材料科学基础复习重点docxWord格式.docx
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（其中正离了为网络形成离了）单键强度大于335kJ/molo这类氧化物能单独形成玻璃。
2、网络变形体：
（正离子称为网络改变离子），其单键强度小于250kj7molo这类氧化物不能形成玻璃，但能改变网络结构，从而使玻璃性质改变。
3、网络中间体：
（正离子称为网络屮间离子），其单键强度为250-335kj/molo这类化合物作用介于玻璃形成梯和网络改变体之间。
二、回答下列问题
1、简述等径球体的最紧密堆积的形式有哪几种？
紧密堆积体中的空隙有哪几种？
当n个球作紧密堆积时，说明形成的空隙的类型及数量。
答：
紧密堆积方式有两种：
面心立方ABCABC-.和密排六方ABAB….
四面体空隙八面体空隙
当n个球作紧密堆积时，形成2n个四血体空隙和n个八面体空隙。
空间利用率二
2、根据缺陷相对于晶体尺寸和其影响范围的大小，缺陷可以分为哪几类？
简述这几类缺陷的特征。
（1）几何形态：
点缺陷（零维）、线缺陷（一维）面缺陷（二维）、体缺陷
形成原因（过程）：
热缺陷、杂质缺陷、非化学计量缺陷等
（2）热缺陷：
由原子热振动引起，缺陷浓度与温度有关
杂质缺陷：
缺陷浓度与杂质含量有关，而与温度无关。
非化学计量结构缺陷：
由气氛或压力变化引起，缺陷浓度与气氛性质、压力有关。
简述固相反应的特点和机理
特点：
1、与大多数气液反应不同，固相反应属非均相反应。
2、固相反应开始温度远低于反应物熔点或系统低共熔点。
这一温度与反
应物内部开始呈现明显扩散作用的温度相一致。
机理：
反应一开始是反应物颗粒Z间的混合接触，并在表面发生化学反应形成细薄且含大量结构缺陷的新相，随后发生产物新相的结构调整和晶体生长。
当反应颗粒间所形成的产物层达到一定厚度后，进一步的反应将依赖于一种或儿种反应物通过产物层的扩散而得以进行，这种物质的运输过程可以通过晶休晶格内部、表血、界面、位错或晶体裂纹进行
简述反应温度、压力、气氛对固相反应的影响
1、温度升高有利于反应进行，这是由于温度升高固体结构中质点热震动动能增大、反应能力和扩散能力均得到增强
2、对于纯固和反应，压力的升高可以改善粉料颗粒Z间的接触状态，可以提高固相反应速率但对于有液相气相参与的固相反应中并不表现出积极的作用，甚至会适得其反。
3、气氛对固相反应也有重要影响，他可以通过固体吸附特性而影响表面反应活性，对于一系列能形成非化学计量的化合物氧化锌、氧化铜等，气氛可以直接影响晶体表面缺陷浓度和扩散机构与速度
简述连线规则的作用及要点；
简述切线规则的作用及要点
连线规则：
用來判断界线温度的走向。
“将一界线（或其延长线）与相应的连线（或其延长线）相交，其交点是该界线上的温度最高点。
”
切线规则：
切线规则用于判断三元相图上界线的性质；
“界线上某一点所做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”
3、什么是离子极化？
离子极化对晶体结构产生什么影响？
离子在外电场作用下发生的变形由于离子极化，变形的电子云相互穿插，缩小了阴、阳离子间距离，使离了配位数降低，使键性由离了键向共价键过渡，最终使晶体结构类型发生变化
4、以紧密堆积的方式描述CaTiO3>
MgA1204、NaCl晶体的结构
NaCl：
Cl-按立方最紧密堆积方式堆积，Na+充填于全部八面体空隙中，阴、阳离子配位数均为6o
CaTiO3：
Ca2+占有立方面心的角顶位置，02-占有面心位置，可看成Ca2+和02-共同组成立方紧密堆积,Ti4+充填于1/4的八面体空隙屮，位于立方体屮心，Ti4+的CN=6,Ca2+的CN=12,02-配位数为6。
MgA1203：
02-按立方紧密堆积排列，二价离了A充填1/8
U!
