无机材料科学基础期末复习资料.pdf

未经允许不许在网络传播 1 二次再结晶过程对材料性能有何影响 工艺上如何防止或延缓二次再结晶的发生 由于二次再结晶时气孔会被封闭在大晶粒内难以排除 从而导致烧结体结构疏松 性能 下降 因此 在一般的陶瓷和硅酸盐耐火材料生产中应将二次再结晶限制到最小程度 工艺上可以通过控制温度来控制晶界移动速度 最有效的措施就是引入适当的添加剂 以减缓晶界的移动速度 使气孔及时沿晶界排出 从而防止或延缓二次再结晶的发生 实际生产中为避免产生二次再结晶可以从以下几方面控制 1 合理选择原料的细度 提高粉料粒度的均匀性 减小产生大颗粒的可能性 2 在烧结体达到一定的体积密度以前 应用控制温度来防止晶界移动速率 3 防止的最好方法是 引入适当的外加剂 它能抑 制晶界迁移 有效地加速气孔的排除 2 表面张力 即将表面增大一个单位长度所需要的力 表面能 即将表面增大一个单位面积所需作的功 或者是每增加单位表面积时 体系自由 焓的增量 3 在过冷溶液中形成一个边长为 a 的立方体晶核时 晶核的临界立方体边长ak 和临界自由 焓 k G 和球形晶核比较 根据题意有根据题意有 23 6aGaG V 由0122 2 aGa a G V 得 V k G a 4 则 2 3 32 V k G G 而晶核为球形时 2 3 16 V k G G 故形成立方晶核是的临界自由焓大 4 烧结推动力 粉状物料的表面能大于多晶烧结体的界面能 晶粒生长推动力 晶界过剩的自由能 烧结推动力 晶界生长推动力 5 固相反应扩散动力学过程的抛物线方程 杨德尔方程和金丝特林格方程类型及类型 方程模型类型 抛物线方程 ktx2 平板模型 稳定扩散 金属氧化等反应截面不随时间变化的 平板模型推导出的固相反应系统 杨德尔方程tkG J 2 3 1 11球体模型 稳定扩散 反应截面随时间变化 粉状物料 球形颗粒料 在反应初期 金丝特林格方程 tkGG G 3 2 1 3 2 1 球体模型 似稳定扩散 反应截面随时间变化 粉状物料 球形颗粒料 稳定扩散的固相 反应系统的全过程 未经允许不许在网络传播 6 加入高价阳离子杂质 本征扩散与非本征扩散曲线转折点升高 转折点上移是因为在晶体中加入杂质离子后 杂质空位浓度增加 7 氧化硼对硅酸盐熔体粘度有何影响 硼反常现象 A 当 B2O3 含量较少时 即 R2O B2O3 1 结构中 游离 氧充足 B3 离子处于 BO4 四面体状态加入到 SiO4 四面体网络 使结构紧密 粘度随含量升高而 增加 B R2O B2O3 1 时 B2O3 含量约为 15 mol B 离子形成 BO4 最多 粘度达到最高点 C 含量继续增加 粘度又逐步下降 这是由于较多量的 B2O3 引入使 R2O B2O3 1 游离 氧不足 增加的 B3 开始处于 BO3 中 结构趋于疏松 粘度下 降 这种由于 B3 配位数变化引起粘度出现转折的现象 称为 硼反常现象 8 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 固相反应 是指纯固态物质之间通过反应直接产生反应物的过程 9 液相烧结 烧结温度高于被烧结体中熔点低的组分从而有液相出现的烧结 固相烧结 在固态状态下进行的烧结 10 均匀成核 晶核从均匀的单相熔体中形成的概率处处相等 非均匀成核 借助于表面 界面 微粒裂纹 器壁以及各种催化位置等而形成晶核的过程 11 配位数 晶体结构中与一个离子直接相邻的异号离子数 配位多面体 晶体结构中与某一个阳离子直接相邻 形成配位关系的各个阴离子中心连线 所构成的多面体 12 荧石型 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 反荧石型 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 13 固溶体 在固态条件下 一种组分 溶剂 内 溶解了 其他组分 溶质 而形成单一 均匀的晶态固体称为固溶体 非计量化合物 正负离子的比例不是一个简单的固定比例关系的化合物 14 本征扩散 由热起伏产生的点缺陷作为迁移载体的扩散 非本征扩散 由杂质的不等价值置换产生的点缺点作为迁移载体的扩散 15 类质同晶 物质结晶时 其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 呈单一相的晶体 不引起键性和晶体结构变化的现 象 同质多晶 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 16 泥浆的胶溶 在泥浆中加入适量的电解质 粘土质点在泥浆中充分分散 粘度降低 流 动性增加的现象 泥浆的絮凝 继续增加电解质 粘土粒子互相聚集 粘度增加的现象 17 影响扩散系数的因素 内因 晶体结构 化学键 扩散介质 结构缺陷 外因 温度 杂质 气氛 18 在硅酸盐熔体中加入氧化铝和氧化硼后熔体的粘度如何变化 未经允许不许在网络传播 时 黏度降低当 时 黏度最大 时 黏度提高 当 当 时 黏度降低时 黏度提高 当 当 1OB OR 1OB OR1OB OROB 1OAl OR1OAl OROAl 322 32232232 32232232 