无机材料科学基础标准化作业本

无机材料科学基础标准化作业本无机材料科学基础标准化作业本 第一章1结晶学基础 一 名词解释1 晶体2 空间点阵与晶胞3 配位数与配位多面体4 离子极化5 同质多晶与类质同晶 二 填空与选择1 晶体的基本性质有五种 和 2 空间点阵是由在空间作有规律的重复排列 A原子B离子C几何点D分子 3 在等大球体的最紧密堆积中有和二 种排列方式 前者的堆积方式是 后者的堆积方式是 4 如晶体按立方紧密堆积 单位晶胞中原子的个数为 八面体空隙 数为 四面体空隙数为 如按六方紧密堆积 单位晶胞中原子的个 数为 八面体空隙数为 四面体空隙数为 如按体心立方近似密堆 积 单位晶胞中原子的个数为 八面体空隙数为 四面体空隙数为 5 等径球体最紧密堆积的空隙有两种四面体空隙和八面体空隙 一个球的周围有个四面体空隙 个八面体空隙 n个等径球体做最紧 密堆积时可形成个四面体空隙 个八面体空隙 不等径球体进行堆积时 大球 小球 6 在离子晶体中 配置于正离子周围的负离子数 即负离子配位数 决定于正 负离子半径比 r r 若某离子化合物的r r 值为0 564 其负离子配位数应是 A3B4C6D8 三 2 1 a b c 90 的晶体属什么晶系 2 a b c 90 的晶体属什么晶系 3 你能否据此确定这两种晶体的布拉菲点阵 四 1 一晶面在x y z轴上的截距分别为2a 3b和6c 求出该晶面 的密氏指数 2 一晶面在x y z轴上的截距分别为a 3 b 2和c 求出该晶面指数 五 以NaCl晶胞为例 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 六 计算体心立方 面心立方 密排六方晶胞中的原子数 配位数 致密度 七 计算立方体配位 八面体配位 四面体配位 三角形配位的临 界半径比 3 八 画出面心立方结构的 111 110 100 晶面的原子排布图 并计算其面间距及原子密度 原子个数 单位面积 九 有一个面心立方密堆结构的晶体 它的密度是8 94 cm3 计算其晶格常数和原子间距 十 选做题41 求证面心立方晶格的八面体间隙半径为0 414R 四 面体间隙半径为0 255R 体心立方晶格的八面体间隙半径为0 155R 四面体间隙半径为0 291R R为原子半径 指出两种晶格的晶胞中各包含多少个八面体间隙和四面体间隙 2 a 对于具有面心立方结构和体心立方结构的同质多晶性质的原 子晶体 根据面心立方结构的原子半径R面 计算转变成体心立方结 构时的原子半径R体 假定晶体的体积不变 b 纯铁在912 由体心立方结构转变成面心 立方 晶体体积随之减小1 06 根据面心立方结构的原子半径计 算体心立方结构的原子半径 c 纯钛在833 由六方结构转变成体 心立方结构 体积随之减小0 55 其原子半径是增大还是减小 第二章5晶体结构与晶体中的缺陷 一 名词解释1 正尖晶石与反尖晶石2 弗伦克尔缺陷与肖特基缺 陷3 刃位错与螺位错4 固溶体5 非化学计量化合物 二 填空与选择1 结构类型 SiO4 共用O2 数形状络阴离子Si O实例岛状2 在硅酸盐结构分类中 下列矿物Ca Al2Si2O8 CaMg Si2O6 Ca2SiO4和Mg3 Si4O10 OH 2 分别属于 和四类 3 在负离子作立方密堆的晶体中 为获得稳定的晶体结构 正离子 将所有八面体空隙位置填满的晶体有 所有四面体空隙均填满的晶 体有 填满一半八面体空隙的晶体有 填满一半四面体空隙的晶体 有 4 在尖晶石 MgAl2O4 型晶体中 O2 作面心立方最紧密堆积 M g2 填入了 金红石晶体中 所有O2 作稍有变形的六方密堆 Ti4 填充了 A全部四面体空隙 B全部八面体空隙 C四面体空隙的半数 D八 面体空隙的半数 