無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)資料整理版

1、第3章 熔體和玻璃一，玻璃的結(jié)構(gòu)參數(shù)晶子學(xué)說：硅酸鹽玻璃是由無數(shù)“晶子”組成，“晶子”的化學(xué)性質(zhì)取決于玻璃的化學(xué)組成。所謂“晶子”不同于一般微晶，而是帶有晶格變形的有序區(qū)域，在“晶子”中心質(zhì)點排列較有規(guī)律，愈遠(yuǎn)離中心則變形程度愈大?！熬ё印狈稚⒃跓o定形部分的過渡是逐步完成的，兩者之間無明顯界線。晶子學(xué)說的核心是結(jié)構(gòu)的不均勻性及進(jìn)程有序性。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。試述微晶學(xué)說與無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說的主要觀點，并

2、比較兩種學(xué)說在解釋玻璃結(jié)構(gòu)上的共同點和分歧。解：微晶學(xué)說：玻璃結(jié)構(gòu)是一種不連續(xù)的原子集合體，即無數(shù)“晶子”分散在無定形介質(zhì)中；“晶子”的化學(xué)性質(zhì)和數(shù)量取決于玻璃的化學(xué)組成，可以是獨立原子團(tuán)或一定組成的化合物和固溶體等微晶多相體，與該玻璃物系的相平衡有關(guān)；“晶子”不同于一般微晶，而是帶有晶格極度變形的微小有序區(qū)域，在“晶子”中心質(zhì)點排列較有規(guī)律，愈遠(yuǎn)離中心則變形程度愈大；從“晶子”部分到無定形部分的過渡是逐步完成的，兩者之間無明顯界限。無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說：玻璃的結(jié)構(gòu)與相應(yīng)的晶體結(jié)構(gòu)相似，同樣形成連續(xù)的三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。但玻璃的網(wǎng)絡(luò)與晶體的網(wǎng)絡(luò)不同，玻璃的網(wǎng)絡(luò)是不規(guī)則的、非周期性的，因此玻璃的內(nèi)能比晶

3、體的內(nèi)能要大。由于玻璃的強(qiáng)度與晶體的強(qiáng)度屬于同一個數(shù)量級，玻璃的內(nèi)能與相應(yīng)晶體的內(nèi)能相差并不多，因此它們的結(jié)構(gòu)單元（四面體或三角體）應(yīng)是相同的，不同之處在與排列的周期性。微晶學(xué)說強(qiáng)調(diào)了玻璃結(jié)構(gòu)的不均勻性、不連續(xù)性及有序性等方面特征，成功地解釋了玻璃折射率在加熱過程中的突變現(xiàn)象。網(wǎng)絡(luò)學(xué)說強(qiáng)調(diào)了玻璃中離子與多面體相互間排列的均勻性、連續(xù)性及無序性等方面結(jié)構(gòu)特征。分化過程:架狀SiO4斷裂稱為熔融石英的分化過程?？s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。二，形成體、變形體、中間體網(wǎng)絡(luò)形成劑：正離子是網(wǎng)絡(luò)形成離子，單鍵強(qiáng)度大于335 kJ/mol，能單獨形

4、成玻璃的氧化物。網(wǎng)絡(luò)變性劑：正離子是網(wǎng)絡(luò)變性離子，單鍵強(qiáng)度小于250KJ/mol，不能單獨形成玻璃，但能改變玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的氧化物。按照在形成氧化物玻璃中的作用，把下列氧化物分為網(wǎng)絡(luò)變體，中間體和網(wǎng)絡(luò)形成體： SiO2，Na2O，B2O3，CaO，Al2O3，P2O5，K2O，BaO。解：網(wǎng)絡(luò)變行體Na2O CaO K2O BaO 中間體 Al2O3 網(wǎng)絡(luò)形成體 SiO2 B2O3 P2O5三，硼反常現(xiàn)象什么是硼反?，F(xiàn)象? 為什么會產(chǎn)生這些現(xiàn)象? 解：當(dāng)數(shù)量不多的堿金屬氧化物同B2O3一起熔融時，堿金屬所提供的氧不像熔融SiO2玻璃中作為非橋氧出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)中，而是使硼氧三角體轉(zhuǎn)變?yōu)橛蓸蜓踅M成