19 烧结时 晶界遇到杂物时会出现几种情况 1 晶界能量较小 晶界移动被杂质或气孔所阻挡 晶粒正常长大停止 2 晶界具有一定的能量 晶界带动杂质或气孔继续移动 这时气孔利用晶界的快速通道排除 坯体不断致密 3 晶界能量大 晶界越过杂质或气孔 把气孔包裹在晶粒内部 由于气孔脱离晶界 再不能 利用晶界这样的快速通道排除 使烧结停止 致密度不再增加 这将出现二次再结晶现象 从实现致密化目的考虑 晶界应按第二种情况移动 控制晶界的能量以增加致密度 在烧结中 后期 应控制烧结升温速度 使晶界带动气孔以正常速度运动 使气孔保持在晶界上 并以晶界 作为空位传递的快速通道而迅速汇集或消失 当达到 Db VV 时 应适当保温 避免出现 Db VV 的情况 20 纯固相烧结在热力学上有何特点 为何固相反应有气体或者液体参加时 范特霍夫规则 就不适用了 一切实际可以进行的纯固相反应 几乎总是放热的 这一规律性的现象称为范特霍夫规则 因为纯固相反应的熵变 S 往往很小以致趋于零 故反应自由焓变化HG 而纯固相 反应发生的热力学必要条件是G 即H 反应放热 对于有气相或液相参与的 反应 S 可以变得很大 因此规则不再适用 21 等径球体立方紧密堆积时 其密排面和堆积方式是 近似密排面平行于 111 面作 ABAB 堆积 面心立方结构 22 等径球体作六方密堆时 其密排面和堆积方式是 平行于 0001 面 六方底心格子 23 化学式为 K AlSi3O3 Ca Al2Si2O8 的硅酸盐晶体结构为架状 24 黏土吸附下列阳离子后 1 H 2 Li 3 K 4 Ba 5 Al 电位高低次 序为Li K Ba2 Al3 H 25 氧紧密堆积的面心立方结构中 获得稳定结构 填充全部的四面体空隙所需的正离子的 电价为1 26 R2O SiO2系统中 当 O Si 比值低时 碱金属氧化物降低熔体的粘度能力是 此时OR2中 随 次序递减 很大时 黏度按次序增加 当 黏度按 键消弱能力增加 因此间间的键强增加 它对半径减小 OK ONaOLiSi OOKONaOLi O SiSiOSiOR 2 22222 44 若液相不能润湿固相 改善润湿性的最有效的措施是 1 降低 SL 2 去除固体表面吸附 膜 提高 SV 3 改变粗造度 当真实接触角 90 粗造度愈大愈不利润湿 27 成核生长型相变 晶核形成速率的最大值对应的过冷度 晶体成长速率最大值对应的过 未经允许不许在网络传播 冷度两者的关系是晶体生长速率与过冷度的关系和晶核形成速率与过冷度关系相似 只是 晶体生长速率的最大值所对应的过冷度叫晶核形成速率的最大值对应的过冷度更小而已 28 离子型化合物 表面扩散活化能 Qs 晶界扩散活化能 Qg 晶格内扩散活化能 Qb三者关 系是Qb Qg Qs 29 扩散传质产生的原因是 空位浓度差 30 非化学计量化合物Fe1 xO是在什么条件下形成的 试推导出缺陷浓度和氧分压 Po2 的关系 在Fe1 xO中 若 Fe3 Fe2 为 0 1 求 Fe1 xO 中的空位浓度 解 非化学计量化合物 Fe1 xO 是在氧化气氛下形成的阳离空位 2FeFe O2 g 2Fe V OO O2 g OO V 2h 按质量作用定律 平衡常数 K 由此可得 6 1 2 OFe PV 即铁空位的浓度和氧分压的 1 6 次方成正比 故当周围分压增大时 铁空位浓度增加 晶体质量减小 则 Fe1 xO 的密度也将减小 化学式为 化学式为 OFeFe 32 2 3 1 yy 087 0 1 0 2 3 1 2 3 y y y Fe Fe 由 则有 则有 956 0 2 3 1 y y x 35 4 0435 0 2 y VFe 31 为什么在成核 生长机理相变中 要有一点过冷或过热才能发生相变 什么情况下需要过 冷 什么情况下需过热 热力学可知 在等温 等压下有STHG 在平衡条件下 0 G 则有0 0 STH 0 THS 式中 T0是相变的平衡温度 H 为相变热 若在任意温度T的不平衡条件下 则有0 STHG 若H 与S 不随温度而变化 将上式代入上式得 00 0 0 T T H T TT HTHTHG 未经允许不许在网络传播 可见 相变过程要自发进行 必须有0 G 则0 0 TTH 1 若相变过程放热 如凝聚 结晶等 0 H 要使0 G 必须有0 T 0 0 TTT 即TT 0 这表明系统必须 过冷 2 若相变过程吸热 如蒸发 熔融等 0 H 要满足0 G这一条件则必须0 T 即TT 0 这表明系统要自发相变则必须 过热 黏土的很多性能与吸附阳离子种类有关 指出黏土吸附下列不同阳离子后的 性能变化规律 以 箭头 表示大小 离子置换能力 黏土的 电位 泥 浆的流动性 泥浆的稳定性 黏土的结合水 H Al3 3 BaSr2 Ca2 Mg2 4 NHK Na Li 离子置换能力 大小 黏 土 的 电 位 低高 泥 浆 的 流 动 性 低高 泥 浆 的 稳 定 性 小大 黏 土 的 结 合 水 低高 8 3 有两种不同配比的玻璃 其组成如下表 序号Na2O 质量 Al2O3 质量 SiO2 质量 181280 212880 试用玻璃结构参数说明两种玻璃在高温下粘度的大小 元素的相对质量 Na 22 99 Al 26 98 Si 28