E四面体空隙的八分之一 F八面体空隙的八分之 一 56 构成层状硅酸盐的 Si2O5 片中的Si4 通常被一定数量 的Al3 所取代 为满足鲍林第二规则 静电价规则 在层状结构 中结合有 OH 离子和各种二价正离子或三价正离子 这种以Al3 取代Si4 的现象 称为 A同质多晶 同质多象 B类质同晶 C有序 无序转化 D同晶 置换 同晶取代 6 高岭石与蒙脱石属于层状硅酸盐结构 前者 的结构特征是 后者的结构特征是 A二层型三八面体结构 B三层型三八面体结构 C二层型二八面体 结构 D三层型二八面体结构 7 在石英的相变中 属于重建型相 变的是 属于位移式相变的是 A 石英 鳞石英 B 石英 石英 C 鳞石英 方石英 D 方石英 方石英 8 晶体结构中的热缺陷有和二类 9 CaO掺杂到ZrO2中 其中置换了 由于电中性的要求 在上述置换同时产生一个空位 以上置换过程可用方程式表示 10 由于的结果 必然会在晶体结构中产生 组分缺陷 组分缺陷 的浓度主要取决于和 11 晶体线缺陷中 位错线与和垂直的是位错 位错线与二者平行 的是位错 12 在下列几类晶体中 形成间隙型固溶体的次序是 A沸石 CaF2 TiO2 MgO B MgO TiO2 CaF2 沸石 C CaF2 TiO2 MgO 沸石 D TiO2 MgO CaF2 沸石 13 非化学计量化合物Cd1 x O Cu2 x O和ZrO2 x 由于在化学组成上偏离化学计量而产生的晶格缺陷分 别是 和 A负离子空位 B间隙正离子 C正离子空位 D间隙负离子 14 在Fe1 x O晶体中 随氧分压增大 晶体的导电率 A降低B升高C不变 三 ThO2具有萤石结构 Th4 离子半径为0 100nm O2 离子半径为0 140nm 试问 a 实际结构中的Th4 正离子配位数与预计配位数是否一致 b 结构是否满足鲍林规则 四 根据最紧密堆积原理 空间利用率越高 结构越稳定 金刚石 结构的空间利用率很低 只有34 01 为什么它也很稳定 7 五 a NaCl属于何种结构 画图说明Na 离子在结构中的位置 C l 离子在什么位置 正 负离子配位数如何 b CsCl属于何种结 构 画图说明Cs 离子在结构中的位置 Cl 离子在什么位置 正 负离子配位数如何 六 图2 1是Na2O的理想晶胞结构示意图 试回答 a 晶胞分子数是多少 b 结构中何种离子做何种密堆积 何种离子填充何种空隙 所占 比例是多少 c 结构中各离子的配位数为多少 写出其配位多面 体 d 计算说明O2 的电价是否饱和 图2 1 七 根据CaTiO3晶胞图 见图2 2 回答下列问题 a 晶面BCGF DEG的晶面指数 晶向DF HA的晶 向指数 b 结构中各离子的配位数为多少 写出其配位多面体 c 晶胞分子数是多少 何种离子添何种空隙 空隙利用率是多少 d 计算说明O2 的电价是否饱和 e 结构中是否存在TiO32 离子 为什么 图2 2 八 在萤石晶体中8Ca2 半径为0 112nm F 半径为0 131nm a 求萤石晶体中离子堆积系数 b 萤石晶体a 0 547nm 求萤石 的密度 九 Al2O3 2SiO2 2H2O和Na2O Al2O3 6SiO2是什么物质 都属 于何种硅酸盐结构类型 分别写出无机络盐形式 十 堇青石与绿宝石具有相同的结构 分析其有显著的离子电导 较小的热膨胀系数的原因 十一 Si和Al的原子量非常接近 分别为28 09和26 98 但SiO2 和Al2O3的密度相差很大 分别为2 65及3 96 运用晶体结构及鲍林规则说明这一差别 十二 什么叫阳离子交换 从结构上说明高岭石 蒙脱石阳离子交 换容量差异的原因 十三 为什么石英不同系列变体之间的转化温度比同系列变体之间 的转化温度高得多 9 十四 