面体空隙，三价离了
B充填1/2八面体空隙5、写出少量的X掺加到Y中可能的缺陷反应方程，并写出对应的固溶式。
（1）写出少量的Y3F掺加到CaF2屮可能的缺陷反应方程，并写出阴离子填隙的
方程及对应的固溶分子式。
（2）将0.15molCa0引入到lmolZr02中形成固溶体,写出可能的缺陷反应及固溶分子式。
6、简述NaCl晶体的表面结构？
简述其表面结构。
处于表面层的负离子只受到上下和内侧正离子的作用，而外侧是不饱和的。
电子云将被拉向内侧的正离子一方极化变形，使该负离子诱导成偶极子。
这样就降低了晶体表面的负电场。
接着，表面层离子开始重排以使之在能量上趋于稳定。
为此，表面的负离子被推向外侧，正离子被拉向内侧从而形成了表而双电层。
7、试比较硅酸盐玻璃与硼酸盐玻璃在结构和性能上的差异。
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［Si04］以顶角相连而组成的三维架状结构。
由于Si—0—Si键角变动范围大,使石英玻璃中［Si04］四面体排列成无规则网络结构。
S102是硅酸盐玻璃中的主要氧化物。
硼酸盐玻璃：
B和0交替排列的平面六角环的B-0集团是硼酸盐玻璃的重要基元，这些环通过B—0—B链连成三维网络。
B203是网络形成剂。
这种连环结构与右英玻璃硅氧四面体的不规则网络不同，任何0—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。
8、试比较硅酸盐玻璃与硅酸盐晶体结构上的异同。
>
石英晶体：
［Si04］有着严格的规则排列。
石英玻璃：
各［Si04］都通过顶点连接成为三维空间网络，而•且［Si04］
9、
的排列是无序的，缺乏对称性和周期性的重复。
硅酸盐晶体是如何分类的？
分为哪几种类型？
判断下列化合物各属于哪种类
型？
并写出化合物的矿物名称。
Mg2[SiO4]Be3A12[Si6018]A14[Si4010]（OH）8Na[AlSi308]
Mg2A13[AlSi5018]Mg3[Si4010]（OH）2
CaMg[Si206]Mg2[SiO4]
K[AlSi308]CaMg[Si206]
分为岛状、组群状、链状、层状、架状五类；
Mg2【SiO4】岛状镁橄榄石Bc3A12
[SI6018]组群状绿宝石;
A14[S14010]（0H）8高岭石层状Na[AlSi3O8]
架状钠长石
结构类型
[SiO4]4-共
用0?
-数
形状
络阴离「
Si/0
实例
岛状
四面体
[SiOq广
1：
4
镁橄榄石Mg2[SiO4]
组群状
1
双四面体
2：
7
硅钙石Ca3[Si2O7]
2
二节坏
|Sio『
3
蓝锥矿BaTi[Si3O9]
四节环
|Si4O12]8-
Ca2Al2（Fe,Mn）BO3lSi4O12J（OH）
六节环
[Si6O18l12-
绿宝石Bc3Al2[Si6OI8|
链状
单链
[Si2O6]4-
透辉石CaMg[Si2O6]
2,3
双链
[SijOj
4：
11
透闪石Ca2Mg5[Si4O|I]2（OH）2
层状
3
平面层
[SiQj-
10
滑石Mg3[Si4OI0]（OH）2
架状
4
骨架
lSiO2]°
2
石英SiO2
[AlSiaOd1-
钾长石K[AlSi3O8]
10、试用实验方法鉴别晶体Si02、Si02玻璃、硅胶和Si02熔体。
它们的结构有
什么不同？
利用X一射线检测Q
晶体Si02—质点在三维空间做有规律的排列，各向异性。
Si02熔体一质点在三维空间排列没有规律性，近程有序，远程无序。
Si02玻璃一质点在三维空间排列没有规律性，内部结构微不均匀性，近程有序，
远程无序，各向同性。
硅胶一疏松多孔O
11、什么是硼反常现象？
为什么会产生这些现象?
当数量不多的碱金属氧化物同B203-起熔融吋，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，而是使硼氧三角体转变为市桥氧组成的硼氧四面体，致使B203玻璃从原来两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，所以称之为硼反常现象。
12、按照在形成氧化物玻璃中的作用，把下列氧化物分为网络变体，中间体和网络形成体:
SiO2,Na20,B203,CaO,A1203,P205,K20,BaO
网络变体Na20CaOK20BaO屮间体A1203网络形成体Si02B203P205
13、
简述影响置换型固溶体形成的因素有哪些?
