无机材料物理化学考试题

1、晶体结构名词解释多晶转变：当外界条件改变到一定程度时，各种变体之间发生结构转变，从一种变体转变成为另一种变体的现象。同质多品：同一化学组成在不同外界条件下（温度、压力、pH值等），结晶成为两种以上不同结构晶体的现象。位移性转变：不打开任何键，也不改变原子最邻近的配位数，仅仅使结构发生畸变，原子从原来位置发生少许位移，使次级配位有所改变的一种多品转变形式。重建性转变：破坏原有原子间化学键，改变原子最邻近配位数，使晶体结构完全改变原样的一种 多晶转变形式。1.2 品格能与哪些因素有关？答：离子的电子结构；离子的晶体结构类型；正负离子平衡距离。1.3 鲍林规则（1）配位数规则：晶体结构中，阳离子周围

2、形成一个阴离子配位多面体，阳离子的配位数取决于 阳离子和阴离子半径之比。根据不同的配位数，从几何关系可以计算出阴阳离子半径比的上、下 限范围。因而，可根据r+/r-值求得阳离子的配位数。（2）静电价规则：在稳定的离子晶体结构中，所有相连接的阳离子到达一个阴离子的静电建强度， 等于阴离子的电荷数。设S为中心阳离子到达每一配位阴离子的静电建强度，Z为该阳离子的电荷数，n为阳离子配位数，则可得 S=Z/n o又设W为阴离子电荷数，m为阴离子配位数，则静电 价规则规定m S=Wo静电键规则是离子晶体中较严格的规则，它使晶体保持总的电性平衡。本 规则还可用于求得阴离子的配位数。（3）配位多面体连接方式规

3、则：在离子晶体中，阴离子配位多面体以共棱，特别是共面的方式存 在时，结构的稳定性下降。对于电价高，配位数小的阳离子，此规则的效应更为显著。硅酸盐结 构中，硅氧四面体的连接方式即为一例。例1:以NaCl晶胞为例，试说明面心立方紧密堆积中的八面体和四面体空隙的位置和数量。答：以NaCl晶胞中（001）面心的一个球（Cl-离子）为例，它的正下方有1个八面体空隙（体心 位置），与其对称，正上方也有1个八面体空隙；前后左右各有1个八面体空隙（棱心位置）。 所以共有6个八面体空隙与其直接相邻，由于每个八面体空隙由6个球构成，所以属于这个球的八面体空隙数为6M/6=1。在这个晶胞中，这个球还与另外2个面心、

4、1个顶角上的球构成4个四面体空隙（即1/8小立方体 的体心位置）；由于对称性，在上面的晶胞中，也有4个四面体空隙由这个参与构成。所以共有8个四面体空隙与其直接相邻，由于每个四面体空隙由4个球构成，所以属于这个球的四面体空隙数为8X1/4=2o例2下列硅酸盐矿结构各属何种结构类型？（有A13+离子的要说明其在结构中所处的位谿）：下 列硅酸盐矿结构各属何种结构类型？（有 A13+离子的要说明其在结构中所处的位置）：CaMgSi2O6 Ca2AlAlSiO7 MgSi4O10（OH）2 KAlSi3O8答：CaMgSi2O6单链状。Ca2AlAlSiO7组群状，双四面体。A13+离子一部分位于氧八面

5、体空 隙，另一部分位于四面体空隙。MgSi4O10(OH)2 层状。KAlSi3O8 架状。A13+离子位于氧四面体空隙。二离子晶体结构2-1名词解释(a)萤石型和反萤石型(b)类质同品和同质多晶(c)二八面体型与三八面体型(d)同品取代与阳离子交换 (e)尖晶石与反尖晶石答：(a)萤石型：CaF2型结构中，Ca2+按面心立方紧密排列，F-占据晶胞中全部四面体空隙。反萤石型：阳离子和阴离子的位置与 CaF2型结构完全相反，即碱金属离子占据 F-的位置，O2- 占据Ca2+的位置。(b)类质同象：物质结晶时，具晶体结构中部分原有的离子或原子位置被性质相似的其它离子或 原子所占有，共同组成均匀的、