说明下列符号的含义V Na V Na V Cl VNa V Cl CaK Ca Ca Ca i 十五 写出下列缺陷反应式 a NaCl溶入CaCl2中形成空位型固溶体 b CaCl2溶人NaC1中形成空位型固溶体 c NaCl形成肖脱基缺陷 d Ag I形成弗仑克尔缺陷 Ag 进入间隙 e CaF2中添加YF3形成间隙固 溶体 f ZrO2中添加CaO形成置换固溶体 十六 金黄色的人造黄玉是在Al2O3中添加了0 5mol NiO和0 02mol Cr2O3 试写出缺陷反应方程 置换型 及化学式 十七 对于MgO Al2O3和Cr2O3 其正 负离子半径比分别为0 47 0 36和0 40 Al2O3和Cr2O3形成连续固熔体 1 这个结果可能吗 为什么 2 试预计 在MgO Cr2O3系统中的固熔度是有限还是很大的 为 什么 十八 在10MgO Al2O3和PbTiO2 PbZrO3中哪一对形成有限固溶体 哪一对形成无限固溶体 为什么 十九 影响置换型固溶体形成的因素有哪些 二十 试比较刃位错和螺位错的异同点 二十一 TiO2 x和Fe1 x O分别为具有阴离子空位和阳离子空位的非化学计量化合物 试说明其导电率和密度随氧分压P O2变化的规律 以缺陷方程帮助说明 二十二 a 在CaF2晶体中 弗仑克尔缺陷形成能为2 8eV 肖特 基缺陷的生成能为5 5eV 计算在25 和1600 时热缺陷的浓度 k 1 38 10 23J K 1eV 1 602 10 1J b 如果CaF2晶体中 含有百万分之一的YF3杂质 则在1600 时 CaF2晶体中时热缺陷 占优势还是杂质缺陷占优势 说明原因 二十三 选做题111 氧化锂 Li2O 的晶胞结构构成O2 离子呈面 心立方堆积 Li 离子占据所有四面体空隙 计算 a 晶胞常数a0 b Li2O的密度 c O2 离子密堆积的 结构格子 其空隙所能容纳的最大正离子半径是多大 d 有0 01 mol SrO溶于Li2O中的固溶体的密度 注Li 离子半径为0 074nm O2 离子半径为0 140nm 2 用0 2m olYF3加入CaF2中形成固溶体 实验测定固溶体的晶胞参数a0 0 55 nm 测得固溶体密度 3 64g cm3 试计算说明固溶体的类型 元素的相对原子量Y 88 90 Ca 40 08 F 19 00 3 Al2O3在Mg O中将形成有限固溶体 在低共熔温度1995 时 约有18wt Al2O3 溶入MgO中 MgO单位晶胞尺寸减小 试预计下列情况下密度的变化 a Al3 为间隙离子 b Al3 为置换离子第三章12熔体与玻 璃体 一 名词解释1 熔体与玻璃体2 聚合与解聚3 晶子学说与无规则 网络学说4 网络形成剂与网络变性剂5 单键强6 桥氧与非桥氧 二 填空与选择1 玻璃的通性为 和 2 氧化物的键强是形成玻璃的重要条件 根据单键强度的大小可把氧化物中的正离子分为三类 和 其单键 强度数值范围分别为 和 3 聚合物的形成可分为三个阶段 初期 中期 后期 4 熔体结构的特点是 5 熔体是物质在液相温度以上存在的一种高能量状态 在冷却的过 程中可以出现 和三种不同的相变过程 6 在玻璃性质随温度变化的曲线上有二个特征温度和 与这二个特 征温度相对应的粘度分别为和 7 在SiO2玻璃中加入Na2O后 析晶能力将 玻璃形成能力将 A增强B减弱C不变 813 能单独形成玻璃的氧化物 网络形成剂 其单键强度为 不能单独形成玻璃的氧化物 网络变性体 其单键强度为 A小于250KJ mol B大于335KJ mol C250 335KJ mol 9 当温 度不变时 硅酸盐熔体中的聚合物种类 数量与熔体组成 O Si比 有关 O Si比值大 表示碱性氧化物含量高 这时熔体中的 A高聚体数量增多 