化學(xué)組成不確定有幾種混合物就有多少化學(xué)組成確定以AO溶質(zhì)溶解在B2O3溶劑中為例：比 較

5、 項固 溶 體化 合 物機 械 混 合 物化學(xué)組成（x =02）AB2O4AO+B2O3相組成均勻單相單相兩相有界面3-1試簡述硅酸鹽熔體聚合物結(jié)構(gòu)形成過程和結(jié)構(gòu)特點？ 答：聚合物的形成是以硅氧四面體為基礎(chǔ)單位，組成大小不同的聚合體。 可分為三個階段 初期：石英的分化； 中期：縮聚并伴隨變形； 后期：在一定時間和一定溫度下，聚合和解聚達到平衡。產(chǎn)物中有低聚物、高聚物、三維晶格碎片以及游離堿、吸附物，最后得到的熔體是不同聚合度的各種聚合物的混合物，構(gòu)成硅酸鹽結(jié)構(gòu)。聚合物種類、大小和數(shù)量隨熔體的組成和溫度而變化3-2簡述影響熔體粘度的因素？ 答：影響熔體粘度的主要因素：溫度和熔體的組成。

6、 堿性氧化物含量增加，劇烈降低粘度。 隨溫度降低，熔體粘度按指數(shù)關(guān)系遞增。 3-3 名詞解釋（并比較其異同） 1 晶子學(xué)說和無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說 單鍵強 分化和縮聚 網(wǎng)絡(luò)形成劑和網(wǎng)絡(luò)變性劑 答：晶子學(xué)說：玻璃內(nèi)部是由無數(shù)“晶子”組成，微晶子是帶有晶格變形的有序區(qū)域。它們分散在無定形介中質(zhì)，晶子向無定形部分過渡是逐漸完成時，二者沒有明顯界限。 無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說：凡是成為玻璃態(tài)的物質(zhì)和相應(yīng)的晶體結(jié)構(gòu)一樣，也是由一個三度空間網(wǎng)絡(luò)所構(gòu)成。這種網(wǎng)絡(luò)是由離子多面體（三角體或四面體）構(gòu)筑起來的。晶體結(jié)構(gòu)網(wǎng)是由多面體無數(shù)次有規(guī)律重復(fù)構(gòu)成，而玻璃中結(jié)構(gòu)多面體的重復(fù)沒有規(guī)律性。 單鍵強：單鍵強即為各種化合物分解能與該種化

7、合物配位數(shù)的商。 分化過程：架狀SiO4斷裂稱為熔融石英的分化過程。 縮聚過程：分化過程產(chǎn)生的低聚化合物相互發(fā)生作用，形成級次較高的聚合物，次過程為縮聚過程。 網(wǎng)絡(luò)形成劑：正離子是網(wǎng)絡(luò)形成離子，對應(yīng)氧化物能單獨形成玻璃。即凡氧化物的單鍵能/熔點0.74kJ/mol.k 者稱為網(wǎng)絡(luò)形成劑。 網(wǎng)絡(luò)變性劑：這類氧化物不能形成玻璃，但能改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而使玻璃性質(zhì)改變，即單鍵強/熔點 0.125kJ/mol.k者稱為網(wǎng)絡(luò)變形劑。 3-4玻璃的組成是13wt%Na2O、13wt%CaO、74wt%SiO2，計算非橋氧分?jǐn)?shù)？ 解：   Na2O CaO SiO2 wt% 13 13 74 mol

8、 0.21 0.23 1.23 mol% 12.6 13.8 73.6 R=(12.6+13.8+73.6 ×2)/ 73.6=2.36 Z=4 X=2RZ=2.39×24=0.72 Y=ZX= 40.72=3.28 非氧橋%=0.72/（3.28×0.5+0.72） =30.5% 3-5試用實驗方法鑒別晶體SiO2、SiO2玻璃、硅膠和SiO2熔體。它們的結(jié)構(gòu)有什么不同？ 答：利用X射線檢測。 晶體SiO2質(zhì)點在三維空間做有規(guī)律的排列，各向異性。 SiO2熔體內(nèi)部結(jié)構(gòu)為架狀，近程有序，遠(yuǎn)程無序。 SiO2玻璃各向同性。 硅膠疏松多孔。 3-9在SiO2中應(yīng)加入多