5、的硼氧四面體，致使B2O3玻璃從原來兩度空間的層狀結(jié)構(gòu)部分轉(zhuǎn)變?yōu)槿瓤臻g的架狀結(jié)構(gòu)，從而加強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并使 玻璃的各種物理性能變好。這與相同條件下的硅酸鹽玻璃相比，其性能隨堿金屬或堿土金屬加入量的變化規(guī)律相反，所以稱之為硼反常現(xiàn)象。四，粘度及其影響因素粘度：使相距一定距離的兩個平行平面以一定速度相對移動所需的力硅酸鹽熔體粘度與組成的關(guān)系-粘度的大小由熔體中硅氧四面體網(wǎng)絡(luò)連接程度決定堿金屬、堿土金屬：熔體分化，網(wǎng)絡(luò)斷裂程度增加，粘度降低堿金屬的硅酸鹽熔體中加入Al2O3：當(dāng)Al2O3/Na2O<1時：Al2O3代替SiO2起“補(bǔ)網(wǎng)”作用，提高粘度 當(dāng)Al2O3/Na2O>1時，Al

6、進(jìn)入AlO6位置中，粘度降低堿金屬的硅酸鹽熔體中加入B2O3：最初加入的B2O3，處于BO4中®結(jié)構(gòu)聚集緊粘度升高；隨著硼含量增加，硼處于三角體中®網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)疏松，粘度下降R+對粘度的影響：濃度:O/Si低時，Si-O鍵決定粘度®隨R+半徑減小，熔體粘度減小 。O/Si高時，SiO4靠鍵力R-O相連®隨R+半徑減小，熔體粘度增大堿土金屬離子：R2+濃度的影響：O/Si比離子極化對粘度的影響：離子變形，共價鍵成分增加®減弱了Si-O鍵力，粘度降低Pb2+>Ba2+>Cd2+>Zn2+>Ca2+>Mg2+五，熔體中聚合物

7、形成過程 說明熔體中聚合物形成過程？ 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(dá)到平衡。六，玻璃結(jié)構(gòu)參數(shù)的計算根據(jù)玻璃類型確定Z,先計算R,在計算X(非橋氧） Y （橋氧）6-5 玻璃的組成是13wt%Na2O、13wt%CaO、74wt%SiO2，計算橋氧分?jǐn)?shù)？ 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)/ 7

8、3.6=2.39 Z=4  X=2RZ=2.39×24=0.72 Y=ZX= 40.72=3.28 氧橋%=3.28/（3.28×0.5+0.72） =69.5%6-6 有兩種不同配比的玻璃，其組成如下： 序號 Na2O(wt%) Al2O3(wt%) SiO2(wt%) 1 8 12 80 2 12 8 80            試用玻璃結(jié)構(gòu)參數(shù)說明兩種玻璃高溫下粘度的大??？ 解：對于1：Z=4  R1=O/Si=2.55 X1=2R14=1.1 &#

9、160;  Y1=ZX1= 41.1=2.9 對于2：R2= O/Si=2.45 X2=2R24=0.9    Y2= 4X2= 40.9=3.1 Y1Y2  序號1的玻璃組成的粘度比序號2的玻璃小。6-7 在SiO2中應(yīng)加入多少Na2O，使玻璃的O/Si=2.5，此時析晶能力是增強(qiáng)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(qiáng)了。第5章 熱力學(xué)應(yīng)用一，熱力學(xué)在凝

10、聚態(tài)系中應(yīng)用的特點二，計算方法三，純固相參與的固相反應(yīng)第6章 相平衡一，獨立析晶二，三元相圖分析圖（）是最簡單的三元系統(tǒng)投影圖，圖中等溫線從高溫到低溫的次序t6 >t5 >t4 >t3 >t2 >t1 根據(jù)此投影圖回答： (1) 三個組分 A 、B 、C 熔點的高低次序是怎樣排列的。 2) 各液相面下降的陡勢如何 ? 那一個最陡 ? 那一個最平坦 ? (3) 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 ? 結(jié)晶過程怎樣 ? （表明液、固相組成點的變化及結(jié)晶過程各階段中發(fā)生的變化過程）。 (4) 計算第一次析晶過程

