無機材料科學基礎復習張其土市公開課金獎市賽課一等獎課件

無機材料科學基礎復習

張其土南京工業(yè)大學材料學院

第1頁主要參考書《無機材料科學基礎》陸佩文主編，武漢工業(yè)大學出版社《無機材料科學基礎》張其土主編，華東理工大學出版社第2頁第一章、晶體結構基礎1、晶體基本概念晶體本質(zhì)：質(zhì)點在三維空間成周期性重復排列晶體基本性質(zhì)：結晶均一性、各向異性、自限性、對稱性、最小內(nèi)能性2、對稱概念物體中相同部分作有規(guī)律重復對稱要素：對稱面、對稱中心、對稱軸（對稱軸類型和特點）

（L1、L2、L3、L4、L6、C、P）4次倒轉(zhuǎn)軸不能被其它對稱要素及其組合取代對稱操作:對稱要素組合必須滿足晶體整體對稱要求，不是無限第3頁3、對稱型（點群）：宏觀晶體中只存在32種對稱型

對稱型概念4、晶體分類、晶族分類依據(jù)、各晶系晶胞參數(shù)關系5、晶面取向關系、晶面指數(shù)含義和計算（舉例）6、空間點陣概念、14種布拉維格子（P、I、F、C格子）

7、晶胞概念、晶胞參數(shù)（計算）8、微觀對稱要素特征、空間群概念（只存在230種空間群）在微觀對稱操作中都包含有平移動作9、球體緊密堆積原理（六方密堆、立方密堆）

10、鮑林規(guī)則（離子晶體）11、決定晶體結構原因：化學組成、質(zhì)點相對大小、極化性質(zhì)12、同質(zhì)多晶、類質(zhì)同晶

第4頁13、經(jīng)典晶體結構（晶體結構描述方法）CaF2結構、金剛石結構、金紅石結構、剛玉結構、

CaTiO3、尖晶石結構

14、硅酸鹽晶體結構、硅酸鹽晶體結構分類依據(jù)

15、層狀硅酸鹽晶體結構特點，（晶胞參數(shù)a和b值相近）16、在面心立方和體心立方中，最密排平面晶面符號是什么？（111）、（110）17、一晶面在x、y、z軸上截距分別為2a、3b、6c，求出該晶面晶面指數(shù)。（321）18、為何等軸晶系晶體有原始、面心、體心而無底心格子？19、O2-作而心立方堆積時，依據(jù)電價規(guī)則，在下面情況下，空隙內(nèi)各需填入何種價數(shù)陽離子，并對每一個結構舉出—個例子。（a）全部四面體空隙位置均填滿；(b)全部八而體空隙位置均填滿；(c)填滿—半四面體空隙位置；(d)填滿—半八面休空隙位置。第5頁第二章、晶體結構缺點1、缺點概念2、熱缺點（弗倫克爾缺點、肖特基缺點）熱缺點是一個本征缺點、高于0K就存在，熱缺點濃度計算影響熱缺點濃度因數(shù)：溫度和熱缺點形成能（晶體結構）3、雜質(zhì)缺點、固溶體4、非化學計量化合物結構缺點（半導體）種類、形成條件、缺點計算等5、連續(xù)置換型固溶體形成條件6、影響形成間隙型固溶體原因7、組分缺點（賠償缺點）：不等價離子取代形成條件、特點（濃度取決于摻雜量和固溶度）缺點濃度計算、與熱缺點比較

第6頁8、缺點反應方程和固溶式

9、固溶體研究與計算寫出缺點反應方程

固溶式、算出晶胞體積和重量

理論密度（間隙型、置換型）和實測密度比較10、位錯概念刃位錯：滑移方向與位錯線垂直，伯格斯矢量b與位錯線垂直

螺位錯：滑移方向與位錯線平行，伯格斯矢量b與位錯線平行第7頁11、(a)MgO晶體中，肖脫基缺點生成能為6eV（9.612×10－19J），計算在25℃和1600℃時熱缺點濃度。(b)假如MgO晶體中，含有百萬分之一摩爾A12O3雜質(zhì)，則在1600℃時，MgO晶體中是熱缺點占優(yōu)勢還是雜質(zhì)缺點占優(yōu)勢，說明原因。

12、非化學計量化合物FexO中，F(xiàn)e3+／Fe2+=0.1，求FexO中空位濃度及x值。

第8頁第三章、非晶體固體1、熔體概念：不一樣聚合程度各種聚合物混合物硅酸鹽熔體粘度與組成關系2、非晶態(tài)物質(zhì)特點3、玻璃通性4、Tg、Tf,相對應粘度和特點5、網(wǎng)絡形成體、網(wǎng)絡變性體、網(wǎng)絡中間體計算（如Pb玻璃中Pb2＋作用）

正硅酸鉛PbSiO4玻璃密度為7.36g/cm3，求這種鉛玻璃中氧密度為多少？假如將它與熔融石英玻璃（密度為2.2g/cm3）中氧密度相比較，試指出在這種鉛玻璃中鉛離子所在位置。（其中原子量分別為O:16，Si:28，Pb:207）。第9頁6、玻璃形成熱力學觀點7、玻璃結構學說（二種玻璃結構學說共同之處和不一樣之處）8、玻璃結構參數(shù)Z可依據(jù)玻璃類型定，先計算R，再計算X、Y注意網(wǎng)絡中間體在其中作用。9、硼反?，F(xiàn)象10、硅酸鹽晶體與硅酸鹽玻璃區(qū)分11、輕易形成玻璃物質(zhì)，在熔點附近有較高粘度、Tg/Tm＞2/312、玻璃組成為13wt%Na2O、13wt%CaO和74wt%SiO2，試計算其非橋氧百分數(shù)。

