材料科学基础考点答案.pdf

1. 金属间化合物分类：电负性决定的原子价化合物、电子浓度决定的 电子化合物、原子尺寸决定的尺寸因素化合物。 2. 材料科学与工程四要素：组成与结构、使用性能、性质、合成与加 工。 3. 晶胞：是从晶体结构中取出来的反映晶体周期性和对称性的重复单 元。 4. 七大晶系、十四种布拉菲格子：三斜（简单三斜）、单斜（简单、 底心）、斜方（简单、体心、底心、面心）、三方（简单）、四方 （简单、体心）、六方（简单）、立方（简单、体心、面心）。 5. 晶面指数：结晶学中经常用（hkl）来表示一组平行晶面，称为晶 面指数。 晶向指数：用uvw来表示。 6.1mol离子晶体中的正负离子，由相互远离的气态结合成离子晶体时所 释放的能量。 7. 球体最紧密堆积原理：晶体中各离子间的相互结合，可以看作是球 体的堆积。按照晶体中质点的结合应遵循势能最低的原则，从球体 堆积的几何角度来看，球体堆积的密度越大，系统的势能越低，晶 体越稳定。 10. 晶体结构中正、负离子的配位数的大小由结构中正、负离子半径的 比值来决定。 11. 哥希密特结晶化学定律：晶体结构取决于其组成基元（原子、离子 或离子团）的数量关系、大小关系及极化性能。 12. 多晶转变分类：根据转变时速度快慢和晶体结构变化的不同，可将 多晶转变分为两类：位移性转变和重建性转变。位移性转变： 仅仅是结构畸变，转变前后结构差异小，转变时并不打开任何键或 改变最邻近的配位数，只是原子位置发生少许位移，使次级配位有 所改变。 重建性转变：不能简单地通过原子位移来实现，转变前后结构差异 大，必须破坏原子间的键，形成一个具有新键的结构。 13. 极化：在离子紧密堆积时，带电荷的离子所产生的电场，必然要对 另一个离子的电子云产生吸引或排斥作用，使之发生变形，这种现 象称为极化。 同质多晶：化学组成相同的物质，在不同的热力学条件下形成结构不 同的晶体的现象，称为同质多晶现象。 热释电性：热释电性是指某些像六方ZnS型的晶体，由于加热使整个晶 体温度变化，结果在与该晶体c轴垂直方向的一端出现正电荷，在相反 的一端出现负电荷的性质。（晶体的热释电性与晶体内部的自发极化有 关） 14. 硅酸盐晶体中SiO4四面体的五种结合方式：岛状、组群状、链 状、层状和架状。 15. 缺陷按其产生的原因分为：热缺陷、杂质缺陷、非化学计量缺陷、 电荷缺陷和辐照缺陷等。 热缺陷分类，各自特点：热缺陷包括弗伦克尔缺陷和肖特基缺陷。 弗伦克尔缺陷是质点离开正常格点后进入到晶格间隙位置，其特征是空 位和间隙质点成对出现。肖特基缺陷是质点由表面位置迁移到新表 面位置，在晶体表面形成新的一层，同时在晶体内部留下空位，其特征 是正负离子空位成比例出现。 16. 形成肖特基缺陷和弗伦克尔缺陷的一般规律：当晶体中剩余空隙比 较小，比如NaCl型结构，容易形成消极特缺陷；当晶体中剩余空隙 比较大时，如萤石CaF2型结构等，容易产生弗伦克尔缺陷。 17. 根据原子的滑移方向和位错线取向的几何特征不同，位错分为：刃 位错、螺位错和混合位错。 18. 刃位错、螺位错的定义、性质（与原子滑移方向的关系）：刃 位错：晶体已滑移部分和未滑移部分的交线犹如砍入晶体的一把刀 的刀刃，则成为刃位错。其几何特征是位错线与原子滑移方向（即 伯氏矢量b）相垂直；滑移面上部位错线周围原子受压应力作用， 原子间距小于正常晶格间距；滑移面下部位错线周围原子受张应力 作用，原子间距大于正常晶格间距。 螺位错：由于位错线周围的一组原子面形成了一个连续的螺旋形坡 面，故称为螺位错。其几何特征是位错线与原子滑移方向相平行；位错 线周围原子的配置是螺旋状的，几形成螺位错后，原来与位错线垂直的 晶面，变成以位错线i中心轴的螺旋面。 19. 位错应变能：位错使其周围点阵畸变，点阵能量增加，点阵所增加 的能量。包括两部分：位错核心能，在位错核心几个原子间距 r0=2|b|=2b以内的区域，滑移面两侧原子间的错排能即相当于 位错核心能。