6、呈单一相的晶体，不引起键性和晶体结构变化的现象。同质多品：同一化学组成在不同热力学条件下形成结构不同的晶体的现象。(c)二八面体型：在层状硅酸盐矿物中，若有三分之二的八面体空隙被阳离子所填充称为二八面体型结构三八面体型：在层状硅酸盐矿物中，若全部的八面体空隙被阳离子所填充称为三八面体型结构。(d)同晶取代：杂质离子取代晶体结构中某一结点上的离子而不改变晶体结构类型的现象。阳离子交换：在粘土矿物中，当结构中的同品取代主要发生在铝氧层时，一些电价低、半径大的 阳离子(如K+、Na+等)将进入晶体结构来平衡多余的负电荷，它们与晶体的结合不很牢固，在 一定条件下可以被其它阳离子交换。(e)正尖晶石：在

7、AB2O4尖晶石型晶体结构中，若 A2+分布在四面体空隙、而 B3+分布于八面体空隙，称为正尖晶石；反尖晶石：若 A2+分布在八面体空隙、而 B3+一半分布于四面体空隙另一半分布 于八面体结构类型SiO 4共用O2-数形 状络阴离子Si: O实例空隙，逋式 为B(AB)O4 , 称为反尖 晶石03-6叙述硅酸盐晶体 结构分类 原则及各 种类型的 特点，并举 一例说明之。硅酸盐结构的规律是：构成硅酸盐的基本单元是硅氧四面体；硅氧四面体结构硅氧四面体只能通过共用顶角而相互连结；Si4+离子通过O2-结合，Si-O-Si的结合键在氧上的键角接近于 145°稳定的硅酸盐结构中，硅氧四面体采取

8、最高空间维数互相结合； 硅氧四面体采取比较紧密的结构连结；同一结构中的硅氧四面体最多只相差 1个氧原子岛状0四面体SiO 4广1:4镁橄榄石Mg2SiO4解：硅酸盐 矿物按照 硅氧四面 体的连接 方式进行 分类，具体 类型见表 3-1。(AlxSi4-x) O8x-钠长 石 NaAlSi3O组群状1双四面体_6-Si2O72:7硅车W Ca3Si 2O72三节环Si3O9广1:3蓝锥矿 BaTiSi 3O9四节环Si4Oi2广六节环Si6Oi812-绿宝右 Be3Al2Si6O18链状2单链一 一 4-Si2O61:3透辉石 CaMgSi 2O62, 3双链-6-Si 4O114:11透闪后

9、Ca2Mg 5Si4On2(OH)2层状3平白层Si4O104-4:10滑石 Mg3Si4O10(OH) 2架状4骨架SiO 21:2石英SiO2_ x-(Al xSi4-x)O8钠长石 NaAlSi 3。88表2-1硅酸盐晶体的结构类型(AlxSi4-x)O8x- 钠长石NaAlSi3O8表2-1硅酸盐晶体的结构类型3.7水的结合方式8-1结构水结构水自由水牢固结构水松结构水含义以OW形式存 在于黏土品格 结构内的水吸附在刻土© 物层问及表面 的定向水分子 层，它与黏土胶 粒形成整体并起移动黏土表面定向 排列过度到非 定向排列的水 层，它处于胶粒 的扩散层内黏土胶团外的 非定向水分

10、子 层作用范围在黏土结构的310水分子层<200?>200?特点脱水后黏土结 构破坏密度小，热容小 介电常数小，冰 点低流动性结构水/自由水比例小，流动性好可朔性黏土胶粒水膜厚度在100?(约30水分子层)时朔性最好1873K:n=exp N9.612 10,92 1.38 10 竣31873=8X10-9晶体结构缺陷习题与解答1.1 名词解释（a）弗伦克尔缺陷与肖特基缺陷；（b）刃型位错和螺型位错解：（a）当晶体热振动时，一些能量足够大的原子离开平衡位置而挤到晶格点的间隙中，形成间隙原子，而原 来位置上形成空位，这种缺陷称为弗伦克尔缺陷。如果正常格点上原子，热起伏后获得能量离开平

11、衡位置，跃 迁到晶体的表面，在原正常格点上留下空位，这种缺陷称为肖特基缺陷。（b）滑移方向与位错线垂直的位错称为刃型位错。位错线与滑移方向相互平行的位错称为螺型位错。1.2 试述晶体结构中点缺陷的类型。以通用的表示法写出晶体中各种点缺陷的表示符号。试举例写出CaCl2中Ca+置换KCl中K+或进入到KCl间隙中去的两种点缺陷反应表示式。解：晶体结构中的点缺陷类型共分：间隙原子、空位和杂质原子等三种。在MX晶体中，间隙原子的表示符号为M或X;空位缺陷的表示符号为：Vm或VX。如果进入MX晶体的杂质原子是 A,则其表示符号可写成：Am或Ax （取代式）以及A （间隙式）。当CaCl2中Ca2+置换