第10頁第四章、表面與界面1、晶體表面雙電層與表面能關系，固體是怎樣降低其表面能？固體表面雙電層厚度主要取決于什么？

2、潤濕概念、定義改進潤濕方法：去除表面吸附膜（提升固體表面能）、改變表面粗糙度、降低固液界面能3、表面粗糙度對潤濕影響4、吸附膜對潤濕影響5、彎曲表面效應(開爾文公式應用)6、界面分類與特點7、決定晶界構型原因（界面能與晶界能相互關系）8、粘土荷電原因、粘土與水作用、電動電位9、泥漿膠溶原理與條件、粘土泥漿屬于塑性流動10、泥漿發(fā)生觸變原因第11頁第五章、相平衡1、相律以及相圖中一些基本概念相、獨立組分、自由度等2、水型物質(zhì)相圖特點（固液界限斜率為負）3、單元系統(tǒng)相圖中可逆與不可逆多晶轉(zhuǎn)變特點4、SiO2相圖中多晶轉(zhuǎn)變（重建型轉(zhuǎn)變、位移型轉(zhuǎn)變）5、一致熔化合物和不一致熔化合物特點6、形成連續(xù)固溶體二元相圖特點（沒有二元無變量點）7、相圖坐標系統(tǒng)由什么來決定（相平衡系統(tǒng)中最大自由度）8、界限、連線概念，以及他們關系

第12頁9、等含量規(guī)則、等百分比規(guī)則、背向規(guī)則、杠桿規(guī)則、連線規(guī)則、切線規(guī)則、重心規(guī)則。10、獨立析晶（非平衡析晶）11、三元相圖析晶路徑分析判斷化合物性質(zhì)劃分副三角形標出界限上溫度走向和界限性質(zhì)確定無變量點性質(zhì)分析詳細析晶旅程第13頁第六章、擴散與固相反應1、固體中擴散特點2、菲克定律（宏觀現(xiàn)象）菲克第一定律：穩(wěn)態(tài)擴散菲克第二定律：不穩(wěn)態(tài)擴散3、擴散系數(shù)是一個什么樣參數(shù)4、擴散推進力（化學位梯度）5、擴散系數(shù)普通熱力學關系式6、質(zhì)點擴散方式（五種、其中空位最常見，所需能量最?。?、本征擴散、非本征擴散，及其對應擴散系數(shù)D產(chǎn)生本征擴散與非本征擴散原因，分析、計算8、螢石結構ZrO2中Zr4+和O2-哪個擴散活化能大？Zr4+第14頁9、固相反應定義、泰曼溫度10、固相反應轉(zhuǎn)化率11、固相反應普通動力學關系（反應總阻力=各個分阻力之和）12、固相反應特點（化學反應動力學范圍、擴散動力學范圍）13、楊德爾方程G＜0.314、金斯特林格方程G＜0.815、假如要合成MgAl2O4，可提供選擇原料為MgCO3、Mg(OH)2、MgO、Al2O3·3H2O、γ-Al2O3、α-Al2O3,從提升反應速率角度出發(fā)，選擇什么原料很好？16、濃度差會引發(fā)擴散，擴散是否總是從高濃度處向低濃度處進行?為何?第15頁第七章、相變1、相變概念（相概念等）2、相變分類3、一級相變、二級相變4、固態(tài)相變馬氏體相變、有序－無序相變5、相變過程中亞穩(wěn)態(tài)6、晶核形成條件、臨界晶核rk。（要有△T）7、影響成核速率原因：核坯數(shù)目、質(zhì)點加到核坯上速率Iv=P·D8、均勻成核、非均勻成核，選擇成核劑要求。9、晶體生長速率10、成核與晶體生長相比，需要更大△T第16頁11、分相現(xiàn)象、分相概念及判斷12、無擴散型相變特點因為存在均勻切變，使晶體發(fā)生外形改變因為相變過程無擴散，新相與母相化學成份相同母相與新相之間含有一定取向關系相變速度極快13、試討論非均勻成核活化能與接觸角θ關系，并證實當接觸角θ為90度時，非均勻活化能是均勻成核活化能二分之一。

第17頁第八章、燒結1、燒結概念、定義2、燒成與燒結、燒結與固相反應3、燒結推進力（過剩表面能G）4、燒結模型（燒結早期動力學關系、頸部增加率與燒結收縮率之間關系）5、固態(tài)燒結類型、特點、公式（與時間、粒徑關系）、計算蒸發(fā)-凝聚傳質(zhì)過程特點（△L/L=0）6、液態(tài)燒結類型、特點、公式（與時間、粒徑關系）、計算7、液相燒結與固相燒結異同點8、晶粒生長與二次再結晶概念（燒結中后期）第18頁9、晶粒生長計算公式：D2-Do2=kt10、晶粒生長與二次再結晶區(qū)分11、造成二次再結晶原因以及預防方法12、在有雜質(zhì)（或燒結添加劑存在下）晶粒生長：G3-Go3=kt13、約束晶粒生長原因、燒結過程中晶界移動情況（三種）14、以下過程中哪一個能使燒結體強度增大，而不產(chǎn)生坯體宏觀上收縮?試說明之。(a)蒸發(fā)-冷凝；(b)體積擴散；(c)粘性流動；(d)溶解-沉淀

15、有一個平均粒徑為5μm粉末壓塊，若燒結2小時