由于位错中心处原子位移太大，线弹性理论不适应， 不能采取连续介质模型，而需要借助于点阵模型直接考虑晶体结构 和原子间的相互作用。据估计，错排能约占位错能的1/10.弹性 应变能，在位错核心区以外，长程应力场作用范围所具有的能量， 约占位错能的9/10。 20. 位错能否发生反应，取决于两个条件：其一，必须满足伯氏矢量的 守恒性，即反应前后各位错的伯氏矢量之和相等， 其二，必须满足能量条件，即反应后各位错的总能量应低于反应前各 位错的总能量， 21. 小角度晶界：晶界的结构和性质与相邻晶粒的取向差有关，当取向 差0（10 015）时，称为小角度晶界； 0（10015）时，称为大角度晶界。 倾斜晶界：一个晶粒相对于另一个晶粒以平行于晶界的某轴线旋转一 定角度所形成的晶界称为倾斜晶界。 扭转晶界：一个晶粒相对于另一个晶粒以垂直于晶界的某轴线旋转一 定角度而形成的晶界称为扭转晶界。 小角度晶界的结构：倾斜晶界的结构 a、对称倾斜晶界 b、不对称 倾斜晶界 扭转晶界的结构 22. 固溶体分类：根据容止原子在基质晶体中所处位置分类 置换式 固溶体：亦称替代固溶体，其溶质原子位于点阵结点上，替代（置 换）了部分溶质原子。间隙式固溶体：亦称间隙型固溶体，其 溶质原子位于点阵的间隙中。 根据外来组元在基质晶体中的固溶度分类 有限固溶体（不连 续固溶体、部分互溶固溶体）：有限固溶体固溶度小于100%。无限 固溶体（连续固溶体、完全互溶固溶体）：由两个（或多个）晶体机构 相同的组元形成，任一组元的成分范围均为0100%。 23. 伯格斯矢量：表明晶体中有位错存在时，滑移面一侧质点相对于另 一侧质点的相对位移或畸变。 固溶体：将外来组元引入晶体结构，占据基质晶体质点位置或间隙位 置的一部分，仍保持一个晶相，这种晶体称为固溶体。 非化学计量化学物：按照化学中定比定律，化合物中的不同原子的数 量要保持固定的比例，但在实际的化合物中，有一些化合物并不符合定 比定律，其中负离子与正离子的比例并不是固定的比例关系，这些化合 物称为非化学计量化合物。 24. 熔体聚合物理论：熔体中聚合物的形成可分为三个阶段。初期：熔 体的分化；中期：缩聚并伴随着变形；后期：在一定时间和一定温 度下，缩聚-分化达到平衡。产物中有低聚物、高聚物、三维晶格 碎片以及游离碱、吸附物，最后得到的熔体是不同聚合程度的各种 聚合体的混合物，构成熔体结构。聚合物的种类、大小和数量随着 熔体的组成和温度而变化。这就是熔体结构聚合物理论。 25. 粘度：指单位接触面积、单位速度梯度下两层液体间的内摩擦力。 粘度单位是Pas 影响熔体粘度的主要因素：温度和化学组 成。 26. 硼反常现象：当数量不多的碱金属氧化物同三氧化二硼一起熔融 时，碱金属所提供的氧不像熔融二氧化硅玻璃中作为非桥氧出现在 结构中，而是使硼氧三角体转变为由桥氧组成的硼氧四面体致使三 氧化二硼玻璃从原来二度空间的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相比，其性能随碱金属或碱土金属加入 量的变化规律相反，所以称之为硼反常反应。 27. 表面张力：作用于表面单位长度上与表面相切的力，单位是N/m。 表面能：通常将在熔体与另一接触的相界面上（一般另一相指空气）， 在恒温、恒压条件下增加一个单位表面积时所做的功，称为比表面能， 简称表面能，单位为J/m 。简化后其因次为N/m。 28.晶格能和表面张力的关系：结构类型相同的离子晶体，晶格能越 大，熔体表面张力越大；单位晶体边长越小熔体表面张力越大。（熔体 内部质点相互作用力越大，表面张力越大） 29.润湿是一种流体从固体表面置换另一种流体的过程。三种类型：沾 湿，浸湿，铺展。 30.=90作为润湿和不润湿的界限，小于90，可润湿；大于90，不 可。 31.