12、KCl中K+而出现点缺陷，其缺陷反应式如下：CaCl 1.38 10298' CaK+Vk+2CiclCaCl2中C?进入到KCl间隙中而形成点缺陷的反应式为：CaCl2 Cai*>+2Vk +2Cl ci1.3 在缺陷反应方程式中，所谓位置平衡、电中性、质量平衡是指什么？解：位置平衡是指在化合物MX,中，M格点数与X格点数保持正确的比例关系，即 M X=a： b。电中性是指在方程式两边应具有相同的有效电荷。质量平衡是指方程式两边应保持物质质量的守恒。1.4 （a）在MgQll体中，肖特基缺陷的生成能为6ev,计算在25c和1600c时热缺陷的浓度。（b）如果MgO晶体中，含有百

13、万分之一 mol的Al2Q杂质，则在1600c时，MgO晶体中是热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势？ 说明原因。解：(a)根据热缺陷浓度公式：=exp (- -G )N2kT由题意G=6ev=6X 1.602 x 10-19=9.612 x 10-19JK=1.38 X 10-23 J/KT 1=25+273=298KT 2=1600+273=1873K9 612 10,9-51298K: = expN103 =1.92 X 10（b）在MgO加入百万分之一的Al 2。杂质，缺陷反应方程为：Al 2O3 MgO > 2Al Mg - VMg - 3Oo此时广生的缺陷为VMg杂质。而由上式可知

14、：Al 2Q= VMg 杂质当加入10-6 Al 2。时，杂质缺陷的浓度为''-6VMg杂质=四2。 = 10''-9由（a）计算结果可知：在 1873 K, VMg-8X10''''显然：VMg杂质VMg热，所以在1873 K时杂质缺陷占优势。1.5对某晶体的缺陷测定生成能为84KJ/mol ,计算该晶体在1000K和1500K时的缺陷浓度。解：根据热缺陷浓度公式:2kT由题意 G=84KJ/mol=84000J/mol则一 =exp ()M2RT其中 R=8.314J/mol - K当 T1=1000K时，=exp (_-G)

15、 = exp84000 =6.4X10-3M2RT2 8.314 1000当 T2=1500K时，=exp ( G) = exp 84000 =3.45X10-2M2RT2 8.314 15001.8非化学计量化合物 FexO中，Fe37Fe2+=0.1 ,求FexO中的空位浓度及 x值。解：非化学计量化合物 FexO,可认为是a (mol)的FeO溶入FeO中，缺陷反应式为:FezQ FeO > 2FeFe + V'Fe+3OOa 20coe此非化学计量化合物的组成为：3 2MgO-at 2 Mg ai + V02O0（2） 'Fe 2：.Fe(1.2 . )O已知：F

16、e3+/Fe2+=0.1贝U: 二0.11 -2： Y a = 0.044 - x = 2 a +(1 3a )=1 a = 0.956又：V Fe3 = a = 0.044正常格点数 N= 1+x= 1+0.956 =1.956''3八、小立4V Fe 0.044. 2.空位侬度为一Fe2.25 10N 1.9561.10试比较刃型位错和螺型位错的异同点。解：刃型位错和螺型位错的异同点见表1-1所示。表1-1刃型位错和螺型位错的异同点螺型位错刃型位错与柏格斯矢量b柏格斯矢量b与刃性位柏格斯矢量b与螺型位的位置关系错线垂直位错分类刃性位错有正负之分位错是否引起晶 体畸变和形成应

17、 力场位错类型引起晶体畸变和形成应 力场，且离位错线越远, 晶格畸变越小只有几个原子间距的线 缺陷错线平行螺形位错分为左旋和右旋引起晶体畸变和形成应 力场，且离位错线越远, 晶格畸变越小只有几个原子间距的线 缺陷因而间隙型缺陷在离子晶体中（除萤石型）较少见。上述四个方程以（2）和（3）较合理。当然正确的判断必Ca 3 Yx F21 x2须用固溶体密度测定法来决定。(b) (1) Al 2 Mgx O3(2) Al 2 x Mg x O x (3) Cai x、F2 x (4)2.1. x-3-322.7 对于MgO AI2Q和CrzQ,其正、负离子半径比分别为0.47、0.36和0.40。 A