11、析出晶相的百分?jǐn)?shù)是多少 ? 第二次析晶過程 結(jié)束時，系統(tǒng)的相組成如何 ? 結(jié)晶結(jié)束時系統(tǒng)的相組成又如何 ? 解：(1)高低  BCA   (2)B最陡，C次之，A最次； (3)在 M 點所在的溫度下開始析晶， 液相組成點 MM1E （結(jié)晶結(jié)束） 固相組成點 A A D M (4)第一次析晶僅析出晶相 A ，到 M 1 時第一次析晶結(jié)束，晶相 A 的百分?jǐn)?shù)為 65% ， 結(jié)晶結(jié)束時，析晶相 A 、 B 、 C ，液相消失，固相組成點在 M 點。 三，復(fù)習(xí)提綱(1) 基本概念：相圖、自由度、組元數(shù)與獨立組元數(shù)、吉布斯向律、杠桿規(guī)則、初晶區(qū)規(guī)則、三角形規(guī)則、背向線規(guī)則、切線規(guī)則；

12、 (2)掌握相圖的表示方法，包括單元系統(tǒng)相圖、二元系統(tǒng)相圖、三元系統(tǒng)相圖； 對于單元系統(tǒng)相圖，要求掌握點、線、區(qū)間的性質(zhì)，會寫無變量點的平衡式子；對于二元系統(tǒng)相圖，要求掌握點、線、區(qū)間的性質(zhì)，會寫無變量點的平衡式子，掌握冷卻結(jié)晶過程的分析以及過程量的計算；對于三元系統(tǒng)相圖，要求掌握點、線、區(qū)間的性質(zhì)，會寫無變量點的平衡式子，掌握冷卻結(jié)晶過程的分析以及過程量的計算。 典型三元相圖第7章 擴(kuò)散與固相反應(yīng)一，基本概念非穩(wěn)定擴(kuò)散：擴(kuò)散物質(zhì)濃度分布隨時間變化的一類擴(kuò)散。穩(wěn)定擴(kuò)散：擴(kuò)散物質(zhì)濃度分布不隨時間變化的擴(kuò)散過程。無序擴(kuò)散：無化學(xué)位梯度、濃度梯度。無外場推動力，由熱起伏引起的擴(kuò)散。質(zhì)點的擴(kuò)散是無序的

13、、隨機(jī)的。互擴(kuò)散推動力：多元系統(tǒng)中幾種離子同時進(jìn)行擴(kuò)散，擴(kuò)散過程中化學(xué)位梯度的變化。間隙擴(kuò)散：質(zhì)點從一個間隙到另一個間隙。本征擴(kuò)散：主要出現(xiàn)肖特基和弗蘭克爾點缺陷，由此點缺陷引起的擴(kuò)散稱為本征擴(kuò)散。非本征擴(kuò)散：因擴(kuò)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，故稱為非本征擴(kuò)散。菲克第一定律：在擴(kuò)散體系中，參與擴(kuò)散質(zhì)點的濃度因位置而異，且可隨時間而變化。正擴(kuò)散：受熱力學(xué)因子作用，物質(zhì)由高濃度處流向低濃度處，擴(kuò)散結(jié)果使溶質(zhì)趨于均勻化，D>0。逆擴(kuò)散：受熱力學(xué)因子作用，物質(zhì)由低濃度處流向高濃度處，擴(kuò)散結(jié)果使溶質(zhì)趨于均勻化，D<0。二，擴(kuò)散系數(shù)計算Zn2+在 ZnS 中擴(kuò)散時，563

14、 時的擴(kuò)散系數(shù)為3×10-14cm2/sec;450 時的擴(kuò)散系數(shù)為1.0×10-14cm2/sec ，求： (1）擴(kuò)散的活化能和D0；    (2） 750 時的擴(kuò)散系數(shù)。 解：(1) D=D0exp(-Q/RT)T=563+273=836K時，D=3×10-14cm2/s T=450+273=723K時，D=1.0×10-14cm2/s代入上式可求 Q=48875J，D0=3.39×10-15cm2/s三，習(xí)題 1試分析離子晶體中,陰離子擴(kuò)散系數(shù)般都小于陽離子擴(kuò)散系數(shù)的原因?解：離子晶體一般為陰離子作密堆積，陽