相：系统中具有相同物理与化学性质的完全均匀部分的在总和。相 界面：相与相之间有界面。 32.组元：系统中每一个能单独分离出来并能独立存在的化学物质。独 立组元：足以表示形成平衡系统中各相组成中所需要的最少数目的物质 （组元）。 33.相律的数学表达式：F=C-P+n（只考虑温度和压力，n=2，即F=C- P+2）系统中组分数C越多，则自由度数F越大；相数P越多，自由度数 F越小；自由度为零时，相数最大，相数最小时，自由度最大。 34 35. SiO2重建性转变破坏原有结构，转变速度慢，体积变化大，由晶体 表面向内部进行；位移性转变转变速度快，可逆，与晶体内部发生。 36. 37.不一致熔融化合物是一种不稳定的化合物，加热到一定温度分解， 分解产物是一种液相一种晶相，二者组成与原来化合物完全不同（只能 在固态中存在）。 38. 39.熔体冷却析晶过程规律 ：冷却时从液相中首先析出初晶区所对应的 那种晶体，在初晶相析出过程中，液相组成点的路线遵守背向线规则； 冷却过程中系统的总组成点在投影图上位置始终不变，系统的总组成 点，液相组成点和固相组成点始终在一条直线上，形成杠杆；三元低共 熔点一定是结晶的结束点。 40.三角形规则：原始熔体组成点所在三角形的三个顶点表示的物质即 为其结晶产物，与这三个物质对应的初晶区所包围的无变量点是其结晶 结束点。 41：判断一致和不一致熔融化合物的方法：不论二元或三元化合物，其 组成点在自己的初晶区内的，是一致熔融化合物；组成点在自己的初晶 区外的，是不一致熔融化合物。 42. 共熔界线-转熔界线：通过界线上各店作切线与俩相应晶相组成点 的连线相交，如果交点都在连线之内就是共熔界线，如果交点在连 线之外，为转熔界线。 43.低共熔点：若无变量点处于相应的副三角形内的重心位置。 单转熔点：之外，则为转熔点，而且在交叉位子的是单转熔点。 双转熔点：在共轭位置。 44.转熔点不一定是结晶结束点。低共熔点一定是结晶结束点。 45.判断过渡点的方法：如果无变量点周围三个初晶区所对应的晶相组 成点在一条直线上，无变量点没有对应的副三角形，该无变量点便是过 渡点。 47解：透闪石双链结构，链内的Si-O键要比链间的Ca-O、Mg-O键强很 多，所以很容易沿链间结合力较弱处劈裂成为纤维状；滑石复网层结 构，复网层由两个SiO4层和中间的水镁石层结构构成，复网层与复网 层之间靠教弱的分之间作用力联系，因分子间力弱，所以易沿分子间力 联系处解理成片状。 48解：（1）Al3+可与O2-形成AlO45-；Al3+与Si4+处于第二周期，性质类 似，易于进入硅酸盐晶体结构中与Si4+发生同晶取代，由于遵循鲍林规 则，所以只能部分取代；（2）Al3+置换Si4+是部分取代，Al3+取代 Si4+时，结构单元AlSiO4ASiO5，失去了电中性，有过剩的负电荷，为 了保持电中性，将有一些半径较大而电荷较低的阳离子如K+、Ca2+、 Ba2+进入结构中；（3）设Al3+置换了一半的Si4+，则O2-与一个Si4+一个 Al3+相连，阳离子静电键强度=3/41+4/41=7/4，O2-电荷数为-2，二者 相差为1/4，若取代超过一半，二者相差必然1/4，造成结构不稳定。 49说明下列符号的含义：VNa，VNa，VCl，（VNaVCl），CaK， CaCa，Cai 解：钠原子空位；钠离子空位，带一个单位负电荷；氯离子空位，带一 个单位正电荷；最邻近的Na+空位、Cl-空位形成的缔合中心；Ca2+占据K. 位置，带一个单位正电荷；Ca原子位于Ca原子位置上；Ca2+处于晶格间 隙位置。 50写出下列缺陷反应式：（l）NaCl溶入CaCl2中形成空位型固溶体； （2）CaCl2溶入NaCl中形成空位型固溶体；（3）NaCl形成肖特基缺陷； （4）Agl形成弗伦克尔缺陷（Ag+进入间隙）。