18、I2Q和Cr2O3形成连续固溶体。（a）这个结果可能吗？为什么？ （b）试预计，在 MgO Cr2O3系统中的固溶度是有限还是很大？为什么？解：（a） AI2Q与CrzQ有可能形成连续固溶体。因为: RlJ.40-。36Ri0.40=10%< 15%结构类型相同，均属刚玉型结构。（b）对于MgOCr2O3系统，由于结构类型相差较大，前者为 NaCl型，后者为刚玉型。虽然R1 R2 =0.47 0.4=14.89%<15%也不可能形成完全互溶的固溶体，而只能是有限固溶。Ri 0.472.8 Al 2Q在MgO将形成有限固溶体，在低共熔温度1995c时，约有18wt% AI2O溶入Mg

19、O中，MgOI位晶胞尺寸减小。试预计下列情况下密度的变化。（a） Al 3+为间隙离子，（b） Al3+为置换离子。解：（a） Al 3+为间隙离子:缺陷反应为：Al2O3-MgO-； 2AliW VMg3Oo(1)固溶式分子式:Mgl_3xAlxVMg|x(2)（b） Al3+为置换离子:缺陷反应为：Al 2O3 -MgO- 2Al Mg +VMg 3OO（3）固溶式分子式：Mg 3 Al x V 1 O1 xMgx（4）取100g试样为基准：（为摩尔数）mA. O = 一18一= 0.176 (m 为摩尔数)Al2O3MAl2O3102RMgk 82= -82- = 2.035M MgO

20、40.3.MgO中固溶18%wt的AlzQ后的分子式为：2.035 MgO 0.176 Al 2Q或 Mg.035Al 0.352 C2.563 (5)式各项除以 2.563 得 Mg.794 A10.137。(6)由（6）式得x=0.137代入（2） （4）式,对（a）有 Mg 3 Al 0.137 V 3 O1_.X0.137Mg- 0.137即 Mg）.794 A1 0.137 VMg o 206 O（b）有 MSP94 Al 0.137 VMg 0.069 O设：固溶前后晶胞体积不变，则密度变化为：P°.176M AI2O3 +2.°35M MgO0.176 m 1

21、02 +2.035 m 40.3 八 “c=0.968：Mg02.563M MgO2.563 40.3（PMgO，P'分别代表固溶前后密度）所以，固溶后的密度小于固溶前的密度。第三章熔体和非晶态固体3.1 说明熔体中聚合物形成过程？答：聚合物的形成是以硅氧四面体为基础单位，组成大小不同的聚合体。可分为三个阶段初期：石英的分化；中期：缩聚并伴随变形；后期：在一定时间和一定温度下，聚合和解聚达到平衡。3.3 名词解释（并比较其异同）答：晶子学说：玻璃内部是由无数“晶子”组成，微晶子是带有晶格变形的有序区域。它们分散在无定 形介中质，晶子向无定形部分过渡是逐渐完成时，二者没有明显界限。无规则

22、网络学说：凡是成为玻璃态的物质和相应的晶体结构一样，也是由一个三度空间网络所构成。这种 网络是由离子多面体（三角体或四面体）构筑起来的。晶体结构网是由多面体无数次有规律重复构成，而玻璃 中结构多面体的重复没有规律性。3.4 玻璃形成的条件形成热力学条件：玻璃与晶体的内能差值不大，内能差别愈小，玻璃愈难结晶，即愈容易生成玻璃。玻璃形成的动力学条件：避免析晶，过冷度大，冷却速度快，防止成核并变大。结晶化学条件：（1）键强；（2）键型：形成玻璃必须具有极性共价键或金属共价键。3.5 试用实验方法鉴别晶体 SiO2、SiO2玻璃、硅胶和 SiO2熔体。它们的结构有什么不同？答：利用X一射线检测。晶体S

23、iO2一质点在三维空间做有规律的排列，各向异性。SiO2熔体一内部结构为架状，近程有序，远程无序。SiO 2玻璃一各向同性。硅胶一疏松多孔。3.5 玻璃的组成是 13wt%Na。13wt%CaO 74wt%SiQ,计算桥氧分数？解：NaOCaOSiO2wt%131374mol0.210.231.23mol%12.613.873.6R=(12.6+13.8+73.6X 2)/ 73.6=2.39 Z=4 .1.X=2R- Z=2.39 X 2-4=0.72Y=ZX= 4 - 0.72=3.28氧桥 =3.28/ (3.28 X 0.5+0.72 )=69.5%3.7在SiO2中应加入多少N32O