B高聚体数量减少 C高聚体数量多于低聚体 D高聚体数量少于低聚体 10 按照在形成氧化物玻璃中的作用 下 列氧化物网络变体有 中间体有 网络形成体有 SiO 2 Na2O B2O 3 CaO Al2O 3 P2O 5 K2O BaO 三 试简述硅酸盐熔体聚合物结构形成的过程和结构特点 四 试分析影响熔体粘度的因素有哪些 五 试用实验方法鉴别晶体SiO 2 SiO2玻璃 硅胶和SiO2熔体 它们的结构有什么不同 六 简述晶子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相同点和不同点 七 试比较硅酸盐玻璃与硼酸盐玻璃在结构与性能上的差异 14 八 在SiO2熔体中 随Na2O加入量的不同 粘度将如何变化 为什 么 CaO MgO与SiO2对熔体的粘度又有何影响 为什么 九 简述硼酸盐玻璃由于Na2O加入量的不同 出现的硼反常现象 十 下列两种晶体物质都属于何种硅酸盐结构类型 写出无机络盐 形式 计算出桥氧数 并判断哪一种晶体物质加热1300 在高温 状态保温半小时 然后急冷能形成玻璃 为什么 a 高岭石Al2O 3 2SiO2 2H2O b 钠长石Na2O Al2O3 6SiO2 十一 根据玻璃形成条件 对下列几种物质形成玻璃的难易程度进 行排序 并说明理由 SiO 2 Na2O SiO 2 Na2O 2SiO 2 NaCl 十二 试计算下列玻璃的结构参数与非桥氧分数15 a Na2O SiO2 b Na2O CaO Al2O3 2SiO2 c Na2O 1 3Al2O3 2SiO2 d 10mol Na2O 18mol CaO 72mol SiO2 e 13wt Na2O 13wt CaO 74wt SiO2 十三 有两种不同配比的玻璃 其组成如下序号Na2O wt Al2O3 wt SiO2 wt 181280212880试用玻璃结构参数说明两种玻 璃高温下粘度的大小 十四 一种熔体在1300 的粘度是3100dPa s 在800 是108dPa s 在1050 时其粘度为多少 在此温度下急冷能否形成玻璃 十五 已知石英玻璃的密度为162 3g cm3 假定玻璃中原子尺寸与 晶体SiO2相同 试计算该玻璃的原子堆积系数是多少 十六 a 在SiO2中应加入多少Na2O使玻璃的O Si 2 5 此时析晶 能力 玻璃形成能力 是增强还是削弱 b 实验观察到氧硅比增 加O Si 2 5 3时 即达到形成玻璃的极限 当O Si 3时 则不能 形成玻璃 为什么 十七 试述石英晶体 石英熔体 Na2O 2SiO2熔体结构和性质上的 区别 十八 选做题从以下两种釉式中 你能否判断两者的熔融温度 粘 度 表面张力上的差别 说明理由 1 2 0 2K2O0 2MgO0 6CaO1 1Al2O310 0SiO20 2K2O0 2Na2O0 3CaO0 3PbO0 3Al2O32 1SiO20 5B2O3第四章17表面与界面 一 填空与选择1 范氏力主要三种不同效应发生在和之间的力 发 生在和之间的力和发生在和之间的力 2 不同类型的物体在应力作用下出现的流动形式可有粘性流动 假塑性流动和 3 粘土阳离子交换顺序为 4 粘土荷电的主要原因有 和 5 水和粘土作用以后 水在粘土胶粒周围随着距离的增大可分为 和 6 当液体与固体相接触 固相不被液体所润湿 则两相的表面张力 的关系应是 A SV SL LV B SV SL C SV SL CaF 2 PbF 2 PbI 2 BaSO 4 SrSO4 8 粘土的很多性能与吸附阳离子种类有关 当吸附下列 不同阳离子后的变化规律以箭头表示 小 大 Li NaK NHMg CaSr BaAl H422223与这样变化规律有关的性能是 A泥浆的流动性 