（5）NaF加入YF3中形成 间隙型固溶体 解：（1）NaCl NaCa+ClCl+VCl （2）CaCl2 CaNa+2ClCl+VNa （3）O VNa+VCl （4）AgAg VAg+Agi （5）3NaF YF3 NaY +3F+2Nai 51什么是肖特基缺陷、弗兰克尔缺陷？他们属于何种缺陷，发生缺陷时 位置数是否发生变化。 肖特基缺陷：晶体结构基元，从正常的位置结点位置上移到晶体表面而 正常位置出现了空位 弗兰克尔缺陷：晶体结构基元，从正常的位置结点位置上移到晶体的间 隙位置上，而正常位置出现了空位。 都属于热缺陷，肖特基缺陷：位置数增加，体积增大。弗兰克尔缺陷： 位置数不增大，体积不增大。 52非化学计量化合物FexO中，Fe3+Fe2+0.1，求FexO中的空位浓度及x 值。（答：2.25105；0.956） 解：Fe2O3 2FeFe+3OO+VFe y 2y y Fe3+2yFe2+1-3yO， X=1-y=1-0.044=0.956,Fe0.956O VFe= =2.2510-2 53.MgO晶体的肖特基缺陷生成能为84kJ/mol，计算该晶体1000K和1500K 的缺陷浓度。（答：6.4103，3.5102） 解：n/N=exp（-E/2RT），R=8.314，T=1000k：n/N=6.410-3； T=1500k：n/N=3.510-2。 54.在MgOAl2O3和PbTiO3PbZrO3中哪一对形成有限固溶体，哪一对形 成无限固溶体，为什么？ 解：MgO-AL2O3： ，即rMg、rAl半径相差大，MgO（NaCl型）、AL2O3（刚玉）结构类型差 别大，形成有限固溶体； PbTiO3-PbZrO3形成无限固溶体，因为尽管Ti4+、Zr4+半径相差较大 （15.28）,但都是（ABO3）钙钛矿型结构，Ti4+、Zr4+都填充八面体空 隙，该空隙体积较大，可填入的阳离子的半径r值可在一定范围内变 化，而不至于使结构变化。 56.一块金黄色的人造黄玉，化学分析结果认为，是在Al2O3中添加了 0.5mol%NiO和.02mol% Cr2O3。试写出缺陷反应方程（置换型）及化学 式。 解：NiO和Cr2O3固溶入Al2O3的缺陷反应为： 2NiO 2 + +2OO Cr2O3 取1mol试样为基准，则 m 0.005 ； m 0.0002 ； m 10.0050.00020.9948 2NiO 2Al2 O3 Cr2 O3 Al2 O3 取代前Al2O3所占晶格为： 0.99480.005/20.00020.9975mol (Al2O3) 取代后各组分所占晶格分别为： Al2O3： mol NiO： mol Cr2 O3： mol 取代后，固溶体的分子式为： 0.9973 Al2O30.005 NiO 0.0002 Cr2 O3 或Al1.9946Ni 0.005Cr0.0004 O2.9975 57.ZnO是六方晶系，a=0.3242nm，c=0.5195nm，每个晶胞中含2个ZnO分 子，测得晶体密度分别为5.74，5.606 g/cm3，求这两种情况下各产生什 么型式的固溶体？ 解：六方晶系的晶胞体积 V= = =4.73 cm3 在两种密度下晶胞的重量分别为 W1=d1v=5.744.7310-23=2.7210-22(g) W2=d2v=5.6064.7310-23=2.6510-22(g) 理论上单位晶胞重 W= =2.69 (g) 密度是d1时为间隙型固溶体，是d2时为置换型固溶体。 58.Al2O3在MgO中形成有限固溶体，在低共熔温度 1995时约有18wtAl2O3溶入MgO中，假设MgO 单位晶胞尺寸变化可忽略不计。试预计下列情况的 密度变化。1）Al3+为填隙离子；2）Al3+为置换离 子。 