24、,使玻璃的O/Si=2.5 ,此时析晶能力是增强还是削弱?解：设加入 x mol的N&O,而SiO2的量为y mol。则 O/Si= （x+2y） / y =2.5，x=y/2 即二者的物质量比为 1:2 时，O/Si=2.5。因为O/Si增加了，粘度下降，析晶能力增强了。3.9 试比较硅酸盐玻璃与硼酸盐玻璃在结构与性能上的差异。答：结构差异：硅酸盐玻璃：石英玻璃是硅酸盐玻璃的基础。石英玻璃是硅氧四面体SiO4以顶角相连而组成的三维架状结构。由于 Si-O-Si键角变动范围大，使石英玻璃中 SiO 4四面体排列成无规则网络结构。 SiO2是硅酸盐玻璃中的主要氧化物。硼酸盐玻璃：B和。交

25、替排列的平面六角环的 B-O集团是硼酸盐玻璃的重要基元，这些环通过 B O B链 连成三维网络。B2O3是网络形成剂。这种连环结构与石英玻璃硅氧四面体的不规则网络不同，任何O-B三角体的周围空间并不完全被临接的三角体所填充，两个原子接近的可能性较小。性能差异：硅酸盐玻璃：试剂和气体介质化学稳定性好、硬度高、生产方法简单等优点。硼酸盐玻璃：硼酸盐玻璃有某些优异的特性。例如：硼酊是唯一能用以制造有吸收慢中子的氧化物玻璃； 氧化硼玻璃的转化温度比硅酸盐玻璃低得多；硼对中子射线的灵敏度高，硼酸盐玻璃作为原子反应堆的窗口对 材料起屏蔽中子射线的作用。3.10 解释硼酸盐玻璃的硼反常现象？答：硼反常现象：

26、随着 Ns2O（R。含量的增加，桥氧数增大，热膨胀系数逐渐下降。当NaO含量达到15% 16%寸，桥氧又开始减少，热膨胀系数重新上升，这种反常现象就是硼反常现象。硼反常现象原因：当数量不多的碱金属氧化物同B2Q一起熔融时，碱金属所提供的氧不像熔融SiO2玻璃中作为非桥氧出现在结构中，而是使硼转变为由桥氧组成的硼氧四面体。致使B2Q玻璃从原来二度空间层状结构部分转变为三度空间的架状结构，从而加强了网络结构，并使玻璃的各种物理性能变好。这与相同条件下的硅 酸盐玻璃性能随碱金属或碱土金属加入量的变化规律相反。3.10 陶瓷的典型组织结构 包括三种相：晶体相（莫来石和石英）、玻璃相和气相3.11 氧化

27、铝瓷件中需要被银，已知 1000c 时ai2O3（s）=1.0 ¥0-3N/m,饮（l）=0.92 10-3N/m,於g （L） /ai2O3 s ）=1.77 »0-3N/m,问液态银能否湿润氧化铝瓷件表面？用什么方法改善它们之间的湿润性？ 解：由于 利=+扎vCOSB COV =-0.84 a 9 = 147> 90°液态银不能湿润氧化铝瓷件表面，但可以通过降低闻使其小于fv,从而达到湿润的目的。方法如下：加入一些金属降低 利。5.2 影响湿润的因素有那些？答： 固体表面粗糙度 当真实接触角8小于90。时，粗糙度越大，表面接触角越小，就越容易 湿润；当8

28、大于90。，则粗糙度越大，越不利于湿润。 吸附膜 吸附膜的存在使接触角增大，起着阻碍作用。第四章相平衡1.解释下列名词：解：一级相变：相变时两相化学势相等，但化学势的一级偏微商不相等。发生一级相变时有潜热和体积的变化；二级相变：相变时两相化学势相等，其一阶偏微商也相等，但二阶偏微商不相等。发生二级相变时无潜热和体积变化，只有热容量、膨胀系数和压缩系数的变化。介稳平衡：即热力学非平衡态，能量处于较高状态，经常出现于硅酸盐系统中。低共熔点：是一种无变量点，系统冷却时几种晶相同时从熔液中析出，或加热时同时融化。马鞍点：三元相图界线上温度最高点，同时又是二元系统温度的最低点。切线规则：将界线上某一点所

29、作的切线与相应的连线相交，如交点在连线上，则表示界线上该处具有共熔性质; 如交点在连线的延长线上，则表示界线上该处具有转熔性质，远离交点的晶相被回吸。三角形规则：原始熔体组成点所在副三角形的三个顶点表示的物质即为其结晶产物；与这三个物质相应的初初 晶区所包围的三元无变量点是其结晶结束点。重心规则：如无变点处于其相应副三角形的重心位，则该无变点为低共熔点：如无变点处于其相应副三角形的 交叉位，则该无变点为单转熔点；如无变点处于其相应副三角形的共轲位，则该无变点为双转熔点。4.具有不一致熔融二元化合物的二元相图图 10-12 (c)在低共熔点E发生如下析晶过程：LA+C,已知 E点的B含量为20%