15、離子填充在四面體或八面體空隙中。所以陽離子較易擴(kuò)散。如果陰離子進(jìn)行擴(kuò)散，則要改變晶體堆積方式，阻力大。從而就會拆散離子晶體的結(jié)構(gòu)骨架。2.試從結(jié)構(gòu)和能量的觀點解釋為什么 D表面>D晶面>D晶內(nèi)解：固體表面質(zhì)點在表面力作用下，導(dǎo)致表面質(zhì)點的極化、變形、重排并引起原來的晶格畸變，表面結(jié)構(gòu)不同于內(nèi)部，并使表面處于較高的能量狀態(tài)。晶體的內(nèi)部質(zhì)點排列有周期性，每個質(zhì)點力場是對稱的，質(zhì)點在表面遷移所需活化能較晶體內(nèi)部小，則相應(yīng)的擴(kuò)散系數(shù)大。同理，晶界上質(zhì)點排列方式不同于內(nèi)部，排列混亂，存在著空位、位錯等缺陷，使之處于應(yīng)力畸變狀態(tài)，具有較高能量，質(zhì)點在晶界遷移所需的活化能較晶內(nèi)小，擴(kuò)散系數(shù)大。

16、但晶界上質(zhì)點與晶體內(nèi)部相比，由于晶界上質(zhì)點受兩個晶粒作用達(dá)到平衡態(tài)，處于某種過渡的排列方式，其能量較晶體表面質(zhì)點低，質(zhì)點遷移阻力較大因而D晶界<D表面。3濃度差會引起擴(kuò)散，擴(kuò)散是否總是從高濃度處向低濃度處進(jìn)行 ? 為什么 ? 解：擴(kuò)散的基本推動力是化學(xué)位梯度，只不過在一般情況下以濃度梯度的方式表現(xiàn)出來；擴(kuò)散是從高化學(xué)位處流向低化學(xué)位處，最終系統(tǒng)各處的化學(xué)位相等。如果低濃度處化學(xué)勢高，則可進(jìn)行負(fù)擴(kuò)散，如玻璃的分相過程。四， 復(fù) 習(xí) 提 綱 (1） 基本概念：擴(kuò)散、擴(kuò)散的本質(zhì)、擴(kuò)散的結(jié)果，擴(kuò)散動力，正擴(kuò)散和負(fù)擴(kuò)散，自擴(kuò)散和互擴(kuò)散極其特點，擴(kuò)散通量，穩(wěn)定擴(kuò)散和非穩(wěn)定擴(kuò)散，無序擴(kuò)散及特點。 (2

17、）固體擴(kuò)散的微觀機(jī)構(gòu)有哪幾種，哪些是實際存在的，為什么？ 菲克第一定律和菲克第二定律的一維表達(dá)式，各自的物理意義是什么，會運(yùn)用菲克第一定律和菲克第二定律解決實際問題。 (3）無序擴(kuò)散系數(shù) D=1/6×qd2中，d 和q的物理意義；通過分析影響q的因素以及以體心立方晶體為例，得出無序擴(kuò)散系數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式Dr=a02Nd，由此得出空位擴(kuò)散系數(shù)的表達(dá)式 Dv=a020exp（S*+Sf）/Rexp-（H*+ Hf）/RT ，再進(jìn)一步得出空位擴(kuò)散系數(shù)的宏觀表達(dá)式 D=D0exp（-Q/RT）。 (4）自擴(kuò)散系數(shù) D*=fDr 。 (5）間隙擴(kuò)散系數(shù)的表達(dá)式。 (6）一個擴(kuò)散系統(tǒng)中，擴(kuò)散系數(shù)與

18、溫度的關(guān)系（ D 1/T ），為什么？ (7）克肯達(dá)爾效應(yīng)得含義及其應(yīng)用意義。 (8）分析影響擴(kuò)散系數(shù)的因素。 第8章 相變9-2 什么叫相變？按照相變機(jī)理來劃分，可分為哪些相變?解：相變是物質(zhì)系統(tǒng)不同相之間的相互轉(zhuǎn)變。按相變機(jī)理來分，可以分為擴(kuò)散型相變和非擴(kuò)散型相變和半擴(kuò)散型相變。依靠原子或離子長距離擴(kuò)散進(jìn)行的相變叫擴(kuò)散型相變。非擴(kuò)散型型相變指原子或離子發(fā)生移動，但相對位移不超過原子間距。9-3 分析發(fā)生固態(tài)相變時組分及過冷度變化相變驅(qū)動力的影響。解：相變驅(qū)動力是在相變溫度下新舊相的體自由能之差（），而且是新相形成的必要條件。當(dāng)兩個組元混合形成固溶體時，混合后的體系的自由能會發(fā)生變化?？梢酝?/p>

