无机材料科学基础

1、问答题第一章1. 晶体的基本性质晶体是具有格子构造的固体，凡是由于格子构造所决定的并为一切晶体所共有 的性质，称为晶体的基本性质。（1）自限性一一晶体具有自发的形成封闭的几何多面体外形能力的性质。（晶面、晶棱和角顶分别与空间格子的面网、行列和结点相对应。）（2）均一性 同一晶体的不同部位，在相同方向上具有相同的物理化学性 质（与非晶体的均一性有本质的区别）。（3）异向性同一晶体在不同方向上具有不同的性质。如晶体的膨胀性、 机械强度、解理、导电性、折射率等。（4）对称性晶体中的相同部分或性质能够在不同方向或部位上有规律的 重复出现。（5）稳定性一一在相同的热力学条件下，晶体的内能最小，最稳定（与

2、化学 组成相同的非晶体相比）。2. 晶体的三个简单对称要素，其相应变换是什么？操作类型对称操作假想的辅助几何要素对称要素简单反伸（倒反）占 八、对称中心（C）反映面对称面（P或m）旋转线对称轴（Ln或n）3. 根据对称性，晶体是如何分类的，分类的依据是什么？在晶体的对称型中，根据有无高次轴和高次轴多少，把32个对称型划分出三个晶族；又根据旋转轴和倒转轴的轴次和数目划分为7个晶系。咼级晶族（咼次轴多于一个，n > 2 ）» 立方晶系晶体中级晶族（高次轴只有一个）六方晶系 四方晶系 *三方晶系二斜晶系低级晶族（无高次轴）券单斜晶系正交晶系4如何确定晶面符号，晶棱符号？略5单位平行六

3、面体的划分原则（1）平行六面体的对称性应符合整个空间点阵的对称性。（2）在不违反对称的条件下，应选择棱与棱之间的直角关系为最多的平行六面 体。（3）在遵循前两条的前提下，所选的平行六面体之体积应为最小。（4）当对称性规定棱间交角不为直角时，在遵循前三条的前提下，应选择结点间 距小的行列作为平行六面体的棱，且棱间交角接近于直角的平行六面体。6对应于七个晶系，单位平行六面体的类型，其点阵常数是怎样的？1）等轴晶系：对应于等轴晶系的空间格子是一个立方格子，单位平行六面体是一个立方体，单位平行六面体参数为：ao=bo=co, a = B = y =90°2）四方晶系：对应于四方晶系的空间格子

4、是一个四方格子，单位平行六面体是横截面是正方形的四方柱，规定棱面相交的棱为co，单位平行六面体参数为：ao=bo0工 co, a = B = Y =903）正交晶系：对应于正交晶系的空间格子是一个正交格子，单位平行六面体是 长宽高都不等的长方体，单位平行六面体参数为： aoM bo工co, a = B = Y =9004）单斜晶系：对应于单斜晶系的空间格子是一个单斜格子，单位平行六面体的 三对面中有两对时矩形，另一对是非矩形。两对矩形平面都垂直于非矩形平面， 而它们之间的夹角为B,但B工900两矩形面相交的棱为二次轴方向， 规定此相 交棱b。单位平行六面体参数为：aoMco, a =丫 =90

5、0 B工9007.三种微观对称要素1）平移轴、2）相移轴、3）螺旋轴8晶体中最常见的两种最紧密堆积方式是什么？等径球体的最紧密堆积方式有两种：六方和立方最紧密堆积。9鲍林规则的内容是什么？并加以解释。探负离子多面体规则在每一个正离子的周围形成一负离子配位多面体，每一个负离子占据着多 面体的一个角顶；正负离子间的距离取决于它们的半径之和；正离子的配 位数取决于它们的半径之比，而与离子的价态无关。探静电价规则在一个稳定的离子化合物晶体结构中，每一个负离子的电价等于或近似等 于相邻正离子分配给这个负离子的静电键强度的总和（偏差小于1/4）。探同种配位多面体共顶共棱规则在配位结构中，两个配位多面体以共

6、棱，特别是共面方式存在时，结构的 稳定性会降低。对于高电价低配位数的正离子来说，此效应更显著。探多种配位多面体相联规则若晶体中有一种以上的正离子，则电价高而配位数低的正离子的配位多面体之间有尽可能彼此不结合的趋势。（原理与第三规则相同）探节省规则在同一晶体中，本质上不同的结构单元的种类，趋向于数目最少。第二章1几种典型的晶体结构类型1）金刚石结构：金刚石的化学式为 C,晶体结构为立方晶系，立方面心格子结构：立方面心结构，8个C处于角顶，6个C在面心，4个C交错分部于 4个小立方体的体心位置，两连线互相垂直。2）石墨结构：化学式是C,晶体结构是立方晶系结构：同一层内的C原子之间是共价键，层与层之