30、化合物C的B含量为64%今有C,。两种配料，已知。中B含量是中B含量的1.5倍, 且在高温熔融冷却析晶时，从该二配料中析出的初相(即达到低共熔温度前析出的第一种晶体)含量相等。请计算C1, C2的组成。解：设C2中B含量为x,解得x = 17.31.5x-26则C中B含量为1.5x ,由题意得：20-x = 1.5X-2020 - 64-207.图10-24 (e)是具有双降升点的生成一个不一致熔融三元化合物的三元相图。 晶路程的各自特点， 并在图中用阴影标出析晶时可能发生穿相区的组成范围。组成点 的析晶路程。请分析1, 2, 3点的析 n在SC连线上，请分析它解：熔体1的析晶路程：嬉阳右！区

31、(期黄才己4 w +(助看乎知事也A+E Y3熔体2的析晶路程：熔体A =M 4月+ j- Rm 仃，月+E+ P- ltF-3P- 4 F-1晨工; 品皿取月+S +5消妁:三反3 N+ S+O品电容,12. A +S +C)上4+工丰U熔体3的析晶路程;塔律3 -T 3 月<月)一T J 4月+/)一、3 T曷.出战，应十义+解)1 PH.F琦p-4 F-iP7.F73H_Et 超右+ (凡必同叶消窕)一三45gT3,5 + (C) Xd, F/P- F-S-> .Irijln, £+ 0 + (£)1 ->13, S+ £+ ClP&

32、;F74F*。卬加11G第五章扩散7-14试从结构和能量的观点解释为什么D表面D晶面D晶内。解：固体表面质点在表面力作用下，导致表面质点的极化、变形、重排并引起原来的晶格畸变，表面结 构不同于内部，并使表面处于较高的能量状态。晶体的内部质点排列有周期性，每个质点力场是对称的，质点 在表面迁移所需活化能较晶体内部小，则相应的扩散系数大。同理，晶界上质点排列方式不同于内部，排列混 乱，存在着空位、位错等缺陷，使之处于应力畸变状态，具有较高能量，质点在晶界迁移所需的活化能较晶内 小，扩散系数大。但晶界上质点与晶体内部相比，由于晶界上质点受两个晶粒作用达到平衡态，处于某种过渡 的排列方式，其能量较晶体

33、表面质点低，质点迁移阻力较大因而D晶界D表面。第六章固相反应6-3比较杨德方程、金斯特林格方程优缺点及适应条件。解：两个方程都只适用稳定扩散的情况。杨德尔方程在反应初期具有很好的适应性，但杨氏模型中假设 球形颗粒截面始终不变。因而只适用反应初期转化率较低的情况。而金斯格林方程考虑了在反应进程中反应截 面面积随反应过程变化这一事实，因而金氏方程适用范围更广，可以适合反应初、中期。6-2固相反应模型1抛物线型速度方程平板模型；2杨德尔方程成体模型；3金斯特林格方程球体模型6-7试分析影响固相反应的主要因素。解：(1)反应物化学组成与结构的影响：反应物中质点作用力越大，反应能力越小；同一反应体系中，

34、固相反应速度与各反应物间的比例有关；矿化剂的特殊作用。(2)颗粒度和分布影响：粒径越小，反应速度越快；同一反应体系中由于物料尺寸不同，反应速度会属 于不同动力学范围控制；少量较大尺寸的颗粒存在会显著延缓反应过程的完成。(3)反应温度的影响：温度越高，质点热运动增强，反应能力和扩散能力增强。(4)压力、气氛的影响：两固相间的反应，增大压力有助颗粒的接触面积，加速物质传递过程，使反应 速度增加；对有液汽相参加的固相反应，提高压力不表现积极作用，甚至适得其反。(5)矿化剂的影响：晶格能越大，结构越完整和稳定，反应活性越低。加入矿化剂可以提高固相反应。6-8如果要合成镁铝尖晶石，可供选择的原料为MgC