1、离子尺寸（决定因素）2、晶体结构类型3、离子的电价4、电负性
14、晶界应力是如何产生的？
与哪些因素有关？
晶界应力的存在对材料产生怎样
的影响？
如何减小多晶材料的应力，以提高强度？
多晶材料中，如果有两种不同热膨胀系数的晶相组成，在加热与冷却过程中，由于两相膨胀系数的差别，在晶界上会有应力T存在。
最终会在晶界上出现裂纹,甚至使多晶体破裂。
（1）晶界应力与热膨胀系数差、温度变化及复合层厚度成正比。
（2）若热膨胀系数是各向同性，晶界应力不会产生。
（3）若产生晶界应力，则厚度愈厚，应力愈人。
结论：
在多晶材料中，细而长的针状晶粒的强度与抗冲击性能较好。
15、根据威尔的表面双电层理论，某些化合物表面可能由负离子组成，正离子被
负离子所屏蔽。
已知PbI2的表面能为1.3X10-5J/cm2,CaF2的表面能为
2.5X10-4J/cm2,请判断PbI2和CaF2的表面双电层厚度的大小，并解释产生的原因。
课本P127
PbI2>
CaF2；
与Ca2+和F—相比,Pb2+与I一具有较大的极化性能,因此
表面双电层的厚度较厚。
16、试述石墨与金刚石的结构和性质及用途。
石墨硬度低，易加工，熔点高，有润滑感，导电性良好。
可以用于制作高温塩锅、发热体和电机，机械工业上可做润滑剂等。
（5分）
金刚石，面心立方结构，全部为共价键。
金刚石是最硬材料，纯净的金刚石具有极好的导电性，金刚石还具有半导体性能,因而可作为高硬切割材料和磨料以及钻井用的钻头、集成电路中散热片和高温半导体材料。
17、在A1203料浆中，在酸洗A1203粉时为使A1203粒子快速沉降而加入
0.21%〜0・23%阿拉伯树胶;
而在注浆成型时又加入1.0%〜1.5%阿拉伯树胶以
增加料浆的流动性，为什么?
以A1203为例，在注浆成型时,加入1.0%〜1.5%阿拉伯树胶以增加料浆的稳定
性。
阿拉伯树胶用量增加，市于高分子树脂数量增多，它的线型分子层在水溶液
屮形成一层有机亲水保护膜，A1203胶粒要碰撞就很困难，从而提高料浆的稳定
阿拉伯树胶是高分子化合物，它呈卷曲链状，长度400〜800um,而一般胶体粒子是0.1〜lum,相对于高分子长链而言是极短小的。
当阿拉伯树胶用量少时，分散在水中的A1203胶粒粘附在高分子树胶的某些链节上，如下图所示，由于树胶量少，在一个树胶长链上粘着较多的胶粒A12O3,引起重力沉降而聚沉。
聚沉
试用实验方法鉴别晶体Si02、Si02玻璃、硅胶和Si02熔体。
它们的结构有什
么不同？
利用X—射线检测。
品体Si02—质点在三维空间做有规律的排列，各向异性。
Si02玻璃一质点在三维空间排列没有规律性，内部结构微不均匀性，近程有序,
18、在无机材料生产中，如何使A1203瘠性料浆悬浮?
课本P161
19、根据产生缺陷的原因，
点缺陷分几类，每类点缺陷的浓度与什么因素有关，
研究点缺陷有何意义。
分为原子缺陷和电子缺陷
课本P72
20、非化学计量化合物有何特点？
为什么非化学计量化合物都是n型或p型半导体材料？
1、缺陷浓度大小与气氛性质、压力有关2、可以看作是高价化合物与低价
化合物的固溶体3、缺陷浓度与温度有关，这点可从平衡常数看出（压力一定）
21、Th02具有CaF2结构，Th4+离子半径为0.100nm,02-离子半径为0.1400nm,求课本P32~34
（1）实际结构中Th4+的配位数与预计配位数是否一致？
（2）结构是否满足鲍林规则？
22、石墨、云母和高岭石具有相似的结构，说明它们的结构区别及由此引起的性
质上的差异。
结构：
口云母属于三层型结构，由两层硅氧层中间夹一层水铝氧八面体层所构成。
连接两个硅氧层的水铝氧层中的A13+的配位数为6,形成[A104（0H）2]八面体。
性质：
K+的配位数为12,呈统计地分布于层的六节环的空隙间，与硅氧
层的结合力较层内化学键弱得多，故云母易沿层间发生解理，可剥离成片状。
高岭石的基本结构单元是一层硅氧四而体层和一层水铝氧八面体层构成的两层型结构，两层型结构单位在ab平面内无限延展，在c轴方向叠放形成高岭石结构。
A13+配位数为6,其屮2个是02-,4个是0H-,形成[A102（0H）4]八面体，正是这两个02-把水铝氧层和硅氧层连接起来。