9、少Na2O，使玻璃的O/Si=2.5，此時析晶能力是增強還是削弱？ 解：設(shè)加入x mol的Na2O，而SiO2的量為y mol。 則O/Si=（x+2y）/ y =2.5 x=y/2 即二者的物質(zhì)量比為1:2時，O/Si=2.5。 因為O/Si增加了，粘度下降，析晶能力增強了 3-11 有一組二元硅酸鹽熔體，其R值變化規(guī)律如下，寫出熔體一系列性質(zhì)的變化規(guī)律(用箭頭表示) R2； 2.5 ； 3 ; 3.5 ; 4(1) 游離堿含量 (2) O/Si (3) 低聚合物數(shù)量(4) 熔體粘度(5) 形成玻璃能力(6) 析晶能力4-5試解釋粘土結(jié)構(gòu)水和結(jié)合水（牢固結(jié)合水、松結(jié)合水）、自由水的區(qū)別，分析

10、后兩種水在膠團中的作用范圍及其對工藝性能的影響。解： 粘土結(jié)構(gòu)水是粘土結(jié)構(gòu)中的水；由于粘土顆粒一般帶負(fù)電，又因水是極性分子，當(dāng)粘土顆粒分散于水中時，在粘土表面負(fù)電場的作用下，水分子以一定取向分布在粘土顆粒周圍以氫鍵與其表面上的氧和氫氧基結(jié)合，負(fù)電端向外。在第一層水分子的外圍形成一個負(fù)電表面，因而又吸引第二層水分子。負(fù)電場對水分子的引力作用，隨著離開粘土表面距離的增加而減弱，因此水分子的排列也有定向逐漸過渡到混亂?？拷鼉?nèi)層形成的定向排列的水分子層稱為牢固結(jié)合水，圍繞在粘土顆粒周圍，與粘土顆粒形成一個整體，一起在介質(zhì)中運動，其厚度約為310個水分子厚。在牢固結(jié)合水的外圍吸引著一部分定向程度較差的水

11、分子層稱為松結(jié)合水，由于離開粘土顆粒表面較遠(yuǎn)，他們之間的結(jié)合力較小。在松結(jié)合水以外的水叫自由水。結(jié)合水的密度大，熱容小，界電常數(shù)小，冰點低等，在物理性質(zhì)上與自由水不同。粘土和水結(jié)合的數(shù)量可以用測量潤飾熱來判斷。粘土與這三種水結(jié)合的狀態(tài)與數(shù)量將會影響粘土水系統(tǒng)的工藝性能。在粘土含水量一定的情況下，若結(jié)合水減少，則自由水就多，此時粘土膠的體積減小，容易移動，因而泥漿粘度小，流動性好；當(dāng)結(jié)合水量多時，水膜厚，利于粘土膠粒間的滑動，則可塑性好。4-7黏土膠粒分散在水中時，因吸附層與擴散層各帶有相反的電荷，所以相對移動時兩者之間就存在著電位差，這個電位差稱電動電位或-電位。其數(shù)值對黏土泥漿的穩(wěn)定性有重要

12、的作用。8-3              大                       ?。?）離子置換能力（2）黏土的-電位（3）泥漿的流動性（4）泥漿的穩(wěn)定性（5）黏土的結(jié)合水（6）泥漿的觸變性（7）泥團的可塑性4-10影響粘土可塑性的因素有哪

13、些？生產(chǎn)上可以采用什么措施來提高或降低粘土的可塑性以滿足成型工藝的需要？ （1）含水量 ，（2）電解質(zhì)，（3）顆粒大小，（4）黏土的礦物組成，（5）泥料處理工藝，（6）腐殖質(zhì)含量，添加劑。（9分） 工藝措施：           泥料經(jīng)過真空練泥排除氣體；經(jīng)過一定時間陳腐使水分均勻；適宜的腐殖質(zhì)含量；添加塑化劑等方法提高瘠性物料的塑化6-1名詞解釋凝聚系統(tǒng)：不含氣相或氣相可以忽略的系統(tǒng)。介穩(wěn)平衡：即熱力學(xué)非平衡態(tài)，能量處于較高狀態(tài)，經(jīng)常出現(xiàn)于硅酸鹽系統(tǒng)中。