19、過自由能-成分曲線來確定其相變驅(qū)動力的大小。過冷度是相變臨界溫度與實際轉(zhuǎn)變溫度之差，相變形核的熱力學(xué)條件是要有過冷度。已知驅(qū)動力與過冷度之間的關(guān)系是：,這進(jìn)一步說明了形核的熱力學(xué)條件。9-4 馬氏體相變具有什么特征？它和成核生成相變有何差別?解：馬氏體相變是替換原子經(jīng)無擴(kuò)散切變位移(均勻或不均勻)并由此產(chǎn)生形狀改變和表面浮凸、曾不變平面應(yīng)變特征的一級形核、長大的相變。 特征：具有剪切均勻整齊性、不發(fā)生原子擴(kuò)散、相變速度快、相變有一定范圍、有很大的切變型彈性應(yīng)變能。成核生長過程中存在擴(kuò)散相變，母相與晶相組成可相同可不同，轉(zhuǎn)變速度較慢，無明顯的開始和終了溫度。9-10 為什么在成核一生長機(jī)理相變中

20、，要有一點過冷或過熱才能發(fā)生相變?什么情況下需過冷，什么情況下需過熱？解：由熱力學(xué)公式平衡得:相變平衡溫度；：相變熱。溫度時，系統(tǒng)處于不平衡狀態(tài)，則，要使相變自發(fā)進(jìn)行，須使，則，即必須使，才能發(fā)生相變。對于放熱過程如結(jié)晶，凝聚，則,，必須過冷。對于吸熱過程如蒸發(fā)，熔融，則,，必須過熱。9-11 何謂均勻成核？何謂不均勻成核？晶核劑對熔體結(jié)晶過程的臨界晶核半徑r*有何影響?解：均勻成核在均勻介質(zhì)中進(jìn)行，在整體介質(zhì)中的核化可能性相同，與界面，缺陷無非均勻成核在異相界面上進(jìn)行，如容器壁，氣泡界面或附著于外加物（雜質(zhì)或晶核劑） ，使用晶核劑可以降低，因此下降。9-12 在不均勻成核的情況下，

21、相變活化能與表面張力有關(guān)，試討論不均勻成核的活化能  Gh*與接觸角的關(guān)系，并證明當(dāng)時，Gh*是均勻成核活化能的一半。解：（）（）（）（）平衡時則（）將（）（）（）（）代入（）式，并令，則由上式可以看出，當(dāng)時，試述馬氏體相變的特點。（10分）解答：馬氏體相變：晶體在外加應(yīng)力作用下通過晶體的一個分立體積的剪切作用以極迅速的速率進(jìn)行的相變。（2分）結(jié)晶學(xué)特征：相變后晶格仍是連續(xù)的，新相和母相之間嚴(yán)格的取向關(guān)系是靠切變維持共格晶界關(guān)系，存在習(xí)性平面和晶面的定向關(guān)系。（2分）馬氏體相變是無擴(kuò)散性的位移式相變。（2分）馬氏體相變以很高的速度進(jìn)行，有時高達(dá)聲速。（2分）馬氏體相變沒有一個特點的溫

22、度，而是在一個溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。（2分）影響析晶能力的因素熔體組成熔體系統(tǒng)中組成愈簡單，析晶愈容易當(dāng)熔體組成位于相界線上，特別是在低共熔點上時，析晶能力降低熔體的結(jié)構(gòu)熔體結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的斷裂程度網(wǎng)絡(luò)斷裂越多，熔體越易析晶-析晶能力：島狀>鏈狀>層狀>架狀當(dāng)堿金屬氧化物含量相同時，隨著陽離子半徑增大，析晶能力增強(qiáng)熔體結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)破壞比較嚴(yán)重時，加入中間體氧化物時熔體析晶能力下降熔體中所含網(wǎng)絡(luò)變性體及中間體氧化物的作用電場強(qiáng)度較大的（Z/r2>1.5）網(wǎng)絡(luò)變性離子（Li+、Mg2+、La3+、Zr4+）使熔體析晶容易易極化的陽離子（Pb2+、Bi3+）使熔體析晶能力降低中間體氧化物Al