35、G Mg(OH、MgO AI2Q 3屋。丫-Al 2Q、“-Al 2Q。从提高反应速率的角度出发，选择什么原料较好？请说明原因。解：应选用 MgCO Mg(OH)和Al 2O 3HO作原料较好。因为MgCO, Mg(OH在反应中可以发生热分解， Al 2O 3HO发生脱水反应和晶型转变，将获得具有较大 比表面和晶格缺陷的初生态或无定形物质从而提高了反应活性，加剧了固相反应的进行。第七章相变7-2什么叫相变？按照相变机理来划分，可分为哪些相变？解：相变是物质系统不同相之间的相互转变。按相变机理来分，可以分为扩散型相变和非扩散型相变和 半扩散型相变。依靠原子或离子长距离扩散进行的相变叫扩散型相变。

36、非扩散型型相变指原子或离子发生移动，但相对位移不超过原子间距。7-3分析发生固态相变时组分及过冷度变化相变驱动力的影响。解：相变驱动力是在相变温度下新旧相的体自由能之差(AQ)，而且AGr °是新相形成的必要条件。当两个组元混合形成固溶体时，混合后的体系的自由能会发生变化。可以通过自由能-成分曲线来确定其相变驱动力的大小。过冷度是相变临界温度与实际转变温度之差，相变形核的热力学条件是要有过冷度。已知驱动力4(竺)与过冷度AT之间的关系是：方,这进一步说明了形核的热力学条件。7-4马氏体相变具有什么特征？它和成核-生成相变有何差别？解：马氏体相变是替换原子经无扩散切变位移（均匀或不均匀

37、）并由此产生形状改变和表面浮凸、曾不变平面应变特征的一级形核、长大的相变。特征：具有剪切均匀整齐性、不发生原子扩散、相变速度快、相变有一定范围、有很大的切变型弹性应 变能。成核-生长过程中存在扩散相变，母相与晶相组成可相同可不同，转变速度较慢，无明显的开始和终了温度。7-9在纯液体平衡凝固温度 。以下，AG；临界相变势垒随温度下降而减小，于是有一个使热起伏活化因子exp（-%/上力为极大值的温度。试证明当T= T0/3时，exp（Y中冏有极大植。（提示：利用凡值一印八 表达式）4夕=16咤冲=A4解：由将/ 代入a“_16戊或16楠曾则一艾（年-工？ 令一1_则年二 :7二 2L,即求y的极值

38、，当 3时了 =。，即此时y有极大值。7 力 世故当 3时，exp （ k'T ）有极大值。密度为7.3g/cm3,熔点为1593 C,熔化热为11495J/mol ,固液界面能10C、100c时的临界晶核大小，并估计这些晶核分别由多少个晶胞所组7-13 铁的原子量为55.84 , 为2.04 X 10 5J/cm2,试求在过冷度为 成（已知铁为体心立方晶格，晶格常数a=0.305nm）。/=- NG广上4亓（力,则晶胞的个数为 34,解：由,7.3x10- U495x283 = _2 267x1o8.-门二J晶核体积为3,晶胞的体积为a当过冷度为10c时，将已知条件代入，得：/ =

39、_ 2x2.04x10 i 8xlQ.?2 2"m4x3 14x（18x10“）,则晶胞的个数为3xi；0.305xl0）5个当过冷度为100c时，将已知条件代入，得：= 2.98x10s jt = 2x2,04x10 1 775xlQ,；2 2三 111'm此时晶胞的个数为825x108个。7-14 熔体冷却结晶过程中， 在1000c时，单位体积自由烙变化 G418J/cm3;在900c时是2090J/cm3。设固液界面能-5X10 5J/cm2,求：（1）在900c和1000c时的临界晶核半径； （2）在900c和1000 c时进行相变所需的能量。解：（1）由题意可知,2

40、"父10 ' = 478x10*m = 0.47&im 20904182x5x10 5 = 239x10111 = 2.39nm(2)温度为900 c时,16* _ 16x3.14x(5x10-7ALtv =* 一3(g)3x(2090)= 324x10 出 j温度为1000 c时，16 瑰16x3,14x(5x10-)33x(418)= L19xlO*J7-17图7-1为晶核的半径与4G间的关系, 现有不同温度的三条曲线，请指出哪条温度最高？哪条温度最低？并说明理由。图7-16关系曲线解：晶核的半径相同时第八章烧结过程8-1名词解释:烧结 烧结温度泰曼温度液相烧结固