14、連線規(guī)則：將一界線（或其延長線）與相應(yīng)的連線（或其延長線）相交，其交點是該界線上的溫度最高點。切線規(guī)則：將界線上某一點所作的切線與相應(yīng)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(yuǎn)離交點的晶相被回吸。不一致熔融化合物：是一種不穩(wěn)定的化合物。加熱這種化合物到某一溫度便發(fā)生分解，分解產(chǎn)物是一種液相和一種晶相，兩者組成與化合物組成皆不相同，故稱不一致熔融化合物。6-5具有不一致熔融二元化合物的二元相圖圖10-12（c）在低共熔點E發(fā)生如下析晶過程：LA+C，已知E點的B含量為20%，化合物C的B含量為64%。今有C1，C2兩種配料，

15、已知C1中B含量是C2中B含量的1.5倍，且在高溫熔融冷卻析晶時，從該二配料中析出的初相（即達到低共熔溫度前析出的第一種晶體）含量相等。請計算C1，C2的組成。. 解：設(shè)C2中B含量為x, 則C1中B含量為1.5x，由題意得：所以C1組成B含量為26，C2組成B含量為17.3。6-6 今通過實驗測得如圖6-3所示的各相圖，試判斷這些相圖的正確性。如果有錯，請指出錯在何處？并說明理由。圖6-3   解：第一圖錯，B組元有一個固定的熔點，因此液相線和固相線在B側(cè)應(yīng)交于一點。   第二圖錯，A、B組元具有一個低共熔點，因此A、B的兩條液相線

16、應(yīng)交于一點。   第三圖錯，析晶過程中，達到共熔點后，系統(tǒng)進入低共熔過程，從液相中析出固溶體、，系統(tǒng)進入三相平衡狀態(tài)，系統(tǒng)的溫度不能變，因此中間的那條線應(yīng)與AB平行。   第四圖錯，具有低共熔點的有限固溶體二元系統(tǒng)相圖中固溶體不可能存在。   第五圖錯，具有轉(zhuǎn)熔點的有限固溶體二元系統(tǒng)相圖中固溶體不可能存在。  6-11 圖6-6是一個未完成的具有一個不一致熔化合物并形成固溶體的二元系統(tǒng)相圖。請根據(jù)已給出的諸點完成此相圖的草圖。6-7 已知A，B兩組分構(gòu)成具有低共熔點的有限固溶體二元相圖

17、圖10-12（i）。試根據(jù)下列實驗數(shù)據(jù)繪制相圖的大致形狀：A的熔點為1000，B的熔點為700。含B為0.25mol的試樣在500完全凝固，其中含0.733 mol初相和0.267mol（）共生體。含B為0.5mol的試樣在同一溫度下完全凝固，其中含0.4 mol初相和0.6mol（）共生體，而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。解：設(shè)C點含B為x%,E點含B為y%，D點含B為z%，由題意借助杠桿規(guī)則得關(guān)系式：      解得： x=5.1 y=79.9 z=94.9 由此可確定C、D、E三點的位置，從而繪出其草

18、圖6-23試分析圖6-11上配料點1、2、3的結(jié)晶過程，寫出結(jié)晶過程的相平衡表達式（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)生的相變化和自由度數(shù)的變化）。    解：1點冷卻析晶過程：  2點冷卻析晶過程： 3點冷卻析晶過程：    圖6-11                    

19、0;             圖6-12    6-24圖6-12所示為生成一個三元化合物的三元系統(tǒng)相圖。（1）判斷三元化合物N的性質(zhì)；（2）標(biāo)出界線上的溫降方向（轉(zhuǎn)熔界線用雙箭頭）；（3）指出無變量點K、L、M的性質(zhì)，并寫出相平衡方程；（4）分析點l、2的結(jié)晶過程，寫出結(jié)晶過程的相平衡表達式。    解：  （1）N為不一致熔融三元化合物   （2）如圖所

20、示   （3）副ACN  對應(yīng)M  低共熔點          副BCN  對應(yīng)L   低共熔點          副ABN  對應(yīng)K   單轉(zhuǎn)熔點     （4）1的結(jié)晶過程：    2的結(jié)晶過程：影響濕潤的因素有那些？ 答： 固體表面粗