23、2O3、Ga2O3使熔體析晶能力減弱第10章 燒結(jié)10-1 名詞解釋：燒結(jié)  燒結(jié)溫度  泰曼溫度  液相燒結(jié)  固相燒結(jié)  初次再結(jié)晶  晶粒長大  二次再結(jié)晶  （1）燒結(jié)：粉末或壓坯在低于主要組分熔點的溫度下的熱處理，目的在于通過顆粒間的冶金結(jié)合以提高其強(qiáng)度。（2）燒結(jié)溫度：坯體在高溫作用下，發(fā)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)，最后顯氣孔率接近于零，達(dá)到致密程度最大值時，工藝上稱此種狀態(tài)為"燒結(jié)"，達(dá)到燒結(jié)時相應(yīng)的溫度，稱為"燒結(jié)溫度"。（3）泰曼溫度：固體晶格開始明顯流動的溫度，

24、一般在固體熔點（絕對溫度）的2/3處的溫度。在煅燒時，固體粒子在塔曼溫度之前主要是離子或分子沿晶體表面遷移，在晶格內(nèi)部空間擴(kuò)散（容積擴(kuò)散）和再結(jié)晶。而在塔曼溫度以上，主要為燒結(jié)，結(jié)晶黏結(jié)長大。（4）液相燒結(jié)：燒結(jié)溫度高于被燒結(jié)體中熔點低的組分從而有液相出現(xiàn)的燒結(jié)。（5）固相燒結(jié)：在固態(tài)狀態(tài)下進(jìn)行的燒結(jié)。（6）初次再結(jié)晶：初次再結(jié)晶是在已發(fā)生塑性變形的基質(zhì)中出現(xiàn)新生的無應(yīng)變晶粒的成核和長大過程。（7）晶粒長大：是指多晶體材料在高溫保溫過程中系統(tǒng)平均晶粒尺寸逐步上升的現(xiàn)象.（8）二次再結(jié)晶：再結(jié)晶結(jié)束后正常長大被抑制而發(fā)生的少數(shù)晶粒異常長大的現(xiàn)象。10-2 燒結(jié)推動力是什么？它可憑哪些方式推動物質(zhì)

25、的遷移，各適用于何種燒結(jié)機(jī)理?解：推動力有：（1）粉狀物料的表面能與多晶燒結(jié)體的晶界能的差值，燒結(jié)推動力與相變和化學(xué)反應(yīng)的能量相比很小，因而不能自發(fā)進(jìn)行，必須加熱! （2）顆粒堆積后，有很多細(xì)小氣孔彎曲表面由于表面張力而產(chǎn)生壓力差，（3）表面能與顆粒之間形成的毛細(xì)管力。傳質(zhì)方式：（1）擴(kuò)散（表面擴(kuò)散、界面擴(kuò)散、體積擴(kuò)散）；（2）蒸發(fā)與凝聚；（3）溶解與沉淀；（4）黏滯流動和塑性流動等，一般燒結(jié)過程中各不同階段有不同的傳質(zhì)機(jī)理，即燒結(jié)過程中往往有幾種傳質(zhì)機(jī)理在起作用。10-3 下列過程中，哪一個能使燒結(jié)體強(qiáng)度增大，而不產(chǎn)生坯體宏觀上的收縮? 試說明理由。（1）蒸發(fā)冷凝；（2）體積擴(kuò)散；（3）粘性

26、流動；（4）晶界擴(kuò)散；（5）表面擴(kuò)散；（6）溶解沉淀解：蒸發(fā)凝聚機(jī)理（凝聚速率頸部體積增加）燒結(jié)時頸部擴(kuò)大，氣孔形狀改變，但雙球之間中心距不變，因此坯體不發(fā)生收縮，密度不變。10-4 什么是燒結(jié)過程？燒結(jié)過程分為哪三個階段？各有何特點？解：燒結(jié)過程：粉末或壓坯在低于主要組分熔點的溫度下的熱處理，目的在于通過顆粒間的粘結(jié)結(jié)合以提高其強(qiáng)度。燒結(jié)過程大致可以分為三個界線不十分明顯的階段。（1）液相流動與顆粒重排階段：溫度升高，出現(xiàn)足夠量液相，固相顆粒在DP 作用下重新排列，顆粒堆積更緊密； （2）固相溶解與再析出：接觸點處高的局部應(yīng)力 ® 塑性變形和蠕變® 顆粒進(jìn)一步重排；（3）