解：（a）Al3+为填隙离子： 缺陷反应为： （1） 固溶式分子式： （b）Al3+为置换离子： 缺陷反应为： （2） 固溶式分子式： （3） 取100g试样为基准：（为摩尔数） （m为摩尔数） MgO中固溶18%wt的Al2O3后的分子式为： 2.035MgO0.176Al2O3或Mg2.035Al0.352O2.563（4） （4）式各项除以2.563得Mg0.794Al0.137O（5） 由（5）式得x=0.137代入（2）（3）式， 对（a）有 即 （b）有 设：固溶前后晶胞体积不变，则密度变化为： （ ， 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。 59.对硫铁矿进行化学分析：按分析数据的Fe/S计 算，得出两种可能的成分：Fe1-xS和FeS1-x，前者 意味着是Fe空位的缺陷结构，后者是Fe被置换。设 想用一种实验方法以确定该矿物究竟属哪一类成 分？ 解：Fe1-xS中存在Fe空位， 非化学计量，存在hP型半导体；FeS1-x中金属离子过剩，存在S2-空 位，存在 N型半导体；因Fe1-xS、FeS1-x分属不同类型半导体，通过实验确定其半 导体性质即可。 60. 说明为什么只有置换型固溶体的两个组分之间才能相互完全溶解， 而填隙型固溶体则不能。 解：（1）晶体中间隙位置是有限的，容纳杂质质点能力10%；（2）间 隙式固溶体的生成，一般都使晶格常数增大，增加到一定的程度，使晶 格变得不稳定而离解；置换固溶体形成是同号离子交换位置，不会对接 产生影响，所以可形成连续固溶体。 61. 试述影响置换型固溶体的固溶度的条件 1.从晶体稳定性考虑，相互替代的离子尺寸愈相近，则固溶体愈稳定。 若以r1和r2分别代表半径大和半径小的两种离子的半径。当它们半径差 30%时，不能形成固溶体。 2、晶体的结构类型 形成连续固溶体的两个组分必须具有完全相同的 晶体结构。结构不同最多只能生成有限固溶体。 3、离子的电价因素 只有离子价相同或复合替代离子价总和相同时， 才可能形成连续置换型固溶体。 4、电负性因素 电负性相近，有利于固溶体的生成。 62.非化学计量化合物与无限固溶体的异同。 共同点：（1）都属于晶体结构中缺陷中的点缺陷。（2）相组成均为均 匀单相 不同点：（1）形成原因不同，非化学计量化合物由气氛性质和压力变 化引起，而无限无限固溶体则由参杂溶解引起。（2）形成条件不同， 前者只有价态元素氧化物在氧化和还原气氛中才能形成，而后者则需满 足离子半径和电负性差值较小，保持电中性，结构相同条件形成。 （3）组成范围不同，前者组成变化范围小而后者可以在整个范围内变 化。 63.形成间隙固溶体的条件 （1） 杂质质点大小 添加原子越小，易形成固溶体。 （2） 晶体结构 基质晶体中空隙越大，结构越疏松，易形成固溶体。 （3） 电价因素 外来杂质原子进入间隙时，引起电价的不平衡，但必 须保持电价的平衡。通过生成空位，来稳定价态。容纳杂质的能力 10%。 64.非化学计量缺陷的浓度与周围气氛的性质、压力大小相关，如果增 大周围氧气的分压非化学计量化合物Fe1-xO及Zn1+xO的密度将发生怎 么样的变化？增大还是减小？为什么？ 解：Zn（g） Zni+e Zn（g）+1/2O2=ZnO Zni+e+1/2O2 ZnO ZnO=e PO2 Zni O2（g） OO+VFe+2h k=OOVFeh/PO21/2=4OOVFe3/PO21/2 VFePO2-1/6， PO2 VFe 65.用0.2mol YF3加入CaF2中形成固溶体，实验测得固溶体的晶胞参数 a=0.55nm，测得固溶体密度=3.64g/cm3，试计算说明固溶体的类型？ （元素的相对原子质量：Y=88.90；Ca=40.08；F=19.00） 解：YF3加入CaF2的缺陷反应方程如下： YF3 Y +F +2FF (1) 2YF3 2Y +V +6FF (2) 方程（1）和（2）的固溶式：(1)Ca1-xYxF2+x (2) Ca(1-3/2x)YxF2 按题意x=0.2代入上述固溶式得：间隙型固溶体分子式为Ca0.8Y0.2F22 置换型固溶体分子式为Ca0.7Y0.2F2；它们的密度分别设为1和2。 