B泥浆的触变性 C泥浆的滤水性 D泥团的可塑 性 9 粘土粒子破键引起的荷电与溶液介质的pH值有关 高岭石在 酸性介质中 边面带电荷 2 0 1 10 同价阳离子所饱和的粘土 其 电位随离子半径减 小而 降低 升高 不变 11 粘土泥浆胶溶必须使介质呈 还必须有 价阳离子交换粘土小原来吸附的阳离子 酸性 碱性 中性 一价 二价 三价 二 什么叫吸附 粘附 当用焊锡来焊接铜丝时 用锉刀除去表面层 可使焊接更加牢固 请解释这种现象 三 什么叫表面张力和表面能18 在固态下和液态下这两者有何差别 四 什么是表面改性 以水为例 说明表面活性剂分子的组成 五 在真空中和空气中云母片剥离后再合上 会出现什么现象 说 明道理 六 什么时接触角 其大小对液相润湿固相影响如何 七 试说明晶界能总小于两个相邻晶粒的表面能之和的原因 八 试述泥浆胶溶的机理与条件 九 19根据图4 3和表4 3 教材P110 可知 具有面心立方晶格不同晶面 110 100 111 上 原子密度不同 试回答 哪一个晶面上固 气表面能是最低的 为什么 九 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 分析后两种水在胶团中的作用范围及其对工艺性能的影 响 十 影响粘土可塑性的因素有哪些 生产上可以采用什么措施来提 高或降低粘土的可塑性以满足成型工艺的需要 十一 用Na2CO3和Na2SiO3分别稀释同一种粘土 以高岭石矿物为主 泥浆 试比较电解质加入量相同试 两种泥浆的流动性 注浆速 率 触变性和坯体致密的有何差别 十二 20氧化铝瓷件中需要被银 已知1000 时 Al2O3 S 1 00mN m 1 Ag L 0 92mN m 1 Ag L Al2O3 S 1 77mN m 1 问液态银能否润湿氧化铝瓷件表面 可以用什么 方法改善它们之间的润湿性 十三 MgO Al2O3 SiO2系统的低共熔物放在Si3N4陶瓷片上 在低共熔温度下 液相的 表面张力为900mN m 液体与固体的界面能为600mN m 测得接触角 为70 520 1 求Si3N4的表面张力 2 把Si3N4在低共熔温度下进行热处理 测试其热腐蚀的槽角为6 00 求Si3N4的界面能 第六章21相平衡 一 名词解释1 相律2 凝聚系统3 共熔界线与转熔界线4 一致 熔融化合物与不一致熔融化合物5 连线规则与切线规则6 介稳平 衡7 低共熔点 单转熔点 双升点 与双转熔点 双降点 8 液 相独立析晶 二 填空1 常用的相平衡研究方法有和 2 凝聚系统的相律为 3 在三元系统中 无变量点有三种 分别是 和 三 固体硫有两种晶型 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 四 图226 1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 的升华 曲线 回答下列问题 a 在图中标明各相的相区 并把图中各无变点 的平衡特征用式子表示出来 b 系统中哪种晶型为稳定相 那种晶 型为介稳相 c 各晶型之间的转变是单向转变还是双向转变 五 简述SiO2的多晶转变现象 说明为什么在硅酸盐产品中SiO2经 常以介稳态存在 六 C2S有哪几种晶型 在加热和冷却过程中它们如何转变 C2S为什么能自发地转变成 C2S 在生产中如何防止 C2S转变为 C2S 七 图6 2示意地表示出生成一个不一致熔融化合物A xB y和形成固溶体S B A 的二元系统 请完成此相图的草图 图6 1图6 3图6 3图6 2 八 参阅图236 3 请用蓝线标出熔体2冷却结晶过程中液相状态点的变化途径 用 红线标出固相状态点的变化途径 说明结晶过程各阶段系统所发生的相变化 九 