7、间是范德华力作用3）NaCI型结构：立方晶系，面心立方点阵。阴离子按立方最紧密堆积，阳离子充填于八面体空隙中4） CsCI型结构：立方晶系，简单立方点阵。CI处于立方点阵的8个角顶上，Cs+处于简单立方体中心位置。5） 立方ZnS （闪锌矿）型结构：立方晶系，面心立方点阵。S2位于立方面心的点阵位置，而Zn2+交错的分布于立方体的4个小立方体的中心，两连 线互相垂直。同金刚石6） CaF2 （萤石）型结构：立方晶系，面心立方点阵。Ca+处于面心立方的结点位置，F则位于立方体内的8个小立方体的中心位置。7）CaTiO 3 （钙钛矿）型结构：结构通式为 ABO3。氧离子和较大的正离子 A按立方最紧

8、密排列，较小的 B离子在八面体空隙中。2硅酸盐结构主要有哪几种，并试描述1）岛状结构：结构中的硅氧四面体以孤立状存在，硅氧四面体没有共用的氧， 硅氧四面体中的氧离子，除了与硅相连外，剩下的一价将于其他金属阳离子相 连。（0个共用氧）2）组群状结构：硅氧四面体以两个，三个，四个或六个，通过共用氧连成硅氧 四面体群体，这些群体之间由其他阳离子按一定的配位形式把它们连接。如果 把这些群体看成一个单元，那么，这些单元就像岛状结构中的硅氧四面体一样 是以孤立的状态存在的。（2个共用氧）3）链状：硅氧四面体通过共用氧离子相连，在一维方向上延伸成链状。这种链又可以分为单链和双链，链与链之间通过其他阳离子按一

9、定的配位关系连接起 来，这种硅酸盐结构称为链状结构（单链：2个共用氧；双链：3个共用氧）4）层状：硅氧四面体通过三个共用氧在二维平面上延伸成硅氧四面体层（3个共用氧）5）架状：每个硅氧四面体的四个顶角，都与相邻的硅氧四面体共顶。（4个共用氧）3点缺陷的类型及划分依据是什么？一、按偏离理想晶格的几何位置及成分划分：（1）填隙原子（2）空位（3）杂质原子二、按点缺陷产生原因划分：（1）热缺陷（2）杂质缺陷（3）非化学计量结构缺陷4什么叫弗仑克尔缺陷，肖特基缺陷，各自的特点是什么？（1）弗仑克尔Frankel缺陷：在晶格热振动中，一些能量足够大的原子离开平 衡位置后，知道晶格的间隙中，形成间隙原子，

10、而在原来的位置上形成空 位，这种缺陷叫弗仑克尔缺陷。特点-空位和间隙成对产生；填隙原子与空位是等量的。（2）肖特基Schottky缺陷：正常格点上的原子，热起伏过程获得能量而离开 平衡位置，迁移到晶体的表面上，在晶体内部正常格点位置上留下空位， 这种缺陷叫肖特基缺陷。特点：对离子晶体，为保持电中性，正离子空位和负离子空位成对产生， 体积增大5什么叫固溶体？固溶体，化合物，机械混合物的区别是什么？固溶体的定义：把含有外来杂质原子（或离子，分子），但并不破坏晶体结构，仍然保持一个晶相的晶体称为固体溶液，简称固溶体。固溶体与机械混合物、化合物的区别名称相组成混合尺度组成结构固溶体单相均匀原子尺度有一

11、定范围主晶相结构化合物AB不同于A和B的均匀 单相原子尺度一定比例化合物AB的晶相结构机械混合物A相和B相不均匀颗粒任意颗粒堆积6形成固溶体的四个影响因素是什么，试解释之厂v 15%连续固溶（1）离子大 小 |匕7|15%30%有限置换型固溶> 30% 不形成固溶（2）晶体的结构类型晶体结构相同有利于形成连续固溶体离子电价离子电价相同或总价相等有利于形成连续固溶体电负性电负性之差土 0.4是衡量固溶度大小的边界第三章1简述硅酸盐熔体聚合物结构形成的过程和结构特点。1）聚合物的形成阶段：初期：主要是石英颗粒的分化； 中期：缩聚反应并伴随聚合物的变形；后期：在一定温度（高温）和一定时间（足够

12、长）下达到聚合二 解聚平衡。2）最终熔体组成：聚合程度不同的各种聚合体的混合物，包括低聚物、高聚物、三维碎片、游离碱、吸附物。2试分析影响熔体粘度的因素有哪些?1） O/Si 比1）当R2O含量较低时（O/Si较低），熔体中硅氧负离子团较大，对粘度起主要 作用的是四面体SiO4间的键力。这时，加入的正离子的半径越小，降低粘度的 作用越大，其次序是 Li + >Na+ >K +。这是由于 R +除了能提供 游离”氧，打 断硅氧网络以外，在网络中还对一 Si O Si-键有反极化作用，减弱了上述键 力。Li +离子半径最小，电场强度最强，反极化作用最大，故它降低粘度的作用最大。2）当熔