CaF2是萤石型晶体，单位晶胞内含有4个萤石分子。 1= =3.659（g/cm3） 2= =3.346（g/cm3） 由1与2计算值与实测密度=3.64g/cm3比较，1值接近3.64g/cm3， 因此0.2mol YF3加入CaF2中形成间隙型固溶体。 66.对于MgO、Al2O3和Cr2O3，其正、负离子半径比分别为0.47、0.36和 0.40，则Al2O3和Al2O3形成连续固溶体。（1）这个结果可能吗？为什 么？（2）试预计，在MgOCr2O3系统中的固溶度是有限的还是无限 的？为什么？ 解：（1）Al2O3与Cr2O3能形成连续固溶体， 原因：1）结构内型相同，同属于刚玉结构。 2） （2）MgO与Cr2O3的固溶度为有限 原因:结构类型不同MgO属于NaCl型结构，Cr2O3属刚玉结构。 虽然 也不可能形成连续固溶体。 67.解：（1）对于置换式固溶体有 x=0.15，1-x=0.85，2-x=1.85，所 以置换式固溶体化学式Ca0.15Zr0.85O1.85。有因为ZrO2属于萤 石结构，晶胞分子数Z=4，晶胞中有Ca2+、Zr4+、O2-三种质点。 晶胞质量 d置 = =5.565g/cm3 对于间隙固溶体，其化学式Ca2yZr1-yO2，与已知 组成Ca0.15Zr0.85O1.85相比，O2-不同， Ca0.15Zr0.85O1.85 Ca0.152/1.85Zr0.3/1.85O2 间隙式固溶体化学式Ca0.32/1.85Zr1.7/1.85O2 晶胞质量 d间= =6.014g/cm3，由此可判断生成的是置换型固溶 体。 68.试述微晶学说与无规则网络学说的主要观点，并比较两种学说在解 释玻璃结构上的共同点和分歧。 解：微晶学说：玻璃结构是一种不连续的原子集合体，即无数“晶 子”分散在无定形介质中；“晶子”的化学性质和数量取决于玻璃的化 学组成，可以是独立原子团或一定组成的化合物和固溶体等微晶多相 体，与该玻璃物系的相平衡有关；“晶子”不同于一般微晶，而是带有 晶格极度变形的微小有序区域，在“晶子”中心质点排列较有规律，愈 远离中心则变形程度愈大；从“晶子”部分到无定形部分的过渡是逐步 完成的，两者之间无明显界限。无规则网络学说：玻璃的结构与相应的 晶体结构相似，同样形成连续的三维空间网络结构。但玻璃的网络与晶 体的网络不同，玻璃的网络是不规则的、非周期性的，因此玻璃的内能 比晶体的内能要大。由于玻璃的强度与晶体的强度属于同一个数量级， 玻璃的内能与相应晶体的内能相差并不多，因此它们的结构单元（四面 体或三角体）应是相同的，不同之处在与排列的周期性。微晶学说强调 了玻璃结构的不均匀性、不连续性及有序性等方面特征，成功地解释了 玻璃折射率在加热过程中的突变现象。网络学说强调了玻璃中离子与多 面体相互间排列的均匀性、连续性及无序性等方面结构特征。 69.解：网络变体 Na2O CaO K2O BaO 中间体 Al2O3 网络形成体 SiO2 B2O3 P2O5 70.解释硼酸盐玻璃的硼反常现象？ 解：硼反常现象：随着Na2O（R2O）含量的增加，桥氧数增大，热膨胀 系数逐渐下降。当Na2O含量达到15%16%时，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B2O3一起熔融时，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B2O3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。 71.一般说来，同一种物质，其固体的表面能要比液体的表面能大，试 说明原因。 