无机材料科学基础习题三.doc

无机材料科学基础习题三问答与计算1、简述扩散、相变、固相反应与烧结推动力的具体表现形式。2、简述非计量化合物与固溶体的异同。3、Al2O3+SiO23Al2O32SiO2为扩散控制的固相反应，若活化能E=210kJ/mol，1400下反应1h反应完成10%，求1500反应4h反应速度（已知1（1G）1/32=kt，k=Aexp（E/RT）。4、简述硅酸晶体的结构分类特点，并写出O/Si的值。5、以晶体与玻璃为例，说明无机材料的组成、结构与硅酸之间的简要关系。6、已知熔体的密度d=2200kg/m3，表面张力为D=0.29N/m，大气压力是1.01105Pa。求在熔体深处20cm，形成=5108m的小气泡时，气泡内的最小压力值。7、比较高岭石与蒙脱石结构与特性异同。（7分）8、写出形成连续固溶体的条件。（8分）9、写出Fick定律的表达式，并说明什么是非稳定扩散。（10分）10、解释下列现象：在H+粘土中引入Ca（OH）2，开始在水系统中出现絮凝，随着Ca(OH)2引入量的增加，相继又解凝和再次絮凝。（10分）11、比较无规则网络学说和晶子学说的异同。（10分）12、计算Na2OCaOAl2O32SiO2和Na2OAl2O32SiO2的玻璃结构参数。（10分）13、在CaF2中引入0.2mol分数的YF3，测得晶胞参数ao=0.55nm，固溶体密度d=3.64g/cm3；已知MY=88.90，MCa=40.08，MF=19.00。试计算说明形成固溶体的类型。（10分）14、讨论烧结助剂对材料烧结的作用。（10分）15、分析液-固相变的推动力。（5分）16、（10、11中选做一题）（20分）图例说明低共熔点与转熔点的异同。17、如右图示的三元相图：（1）说明化合物D1、D2、D3、D4的性质。（2）分析E、F、G与H点的性质并写出相平衡方程。（3）分析熔体I的析晶过程。18、试简述形成连续置换型固溶体的条件是什么？19、已知某晶体的多晶转变式为相 相，转变的GV=418J/mol，900时为2090J/mol，并假设GV与温度之间呈线性关系。试计算（a）1025（b）850时的临界半径rk和GV。20、为了促进Al2O3材料的致密化，当加入0.0020.005molMgO作烧结助剂，其作用机理有三种观点：（a）MgO-Al2O3形成固溶体（写出固溶式）（b）MgO-Al2O3形成化合物（写出固相反应式）（c）MgO-Al2O3出现液相（读出温度）（1）请你根据MgO-Al2O3相图判断这3种观点是否正确，并说明这三种机理促进烧结的原因。（2）画出1700时的自由焓一组成曲线。21、有一个三元相图A-B-C。（a）标明各条界线的性质（共熔用单箭头，转熔用双箭头表示）。（b）写出E、F、G、H点的性质及相变式。（c）分析M点的析晶路程，写出刚达析晶结束点时各相含量。（d）如果冷却速率非常快，M点析晶路程将如何变化。答案1、扩散：化学位梯度，Fi=i/x 相变：GT.PO，分温度条件，压力条件及浓度条件 烧结：SVGB，即表面能与界面能之差2、非化学计量：形成与气氛及压力条件相关；可视为一种等价置换固溶体同一元素的不同价态间置换。 固溶体：有间隙与置换两种（概念）；溶解度影响因素。二者均是结构缺陷，为均相体系。3、解：（1）已知：t=1h， G=0.1 则：k=1（1G）1/32/t=a （2）k=A exp（E/RT） k1/k2=exp（）4、（1）按S：O4的连接方式分类，分成5类（2）岛状：O/Si=4/1 组群：O/Si=7/2、3/1 链状：O/Si=3/1、11/4 层状：O/Si=10/4 架状：O/Si=2/15、（1）玻璃的通性（2）晶体的通性（3）结构决定性质（4）成份与工艺决定微观结构（5）材料结构设计的概念6、解：（1）熔体静压1=hg =0.222009.81=4316.4Pa（2）附加压力=2/r=20.29/5108=1.16107Pa（3）总压（min）=P1+=117.04105Pa7、（1）二、三八面体 （2）层间结合力及其水化作用，层间取代 （3）层内取代8、（1）尺寸；（2）结构；（3）电价关系；（4）电负性及极化（各2pts）9、（1）J=DC=D（ic/+jc/y+kc/y）c/t=D（2c/x2+2c/y2+2c/y2） （6pts） （2）质点浓度随时间和位置而变化的扩散 4pts10、电位降升降的过程 变性11、（1）无规则网络：（a）似晶体的三维；（b）只是三维多面体的无规则重复 （2）晶子说：（a）“晶子”的组成变化；（b）“晶子”是晶格变形的，近序而远无序 （c）“晶子”在无定形介质P的逐步连续分布 （3）前者：微不匀和近序 后者：均匀性，连续性和无序 （4）共性：玻璃的近序与远无序无定形结构特征。12、解（1）Na2、CaO、Al2O3、SiO2 R=2 X=0 Y=4 Z=4 （2）Na2OCaOA12O32SiO2 R2O+RO/Al2O3=2 X=2RZ=224=0 Y=4 Z=413、解：（1）Ca1x Yx F2+x ：Ca0.8 Y0.2 F2.2 （2）Ca1xYxVCa：Ca0.7 Y0.2 F2得：1=3.659 2=3.346（g/cm3）填隙型S.S14、（1）S.S （2）Liquid （3）compound （4）preventing recrystallization （5）enlarge sintering temperature range15、（1）温度条件：过冷过热讨论，使G （2）浓度条件：，GC=