已知A和B两组分构成具有低共熔点的有限固溶体二元系统 试根据下列实验数据绘制概略相图A的熔点为1000 B的熔点为700 含B25 的试样在500 完全凝固 其中含 3173初相S A B 和 3226S A B S B A 共生体 含B50 的试样在同一温度下凝固完毕 其中含40 初相S A B 和60 S A B S B A 共生体 而S A B 相总量占晶相总量的50 实验数据均在达到平衡状态时测定 十 具有不一致熔融化合物的二元系统 在低共熔点E发生如下析晶 过程n mBA AL E点B含量为20 化合物A mB n含B量为64 今有C1和C2两种配料 已知C1B含量是C2B含量的1 5倍 且高温熔融 冷却析晶时 从该配料中析出的初相 即达低共熔温度前析出的第 一种晶体 含量相等 试计算C1和C2的组成 十一 根据24A12O3 SiO2系统相图 教材P244 说明 a 铝硅质耐火材料 硅砖 含SiO2 98 粘土砖 含Al2O335 50 高铝砖 含Al2O360 90 刚玉砖 含Al2O3 90 内 各有哪些主要的晶相 b 为了保 持较高的耐火度 在生产硅砖时应注意什么 c 若耐火材料出现40 液相便软化不能使用 试计算含40 摩尔分数 A12O3的粘土砖的 最高使用温度 十二 加热粘土矿物高岭石 Al2O3 2SiO2 2H2O 至600 时 高 岭石分解为水蒸气和A12O3 2SiO2 继续加热到1595 时会发生什 么变化 在这温度下长时间保温达到平衡 系统相组成如何 当系 统生成40 液相时 应达到什么温度 在什么温度下该粘土完全熔 融 十三 在CaO SiO2系统 教材P247 与Al2O3 SiO2系统 教材P244 中SiO2的液相线都很陡 为什么在硅砖中可 掺人约2 的CaO作矿化剂而不会降低硅砖的耐火度 但在硅砖中却 要严格防止原料中混入A12O3否则会使硅砖耐火度大大下降 十四 在硅质耐火材料的生产和使用过程中应注意哪些问题 为什 么在炼钢等工业窑炉25上要禁止镁砖与硅砖砌在一起 参考教材P 250MgO SiO2系统相图 十五 图6 4是最简单的三元系投影图 图中等温线从高温到低温的次序是t6 t 5 t4 t3 t2 t1根据此投影图回答 a 三个组分A B C熔点的高低次 序是怎样排列的 b 各液相面下降的陡势如何 那一个最陡 那一个 最平坦 c 指出组成为65 A 15 B 20 C的系统的相组成点 此 系统在什么温度下开始结晶 最先析出哪种晶相 十六 a 在三元系统浓度三角形上画出下列配料的组成点 a点A 10 B 60 C 30 b点A 10 B 30 C 60 c点 A 60 B 30 C 10 b 今有配料a3kg 配料b2kg 配料c5kg 若将此三配料混合加热 至完全熔融 试依据杠杆规则用作图方法求熔体的组成点 图6 4 十七 写出下列三元无变量点的平衡过程 指出无变点的性质 26 十八 写出图6 6中配料点 1 2 3的结晶路程 表明液 固相组成点的变化及结晶过程各阶段系 统中发生的相变化 十九 图6 7为生成一个三元化合物的三元系统相图 a 判断三元化合物N的性 质 b 标出边界曲线的温降方向 转熔线用双箭头 c 指 出无变点K L M的性质 d 分析点 1 2的结晶路程 表明液固相组成点的变化及各阶段的相变化 图6 5图6 6图6 7 二十 27如图6 8所示 a 判断生产化合物的性质 b 画出此相图的副三角形 并说明依据 c 标出各个界线的温降方向 转熔界线用双箭头 并说明依据 d 判断最低共熔点 双升点 单转熔点 双降 点 双转熔点 并说明依据 e P点的最后析晶产物是什么 根据什么判断 二十一 图6 9为CaO A12O3 SiO2系统的富钙部分相图 对于硅酸盐水泥的生产有一定的参考价 