41、相烧结初次再结晶晶粒长大二次再结晶(1)烧结：粉末或压坯在低于主要组分熔点的温度下的热处理，目的在于通过颗粒间的冶金结合以提高其强度。2/3处的温（3）泰曼温度：固体晶格开始明显流动的温度，一般在固体熔点（绝对温度）的度。在煨烧时，固体粒子在塔曼温度之前主要是离子或分子沿晶体表面迁移，在晶格内部空间扩散（容积扩散） 和再结晶。而在塔曼温度以上，主要为烧结，结晶黏结长大。（7）晶粒长大：是指多晶体材料在高温保温过程中系统平均晶粒尺寸逐步上升的现象（8）二次再结晶：再结晶结束后正常长大被抑制而发生的少数晶粒异常长大的现象。8-2烧结推动力是什么？它可凭哪些方式推动物质的迁移，各适用于何种烧结机理？

42、解：推动力有：（1）粉状物料的表面能与多晶烧结体的晶界能的差值，烧结推动力与相变和化学反应的能量相比很小，因而不能自发进行，必须加热！（2）颗粒堆积后，有很多细小气孔弯曲表面由于表面张力而产生压力差，（3）表面能与颗粒之间形成的毛细管力。传质方式：（1）扩散（表面扩散、界面扩散、体积扩散）；（2）蒸发与凝聚；（3）溶解与沉淀；（4）黏滞流动和塑性流动等，一般烧结过程中各不同阶段有不同的传质机理，即烧结过程中往往有几种传质机理在 起作用。8-3下列过程中，哪一个能使烧结体强度增大，而不产生坯体宏观上的收缩？试说明理由。（1）蒸发冷凝；（2）体积扩散；（3）粘性流动；（4）晶界扩散；（5）表面扩散

43、；（6）溶解沉淀解：蒸发-凝聚机理（凝聚速率=颈部体积增加）烧结时颈部扩大，气孔形状改变，但双球之间中心距不变，因此坯体不发生收缩，密度不变。8-4什么是烧结过程？烧结过程分为哪三个阶段？各有何特点？解：烧结过程：粉末或压坯在低于主要组分熔点的温度下的热处理，目的在于通过颗粒间的粘结结合 以提高其强 度。烧结过程大致可以分为三个界线不十分明显的阶段。（1）液相流动与颗粒重排阶段：温度升高，出现足够量液相，固相颗粒在DP作用下重新排列，颗粒堆积更紧密；(2)固相溶解与再析出：接触点处高的局部应力?塑性变形和蠕变？颗粒进一步重排;(3)固相的的烧结：小颗粒接触点处被溶解较大颗粒或自由表面沉积晶粒长

44、大形状变化不断重排而致 密化。8-5烧结的模型有哪几种？各适用于哪些典型传质过程？解：粉体压块：蒸发一凝聚双球模型：有液相参与的粘性蠕变扩散Kingery和LSW :溶解-沉淀8-12在1500 C, MgOE常的晶粒长大期间，观察到晶体在 1h内从直径从1m长大到10m,在此 条件下，要得到直径20 dm的晶粒，需烧结多长时间？如已知晶界扩散活化能为 60kcal/mol，试计算在1600 c 下4h后晶粒的大小，为抑制晶粒长大，加入少量杂质，在 1600 C下保温4h ,晶粒大小又是多少？1）解：烧结数率常数和温度关系服从阿累尼乌斯方程:Ri其中：为常数，Q为晶界扩散活化能，在正常的晶粒长

45、大期间，晶粒直径与时间关系为:( 2)其中口。为£二0时晶粒的平均尺寸。在加入少量杂质时，晶粒直径与时间关系为：存 F*(3)在1500 C时，MgO正常生长时，由(2)有二99再由（1）有 , = 5789.5则在1500 c正常生长条件下，达到20机所需时间为：二4034，义、&0即（一三）在 1600 C 时RT = 122.83由（2） =。= 22.2阿 加入杂质后由（3）有。=7.9阿8-14在制造透明Al 203材料时，原始粉料粒度为 2 m,烧结至最高温度保温 0.5h ,测得晶粒尺寸10 m,试问若保温时间为 2h,晶粒尺寸多大？为抑制晶粒生长加入 0.1 %MgO此时若保温时间为 2h,晶粒又有 尺寸多大？解：由：一在此条件下保温21设直径为口则有：口二19.7偿即求加入少量的MgO寸：由：',J:-，”8-15在1500 C Al 2。正常晶粒生长期间，观察到晶体在 1h内从0.5科m直径长大到10 dmb如已知晶 界扩散活化能为 335kJ/mol ,试预测在1700 c下保温时间为 4h后，晶粒尺寸是多少？你估