27、固相的的燒結(jié)：小顆粒接觸點處被溶解較大顆?；蜃杂杀砻娉练e晶粒長大形狀變化不斷重排而致密化。10-5燒結(jié)的模型有哪幾種？各適用于哪些典型傳質(zhì)過程？解： 粉體壓塊：蒸發(fā)凝聚，雙球模型：有液相參與的粘性蠕變擴(kuò)散，Kingery和 LSW ：溶解-沉淀  9、試述燒結(jié)與固相反應(yīng)的異同點。（5分）相同之處：都在低于材料熔點或熔融溫度之下進(jìn)行，在過程的自始至終至少有一相是固態(tài)。不同之處：燒結(jié)：可以只有單組元，或者兩組元參加，但兩組元并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，僅僅是在表面能驅(qū)動下，由粉體變成致密體（顯微組織排列致密、結(jié)晶程度完善），伴隨著物理性能的變化。固相反應(yīng)必須至少有兩組元參加，并且發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成

28、結(jié)構(gòu)、性能不同于原組元的化合物。（2分）無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)試卷十一一、名詞解釋（20分）：1. 液相獨立析晶，切線規(guī)則2. 本征擴(kuò)散，不穩(wěn)定擴(kuò)散， 3. 均勻成核，二級相變,4. 燒結(jié)，泰曼溫度二、選擇題（12分）：1. 陶瓷經(jīng)燒結(jié)后在宏觀上的變化表述不正確的是（ ）A.強(qiáng)度增加 B.體積收縮 C.氣孔率降低 D.致密度減少 2. 在反應(yīng)溫度下，當(dāng)固相反應(yīng)的某一相發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變時，反應(yīng)速度是（ ）A. 無影響 B. 加快 C. 減慢3. 表面擴(kuò)散系數(shù)Ds，界面擴(kuò)散系數(shù)Dg，晶格擴(kuò)散系Db的關(guān)系是（ ）A.DsDgDb B. DsDbDgC.DbDsDg D. DbDgDs4. 下列屬于逆擴(kuò)散過程的

29、是（ ）A. 二次再結(jié)晶 B.雜質(zhì)的富集于晶界 C.布朗運(yùn)動 5. A，B進(jìn)行反應(yīng)生成AmBn,為擴(kuò)散控制的固相反應(yīng)，若DBDA，則在AmBn-A界面上，反應(yīng)物B的濃度CB為（ ）A.1 B.0 C.不確定6. 燒結(jié)中晶界移動的推動力是（ ）A.表面能 B.晶界兩側(cè)自由焓差 C.空位濃度差7. 同一種物質(zhì)在晶體中的擴(kuò)散系數(shù)（ ）在玻璃中的擴(kuò)散系數(shù)A大于 B等于 C小于 D不確定8. 金斯特林格方程采用的反應(yīng)截面模型為（ ）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(qiáng)度增加而不引起坯體收縮？A.蒸發(fā)-凝聚 B.體積擴(kuò)散 C.流動傳質(zhì) D.溶解-沉淀10.純固相反應(yīng)

30、，反應(yīng)過程是（ ）A.放熱過程 B.等溫過程 C.吸熱過程11. 在制造透明Al2O3陶瓷材料時，原料粉末的粒度為2m，在燒結(jié)溫度下保溫30分鐘，測得晶粒尺寸為10m。若在同一燒結(jié)溫度下保溫4小時，晶粒尺寸為（ ）, 為抑制晶粒生長加入0.1MgO，此時若保溫4小時，晶粒尺寸為（ ）。 A. 16m B. 20m C. 24m D. 28m 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(kuò)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（ ）、（ ）、（ ）和（ ）。2. 均勻成核的成核速率Iv由 （ ） 和 （ ） 因子所決定的。3. 菲克第一定律的應(yīng)用條件是

31、（ ），菲克第二定律的應(yīng)用條件是（ ）4. 液-固相變過程的推動力為（ ） 、 （ ） 和 （ ）。5.  固體內(nèi)粒子的主要遷移方式有（ ） 、 （ ）。6. 如雜質(zhì)的量增加，擴(kuò)散系數(shù)與溫度關(guān)系曲線中本征與非本征擴(kuò)散的轉(zhuǎn)折點（ ）。7. 合成鎂鋁尖晶石，可選擇的原料為MgCO3 , MgO, -Al2O3, -Al2O3, 從提高反應(yīng)速率的角度出發(fā)選擇（ ），（ ）原料較好。8. 在均勻成核時，臨界成核位壘Gk=（ ）,其值相當(dāng)于（ ） 具有臨界半徑rk的粒子數(shù)nk/N= （ ）。9. 液-固相變時，非均勻成核位壘與接觸角有關(guān)，當(dāng)為（ ）時，非均勻成核位壘為零。10. 成核生長機(jī)理的