值 试 a 画出有意义的副三角形 b 用单 双箭头表示界线的性 质及温降方向 c 说明F H K三个无变点的性质 并写出各点 的相平衡式 d 熔体M平衡冷却结晶时 结晶产物有哪些 实际 生产时 结晶产物有哪些 e 说明硅酸盐水泥熟料落在小圆圈内 的理由 f 在水泥实际生产中 为何在缓慢冷却到无变量点K 1 455 时再要急剧冷却到室温 图6 8图6 9 二十二 28图6 10为K2O Al2O3 SiO2系统中富硅部分相图 本系统与日用陶瓷和 普通电瓷的生产密切相关 试 a 画出相图中b c点相对应的副三角形 b 用单 双箭头 表示出交于b c点的界线的性质及温降方向 c 说明b c两个无 变点的性质和写出各点的相平衡式 d P点的最先析出晶相是什 么 最后析晶产物是什么 e 在实际生产中 以配料P进行烧结 的陶瓷制品中 主要的显微结构如何 f 如要最终烧成制品的显 微结构为莫来石晶体和玻璃相 应如何进行配料 二十三 根据Na2O CaO SiO2系统相图 教材P212 回答 a 组成为13 Na2O 13 CaO 7 4 SiO2玻璃配合料将于什么温度熔化 在什么温度完全熔融 b 上面组成的玻璃 当加热到1050 1000 900 800 时 可能会析出什么晶体 c NC3S6晶体加热时是否会不一致熔化 分解出什么晶体 熔化温度如何 图6 10第七章29扩散与固相反应 一 名词解释1 扩散2 扩散系数与扩散通量3 本征扩散与非本征 扩散4 自扩散与互扩散5 无序扩散与晶格扩散6 稳定扩散与不稳 定扩散7 反常扩散 逆扩散 8 固相反应 二 填空与选择1 晶体中质点的扩散迁移方式有 和 2 当扩散系数的热力学因子为时 称为逆扩散 此类扩散的特征为 其扩散结果为使或 3 扩散推动力是 晶体中原子或离子的迁移机构主要分为两种和 4 恒定源条件下 820 时钢经1小时的渗碳 可得到一定厚度的表 面碳层 同样条件下 要得到两倍厚度的渗碳层需小时 5 本征扩 散是由而引起的质点迁移 本征扩散的活化能由和两部分组成 扩 散系数与温度的关系式为 6 菲克第一定律适用于 其数学表达式为 菲克第二定律适用于 其数学表达式为 730 在离子型材料中 影响扩散的缺陷两个方面 1 肖特基缺陷和弗仑克尔缺陷 热缺陷 2 掺杂点缺陷 由热缺陷所引起的扩散称 而掺杂点缺陷引起的扩散称为 自扩散 互扩散 无序扩散 非本征扩散 8 在通过玻璃转变区 域时 急冷的玻璃中网络变体的扩散系数 一般相同组成但充分退 火的玻璃中的扩散系数 高于 低于 等于 9 在UO2晶体中 O2 的扩散是按机制进行 的 空位 间隙 掺杂点缺陷 10 杨德尔方程是基于模型的固相方 程 金斯特林格方程是基于模型的固相方程 三 浓度差会引起扩散 扩散是否总是从高浓度处向低浓度处进行 为什么 四 试分析离子晶体中 阴离子扩散系数 般都小于阳离子扩散系 数的原因 五 试从结构和能量的观点解释为什么D表面 D晶面 D晶内 六 碳 氮氢在体心立方铁中扩散的激活能分别为 84 75和13kJ mol 试对此差异进行分析和解释 七 欲使31Ca2 在CaO中的扩散直至CaO的熔点 2600 都是非本 征扩散 要求三价杂质离子有什么样的浓度 试对你在计算中所作 的各种特性值的估计作充分说明 已知CaO肖特基缺陷形成能为6eV 八 已知氢和镍在面心立方铁中的扩散系数为s cmRTDH218 410300exp0063 0 和s cmRTD Ni218 464000exp1 4 试计算1000 的扩散系数 并对其 差别进行解释 九 假定碳在 Fe 体心立方 和 Fe 面心立方 中的扩散系数分别为 s cmRT D283600exp0079 0 s cmRT D2141284exp21 0 计算800 