13、体中 R2O 含量较高时，熔体中硅氧负离子团接诉最简单的 SiO4形式， 同时熔体中有大量 O2-存在，SiO4四面体之间主要依靠 R O键力连接，这时作用力矩最大的 Li+就具有较大的粘度。在这种情况下，R2O 对粘度影响的次 序是 Li+vNa+vK+ 。3玻璃的四个通性是什么?ouIvV亚稳区/2T析晶区oooo一、各向同性二、介稳性三、熔融态向玻璃态转化的过程是可逆与渐变的四、熔融态向玻璃态转化时物理、化学性质随温度变化的连续性4物质结晶过程有哪两个因素控制？这两个因素与过冷度有什么关1）在亚稳区，过冷度过大或过小均不利于熔体析晶2）在析晶区，IV和u都有一个较大的数值，既有利成核，又

14、有利生长3）如果IV和 u的极大值所处的温度很靠近，熔体易析晶而不易形成玻璃5根据单键能的大小，将不同的氧化物分为哪几类？具体划分标准是什么?1）单键强度335 kJ/mol （或80 kcal/mol）的氧化物 网络形成体（Si02、B2O3）2）单键强度250 kJ/mol （或 60 kcal/mol）的氧化物 网络变性体（大部分碱或碱 土金属氧化物）。3）在250335 kJ/mol为中间体，作用介于玻璃形成体和网络形成体之间（Al2O3 ）。成核、生长速率与过冷度的关系:系？试解释之影响析晶因素：成核速率Iv和晶体生长速率u6晶子假说和无规则网络学说的内容是什么?第四章1范德华力起源

15、于哪几种力，试解释之a）定向作用力（静电力）一一极性分子的永久偶极矩之间的相互静电作用；b）诱导力一一发生在永久偶极矩（极性分子）与诱导偶极矩（非极性分子）间的 相互作用；c）色散力（分散作用力）一一非极性分子的瞬变偶极矩之间的相互作用；2试解释粘土结构水，结合水（牢固结合水，松结合水），自由水的区别第五章1固体表面的不均一性（1）由于晶体是各向异性的，因而同一个晶体可以有许多性能不同的表面。（2）同一种固体物质由于制备和加工条件不同也会有不同的表现性质。（3）实际晶体的表面由于晶格缺陷，空位或位错，而造成表面的不均一性。（4）由于表面会吸附外来原子而引起固体表面的不均一性。2降低表面能的两种

16、方法是什么？表面质点自行调整将低表面能的晶面暴露在表面上通过表面弛豫通过表面重构表面的成分偏析和表面对外来原子的的吸附以及这两种的相互作用3影响润湿的因素有哪些？（1）固、液的成分和结构对润湿的影响（2）表面粗糙度的影响（3）吸附膜的影响4改善润湿的方法有哪几种（1）降低SL； （2）去除固体表面吸附膜，提高SV； （3）改变粗糙度。5粘土的阳离子交换性质是什么？粘土颗粒带电，在溶液中可吸附异号离子，吸附的这些异号离子可被浓度更大, 交换能力更强的离子交换出来，并不破坏粘土本身的结构，这种性质叫做粘土 的离子交换性质。由于粘土颗粒一般带负电，将吸附阳离子，所以又称为粘土 的阳离子交换性质。6粘

17、十离子交换的特点有哪些？（1）同号离子进行交换；（2）离子交换是等当量的；（3）交换与吸附过程是可逆的；（4）交换不破坏粘土本身的结构。7粘土的带电机理是什么？1 同晶置换 2断键 3 吸附有机质8泥浆的胶溶（稀释）需要具备几个条件？1、介质呈碱性2、提高Z -电位3、阴离子的作用 、选择阴离子 、聚合阴离子在胶溶过程中的特殊作用第六章1为什么不能用纯 ZrO 2烧制成氧化锆陶瓷，试解释之ZrO2是特种陶瓷的重要原料。由于其单斜型与四方型之间的晶型转变伴随有显 著的体积变化，造成ZrO2制品在烧成过程中容易开裂，生产上需采取稳定措施 通常加入适量的CaO或丫2。32分析二元相图的结晶过程（一个低共熔点，一个不一致熔，形成有限固溶体）3分析三元相图的结晶过程（低共熔，一致和不一致熔）4杠杆规则的两层含义1）在三元系统内，由两个相（或混合物）合成一个新相（或新的混合物）时， 新相的组成点必在原来二相组成点的连线上；2）新相组成点与原来二相组成点的距离和二相的量成反比。5解释判读三元相图的四个重要原则1）连线规则：用于判断界线的温度走向的。将一条界线（或其延长线