32、相變過程需要有一定的過冷或過熱，相變才能發(fā)生，在（ ）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（ ），能否加入氧化鋁（ ）。12. 在液相線以下的分相區(qū)的亞穩(wěn)區(qū)內(nèi)，其分解機(jī)理為（ ），新相成（ ）狀，不穩(wěn)定區(qū)的分解機(jī)理為（ ），新相成（ ）狀。四、簡答題（32分）1. MoO3和CaCO3反應(yīng)時，反應(yīng)機(jī)理受到CaCO3顆粒大小的影響，當(dāng)MoO3：CaCO3 =1：1，r MoO3 =0.036, r CaCO3 =0.13時, 反應(yīng)是擴(kuò)散控制的。當(dāng)MoO3：CaCO3 =1：15，r CaCO30.03時，反應(yīng)由升華控制，試解釋這種現(xiàn)象。（8分）2. 試用圖例說明過冷度對核

33、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(yīng)采取什么措施？（8分）3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）4.說明影響擴(kuò)散的因素？（6分）五、相圖分析（18分）右圖為生成一個三元化合物的三元相圖，1. 判斷三元化合物D的性質(zhì)，說明理由？2. 標(biāo)出邊界曲線的溫降方向（轉(zhuǎn)熔界限用雙箭頭）；3. 指出無變量點的性質(zhì)（E、F、G）；4. 分析點M1，M2的結(jié)晶路程；5. 計算M2點液相剛到結(jié)晶結(jié)束點和結(jié)晶結(jié)束后各相的含量。無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)試卷十一標(biāo)準(zhǔn)答案與評分標(biāo)準(zhǔn) 一、名詞解釋（15分）：1答：液相獨立析晶：是在轉(zhuǎn)熔過程中發(fā)生的，由于冷卻

34、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(jìn)行，從而使液相進(jìn)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(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。2答：本征擴(kuò)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(kuò)散：擴(kuò)散物質(zhì)在擴(kuò)散層dx內(nèi)的濃度隨時間而變化，即dc/dt0。這種擴(kuò)散稱為不穩(wěn)定擴(kuò)散。（2.5分）3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(xué)勢相等，其一級偏微商也

35、相等，但二級偏微商不等的相變。（2.5分）4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(qiáng)度并導(dǎo)致致密化和再結(jié)晶的過程。（2.5） 泰曼溫度：反應(yīng)物開始呈現(xiàn)顯著擴(kuò)散作用的溫度。（2.5）二、選擇題（12分）：每題1分1. D 2.B 3. A 4.B 5.B 6.B 7.C 8.B 9.A 10.A 11.D, B三、填空題（18分）（每空0.7分）1. 壓力差、空位濃度差、應(yīng)力-應(yīng)變和溶解度；2. 受核化位壘影響的成核率因子、受原子擴(kuò)散影響的成核率因子 3. 穩(wěn)定擴(kuò)散、不穩(wěn)定擴(kuò)散4. 過冷度、過飽和濃度、過飽和蒸汽壓5.  

36、空位機(jī)構(gòu)、間隙機(jī)構(gòu)6. 向左7. MgCO3、 -Al2O38. 1/3Ak、新相界面能的1/3、exp（-Gk/RT） 9. 0º 10. 相變過程放熱11. 作為礦化劑，產(chǎn)生不同晶型石英溶解度不同的液相，不能12. 成核-生長機(jī)理、孤立的球形顆粒、旋節(jié)分解區(qū)（Spinodale）、高度連續(xù)性的非球形顆粒。五、簡答題（32分）1（8分）答：當(dāng)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(kuò)散阻力較大，所以反應(yīng)由擴(kuò)散控制，反應(yīng)速率隨著CaCO3顆粒度減小而加速，（4分）當(dāng)r2<r1時存在過量CaCO3，由于產(chǎn)物層變薄，擴(kuò)散阻力減小，反應(yīng)由MoO3粒徑升華控制，并隨著MoO3粒徑減小而加劇。（4分）2（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T大，控制在成核率較大處析晶，易得晶粒多而尺寸小的細(xì)晶；（1分）若T小，控制在