21、糙度 當(dāng)真實接觸角小于90°時，粗糙度越大，表面接觸角越小，就越容易濕潤；當(dāng)大于90°，則粗糙度越大，越不利于濕潤。 吸附膜 吸附膜的存在使接觸角增大，起著阻礙作用。  7-5 說明吸附的本質(zhì)？ 答：吸附是固體表面力場與吸附分子發(fā)出的力場相互作用的結(jié)果，它是發(fā)生在固體上的。根據(jù)相互作用力的性質(zhì)不同，可分為物理吸附和化學(xué)吸附兩種。 物理吸附：由分子間引力引起的，這時吸附物分子與吸附劑晶格可看作是兩個分立的系統(tǒng)。 化學(xué)吸附：伴隨有電子轉(zhuǎn)移的鍵合過程，這時應(yīng)把吸附分子與吸附劑晶格作為一個統(tǒng)一的系統(tǒng)來處理。什么是晶界結(jié)構(gòu)？ 答：晶界結(jié)構(gòu)是指晶界在多晶體中的形狀、結(jié)構(gòu)和分布

22、。試比較硅酸鹽玻璃與硼酸鹽玻璃在結(jié)構(gòu)與性能上的差異。 答：結(jié)構(gòu)差異：硅酸鹽玻璃：石英玻璃是硅酸鹽玻璃的基礎(chǔ)。石英玻璃是硅氧四面體SiO4以頂角相連而組成的三維架狀結(jié)構(gòu)。由于SiOSi鍵角變動范圍大，使石英玻璃中SiO4四面體排列成無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。SiO2是硅酸鹽玻璃中的主要氧化物。 硼酸鹽玻璃：B和O交替排列的平面六角環(huán)的BO集團是硼酸鹽玻璃的重要基元，這些環(huán)通過BOB鏈連成三維網(wǎng)絡(luò)。B2O3是網(wǎng)絡(luò)形成劑。這種連環(huán)結(jié)構(gòu)與石英玻璃硅氧四面體的不規(guī)則網(wǎng)絡(luò)不同，任何OB三角體的周圍空間并不完全被臨接的三角體所填充，兩個原子接近的可能性較小。 性能差異：硅酸鹽玻璃：試劑和氣體介質(zhì)化學(xué)穩(wěn)定性好、硬度高、

23、生產(chǎn)方法簡單等優(yōu)點。 硼酸鹽玻璃：硼酸鹽玻璃有某些優(yōu)異的特性。例如：硼酐是唯一能用以制造有吸收慢中子的氧化物玻璃；氧化硼玻璃的轉(zhuǎn)化溫度比硅酸鹽玻璃低得多；硼對中子射線的靈敏度高，硼酸鹽玻璃作為原子反應(yīng)堆的窗口對材料起屏蔽中子射線的作用。 試說明晶粒之間的晶界應(yīng)力的大小對晶體性能的影響？ 答：兩種不同熱膨脹系數(shù)的晶相，在高溫燃燒時，兩個相完全密合接觸，處于一種無應(yīng)力狀態(tài)，但當(dāng)它們冷卻時，由于熱膨脹系數(shù)不同，收縮不同，晶界中就會存在應(yīng)力。晶界中的應(yīng)力大則有可能在晶界上出現(xiàn)裂紋，甚至使多晶體破裂，小則保持在晶界內(nèi)。 牢固結(jié)構(gòu)水 吸附在黏土礦物層間及表面的定向水分子層，它與黏土膠粒形成整體并一起移動

24、松結(jié)構(gòu)水 黏土表面定向排列過度到非定向排列的水層，它處于膠粒的擴散含水量低，黏度小而流動度大的性質(zhì)。一級相變：體系由一相變?yōu)榱硪幌鄷r，如兩相的化學(xué)勢相等但化學(xué)勢的一級偏微商(一級導(dǎo)數(shù))不相等的稱為一級相變。二次再結(jié)晶：是液相獨立析晶：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，就是液相獨立析晶五 相圖分析 (20分)1劃分副三角形；（見圖）(4分)2標(biāo)出各條界線上的溫度變化方向（見圖）；(4分) 3判斷各無變點的性質(zhì)；E點為低共熔點,P為轉(zhuǎn)熔點(4分)4寫出各無變點的平衡反應(yīng)式；LE=A+B+S LP+A=B+S (2分)5寫出組成為M點的熔體析晶的路程；(見圖中線路) (6分) 1影響擴散的因素？（1）化學(xué)鍵（1）化學(xué)鍵（2）缺陷（3）溫度（4）雜質(zhì)（5）擴散物質(zhì)的性質(zhì)和擴散介質(zhì)的結(jié)構(gòu)2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。）燒結(jié)中、后期，溫度控制適當(dāng)，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(dǎo)致V