解：同一种物质，其液体固体的表面结构不同，液体分子可自由移动， 总是通过形成球形表面来降低其表面能；固体则不能，固体质点不能自 由移动，只能通过表面质点的极化、变形、重排来降低系统的表面能， 固体表面处于高能量状态（由于表面力的存在）。 72.什么是吸附和粘附？当用焊锡来焊接铜丝时，用挫刀除去表面层， 可使焊接更加牢固，请解释这种现象？ 解：吸附：固体表面力场与被吸附分子发生的力场相互作用的结果，发 生在固体表面上，分物理吸附和化学吸附；粘附：指两个发生接触的表 面之间的吸引，发生在固液界面上；铜丝放在空气中，其表面层被吸附 膜（氧化膜）所覆盖，焊锡焊接铜丝时，只是将吸附膜粘在一起，锡与 吸附膜粘附的粘附功小，锉刀除去表面层露出真正铜丝表面（去掉氧化 膜），锡与铜相似材料粘附很牢固。 73. 影响湿润的因素有那些？ 解： 固体表面粗糙度 当真实接触角小于90时，粗糙度越大， 表面接触角越小，就越容易湿润；当大于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。 74.说明晶界能总小于两个相邻晶粒的表面能之和的原因。 答：所需要的能量称为界面能。表面能和界面能的本质是处在表面或界 面上的质点受到不对称力场作用，与晶体内部质点相比具有较高的能 量。晶粒的表面能指晶粒与气相接触，界面能通常指两个晶粒相接触。 两个相邻晶粒的表面层上的原子间的相互作用是很强的，可以认为晶界 上的原子或离子周围形成了一个变形的配位球，降低了部分不对称力 场。显然，晶粒与气相接触时，表面质点受到力场的不对称性远远大于 两个晶粒相接触时。因此，界面能总是小于相邻二个晶粒表面能之和。 试说明晶界能总小于两个相邻晶粒的表面能之和的原因。 75.固体硫有两种晶型，即单斜硫、斜方硫，因此，硫系统可能有四个 相，如果某人实验得到这四个相平衡共存，试判断这个实验有无问题？ 解：有问题，根据相律，F=C-P+2=1-P+2=3-P，系统平衡时，F=0，则 P=3，硫系统只能是三相平衡系统。 76、 纯物质在任意指定温度下，固液气三相可以平衡共存，请用相率 说明这个结论是否正确？举例说明。 不正确。应为g l s 三相平衡时相率为F=C-P+2其中C=1 P=3 F=0，温度 压力均不能变化。这时不能指定温度 例如：水在0度时三相共存，温度 一变固液气三相就不平衡了。所以温度不能任意指定。 77.图6-2是具有多晶转变的某物质的相图，其中DEF线是熔体的蒸发曲 线。KE是晶型I的升华曲线；GF是晶型II的升华曲线；JG是晶型III的升 华曲线，回答下列问题：（1）在图中标明各相的相区，并写出图中各 无变量点的相平衡关系；（2）系统中哪种晶型为稳定相？哪种晶型为 介稳相？（3）各晶型之间的转变是可逆转变还是不可逆转变？ 解：（1）KEC为晶型的相区，EFBC过冷液体的介稳区，AGFB晶型的 介稳区，JGA晶型的介稳区，CED是液相区，KED是气相区；（2）晶型 为稳定相，晶型、为介稳相；因为晶型、的蒸汽压高于晶型 的，即它们的自由能较高，有自发转变为自由能较低的晶型的趋 势；（3）晶型转变为晶型、是单向的，不可逆的，多晶转变点 的温度高于两种晶型的熔点；晶型、之间的转变是可逆的，双向 的，多晶转变点温度低于、的熔点。 78.根据图回答下列问题：（1）说明化合物S的熔融性质，并分析相图 中各界线上温度变化的方向以及界线和无变量点的性质；（2）写出组 成点为1、2、3及4各熔体的冷却结晶过程；（3）分别将组成为5和组成 为6的物系，在平衡的条件下加热到完全熔融，说明其固液相组成的变 化途径。 解：（1）化合物S为不一致熔融三元化合物； P1E 低共熔界线 L C+S 界限 P2E 低共熔界线 L B+S P1P2 转熔界线 L+A S 无变量点E为低共熔点 L C+S+B P1 单转熔点 L+A C+S P2单转 熔点L+A B+S (2)1点 冷却结晶过程 1在 ASC中 生成A S C ,在P1点结束. 液相：1 L A a L