时各自的扩散系数 并解释其差别 十 在制造硅半导体器体中 常使硼扩散到硅单品中 若在321600K 温度下 保持硼在硅单品表面的浓度恒定 恒定源半无限扩散 要 求距表面10 3cm深度处硼的浓度是表面浓度的一半 问需要多长时间 已知D160 0 8 10 12cm2 sec 当5 02 Dtxerf时 5 02 Dtx 十一 Zn2 在ZnS中扩散时 563 时的扩散系数为3 10 14cm2 sec 450 时的扩散系数为1 0 10 14cm2 sec 求 a 扩散的活化能和D0 b 750 时的扩散系数 c 根据你对结构的了解 请从运动的观点和缺陷的产生来推断 活化能的含义 d 根据ZnS和ZnO相互类似 预测D随硫的分压而 变化的关系 十二 铁870 与927 的渗碳相比较 其优点是热处理后可获得细 小晶粒 a 计算以上两种温度下C的扩散系数 已知C在铁中扩散系数D0 2 0 10 5m2 s 扩散激活能Q 140 103J mol b 计算870 渗碳需要 多少时间才可以达到927 渗碳10小时的渗层厚度 c 若渗层厚 度测至C含量为0 30 处 试问870 渗碳10小时所达到的渗层厚度 为927 渗碳相同时间所得的渗层厚度的比值 十三 试述固体材料中扩散的特点 33 十四 说明扩散与固相反应的影响因素有哪些 十五 MoO3和CaCO3反应时 反应机理受到CaCO3颗粒大小的影响 当MoO3CaCO3 11 r MoO3 0 036mm r CaCO3 0 13mm时 反应是扩散控制的 CaCO3MoO3 151 r CaCO3DNi D O 试问哪一个控制着NiCr2O4的形成速率 为什么 十八 如果要合成镁铝尖晶石 可提供的原料有34MgCO 3 Mg OH 2 MgO Al2O3 3H2O Al2O 3 Al2O3 从提高反应速率的角度出发 选择什么原料较好 说明原因 十九 NiO和Al2O3反应生成NiAl2O4 假设反应是通过Ni2 离子和Al3 离子的扩散进行的 你认为这个 反应在N2中进行得快 还是在O2中快 为什么 已知NiO为非化学计 量化合物 二十 选做题1 试讨论从室温到熔融温度范围内 氧化锌添加剂 10 4mol 对NaCl单晶中所有离子 Zn Na和Cl 的扩散能力的影响 2 在KCl晶体中掺入10 5mo1 CaCl2 低温时KCl中的K 离子扩散以非本征扩散为主 试回 答在多高温度以上 K 离子的扩散是以热缺陷控制的本征扩散为主 KCl的肖特基缺陷形成能 H s 251kJ mol R 8 314J mo1 K 第八章35相变 一 名词解释1 相变2 一级相变与二级相变3 马氏体相变4 均 匀成核与非均匀成核5 玻璃析晶与玻璃分相 二 填空1 一级相变时两相相等 而不等 故相变时有和产生 二 级相变时两相和相等 但不等 2 相变按相变机理分为 和 按热力学分为和 3 析晶过程包含和两个过程 4 相变过程的推动力为 和 5 液 液分相区域中 Spinodal区是由自由焓 组成图中点的轨迹组成 亚稳分解区是由点的轨迹组成的 6 液 固相变时 非均匀成核位垒与接触角 有关 当 为时 核化势垒 降低一半 8 均匀成核的成核速率由因子和因子所决定的 三 什么是亚稳分解和旋节分解 并从热力学 动力学 形貌等比 较这两种分相过程 简述如何用实验方法区分这两种过程 四 试用图例说明过冷度对核化速率 晶化速率 析晶范围 析晶 数量和晶粒尺寸等的36影响 并说明要获得细晶 温度应如何控制 五 熔体析晶过程中 质点成核需具有那些能量 这些能量从何得 来 六 假设 H和 S与温度无关 说明为什么硅酸盐熔体在熔点或熔 点以上不可能发生析晶 而加入适当的晶核剂时 往往在熔点就能 析晶 七 晶核剂对熔体结晶过程的临界