無(wú)機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)習(xí)題解答1

2－6(a)在CaF2晶體中，F(xiàn)rankel缺陷形成能為2.8eV，Schttky缺陷的生成能為5.5eV，計(jì)算在25℃和1600℃時(shí)熱缺陷的濃度？

(b)如果CaF2晶體中，含有10－6的YF3雜質(zhì)，則在1600℃時(shí)，CaF2晶體中是熱缺陷占優(yōu)勢(shì)還是雜質(zhì)缺陷占優(yōu)勢(shì)？說(shuō)明原因。解：(a)由題可知，F(xiàn)rankel缺陷形成能<Schttky缺陷的生成能由知，

Frankel缺陷濃度高，因而是主要的。

(b)由此可知而在1873K時(shí)所以此時(shí)熱缺陷占優(yōu)勢(shì)。在298K時(shí)，在1873K時(shí)，2－7試寫(xiě)出下列缺陷方程2-93ZrO23Zr?Al+V'''Al

+6OO（1）0.0020.0021/3*0.002固溶分子式：Al2-0.002-1/3*0.002Zr0.002O32MgO2Mg'Al+V??O+2OO（2）復(fù)合取代，將（1）式與（2）式相加即可：3ZrO2+2MgO3Zr?Al+V'''Al

+8OO+2Mg'Al+V??O0.0032/3*0.0030.0031/3*0.0032/3*0.0031/3*0.003Al2O3Al2O3Al2O3固溶分子式：Al2-0.003-1/3*0.003-2/3*0.003Zr0.003Mg1/3*0.003O3-1/3*0.003X的值為0.2%mol3－5

玻璃的組成是13wt%Na2O、13wt%CaO、74wt%SiO2，計(jì)算非橋氧分?jǐn)?shù)。分析：要應(yīng)用關(guān)系式，必須換算成mol%。

解：玻璃組成

Na2OCaOSiO2wt%131374mol0.210.231.23mol%12.613.873.6Z＝4X＝2R－Z＝2×2.36－4＝0.72Y＝Z－X＝4－0.72＝3.28非橋氧數(shù)％＝3－6

有兩種不同配比的玻璃其組成如下：序號(hào)Na2O(wt%)Al2O3(wt%)SiO2(wt%)181280212880試用玻璃結(jié)構(gòu)參數(shù)說(shuō)明兩種玻璃高溫下粘度的大??？解：玻璃組成：序號(hào)Na2OAl2O3SiO2

wt%mol%wt%mol%wt%mol%188.18127.488084.321212.184.878083.03對(duì)1＃玻璃，Na2O/Al2O3＝8.18/7.48>1

Al3+被視為網(wǎng)絡(luò)形成離子，Z=4Y=2Z－2R＝2(4－2.007)＝3.986對(duì)2＃玻璃，Na2O/Al2O3＝12.1/4.87>1

Al3+被視為網(wǎng)絡(luò)形成離子，Z=4X＝2R－Z＝2×2.078－4＝0.156Y=Z－X＝4－0.156＝3.844討論：1＃玻璃

Y1＝3.986,2＃玻璃

Y2＝3.844

即有：Y1>Y2

所以在高溫下1＃玻璃

粘度>2＃玻璃

粘度3－7SiO2

熔體的粘度在1000℃時(shí)為1015dpa.s，在1400℃時(shí)為108dpa.s，

玻璃粘滯的活化能是多少？上述數(shù)據(jù)為恒壓下取得，若在恒容下獲得，你認(rèn)為活化能會(huì)改變嗎？為什么？解：(a)

對(duì)＝0exp(E/kT)取對(duì)數(shù)得：

Ln＝Ln0＋E/kT

令A(yù)＝Ln0B＝E/k則Ln＝A＋B/T

將、T值代入上式解之得：A＝－32.88B＝85828活化能E＝Bk＝85828×1.38×10－23＝1.18×10－18(J/個(gè))粘滯的活化能=1.18×10-18×6.02×1023=710.3kJ/mol(b)

上述數(shù)據(jù)是在恒壓下取得，在恒容下，預(yù)計(jì)活化能會(huì)有所不同。因?yàn)楹闳輹r(shí)熔體所受壓力應(yīng)增加，這將使其粘度增大，從而改變了活化能值。4－2

MgO-Al2O3-SiO2系統(tǒng)的低共熔物放在Si3N4陶瓷片上，在低共熔溫度下，液相的表面張力為900mN/m，液體與固體的界面能為600mN/m,測(cè)得接觸角為70.520。(1)求Si3N4的表面張力；(2)把Si3N4在低共熔溫度下進(jìn)行熱處理，測(cè)試其熱腐蝕的槽角為600，求的晶界能？

解：(1)＝600＋900×cos70.520＝901mN/m`4－3

氧化鋁瓷件中需要被銀，已知1000℃時(shí)＝1.00mN/m,(Ag.L)=0.92mN/m;=1.77mN/m,問(wèn)液態(tài)銀能否潤(rùn)濕氧化鋁瓷件表面？可以用什么方法改善它們之間的潤(rùn)濕性？解：已知(Ag.L)=0.92mN/m;

=1.77mN/m,說(shuō)明：液態(tài)銀不能潤(rùn)濕氧化鋁瓷件表面。改善方法：1、去除固體表面的吸附膜，提高SV2、降低SL3、改變粗造度6-8

已知A和B兩組份構(gòu)成具有低共熔點(diǎn)的有限固溶體二元系統(tǒng)。試根據(jù)下列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制概略相圖：A的熔點(diǎn)為1000℃，B的熔點(diǎn)為700℃。含B25％的試樣在500℃完全凝固，其中含73％初相SA(B)和26％SA(B)+SB(A)共生體。含B50％的試樣在同一溫度下凝固完畢，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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均在平衡狀態(tài)時(shí)測(cè)定。ABSA(B)+SB(A)SA(B)SB(A)SA(B)+LL+SB(A)abCEDxyzB%分析：要繪制相圖必須求出C、D、E三點(diǎn)。因而由題分析此兩種組成點(diǎn)必在CE間。解：設(shè)C點(diǎn)含B為x%,E點(diǎn)含B為y%

D點(diǎn)含B為z%由題意得關(guān)系式：O1P2解得：x=5.1y=79.9z=94.9由此可確定C、D、E三點(diǎn)的位置，從而繪出其草圖。8－3如果液態(tài)中形成一個(gè)邊長(zhǎng)為a的立方體晶核時(shí)，其自由焓G將寫(xiě)成什么形式？求出此時(shí)晶核的臨界立方體邊長(zhǎng)aK

和臨界核化自由焓Ga，并8－2題比較，那一種形狀的G大，為什么