水铝氧层中，A13+占据八面体空隙的2/3。
根据电价规则计算出层中02-的电价是平衡的，即理论上层内是电中性的。
但层之间在平行叠放时是水铝氧层的0H—与硅氧层的02-相接触，故层间靠氢键来结合。
由于氢键结合比分子间力强，所以，水分子不易进入层内，晶体不会因为水含量增加而膨胀。
高岭石也容易解理成片状的小晶体。
石墨：
结构:
六方原始格子，层状结构。
层内碳原子呈六方环状排列，每个碳原子与三个碳原子以共价键相连；
层间为分了键相连。
碳原子有一个电子可以在层内移动，类似于金属中的自由电子，平行层的方向具硬度低，有润滑感；
良好导电性
23、
简述玻璃的通性。
1）各向同性
2）介稳性
3）熔融态向玻璃态转化的过程是可逆与渐变的
4）熔融态向玻璃态转化时物理、化学性质随温度变化的连续性
24、说明在一定温度下同组成的玻璃比晶体具有较高的内能及晶体具有一定熔点
而玻璃体没有固定熔点的原因。
具有较高内能的原因：
在低温时保留了高温时的结构，具有较高的能量状态，有析晶的趋势。
常温下具有高粘度，析晶不可能，长期保持介稳态。
没有固定熔点原因：
玻璃组成一定时，Tg是一个随冷却速率变化的温度范围，低于该温度范围，体系呈现固体特性，反之则表现出熔体特性。
即：
玻璃没有I古I定熔点。
25、在SiO2中应加入多少的Na20,使玻璃的O/Si=2.5,此时析晶能力是增强还
是减弱?
26、何为表面张力和表面能？
对于固态和液态这两者有何差别?
表面张力：
作用于表面单位长度上与表面相切的力
表面能：
熔体在恒温、恒容条件下增加一个单位新表面积时所作的功，称为比表
面能，简称表面能，单位为J/ni2
27、说明晶界能总小于两个相邻晶粒的表面能之和的原因。
28、粘土的很多性能与吸附阳离子种类有关，指出粘土吸附下列不同阳离子后的性能变化（以箭头表示小f大）
作业题
H+A13+Ba2+Sr2+Ca2+Mg2+NH4+K+Na+Li+
（1）离了置换能力；
（2）粘土的动点位；
（3）粘土的结合水；
（4）泥浆的流动性；
（5）泥浆的稳定性；
（6）泥浆的触变性；
（7）泥团的可塑性；
（8）泥浆的滤水性。
29、用Na2C03和Na2SiO3分别稀释同一种粘土泥浆，试比较电解质加入量相同时，两种泥浆的流动性、触变性和坯体的致密度有何差别？
30、影响粘土可塑性的因素有哪些？
生产上可以采取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?
1矿物组成：
2）吸附离子的影响：
3）粘土颗粒的细度和形状：
4）含水量的影
响：
影响粘土可塑性的因素还有：
泥料的陈腐，添加有机塑化剂、泥料真空处理、粘土内有机质的含量和片状粘土颗粒的方向性等。
措施：
可以通过淘洗除去非可塑性矿物，多次真空练泥，泥料陈腐处理，加入适当的有机物质和塑性粘土
31、什么是吸附和粘附？
当用焊锡来焊接铜丝时，用锂刀除去表面层，可使焊接
更加牢固，请解释这种现象。
32、什么是表面活性剂？
简述其分子结构特点？
以加2?
、GCQ为例说明表面活
性剂如何使粉料的表面改性？
并画图说明
三、计算下列各题
1、在萤石晶体中Ca2+半径为0.112nm,F-半径为0.131nm,求
（1）萤石晶体的堆积系数；
（2）萤石晶体的a=0.547nm,求萤石的密度。
2、MgO
3、计算玻璃的结构参数并比较玻璃的性质
4、P1635、6、7、8、9
四、相图分析：
课后三元相图，具体要求：
1、下图是A-B-C三元系统相图，根据和图回答下列问题：
（1）用箭头表示各条界线上温度下降方向及界线的性质；
（2）判断化合物N的性质；
（3）写出各三元无变量点的性质及其对应的平衡关系式；
（4）写出组成点2在完全平衡条件下的冷却结晶过程；
（5）写出组成点1在完全平衡条件下进行加热吋，开始出现液相的温度和完全
熔融的温度；
写出完全平衡条件下进行冷却，结晶结束时各物质的百分含量
（用线段比表示）。
（s）
<
2、下图是A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题:
（1）用箭头表示各条界线上温度下降方向及界线的性质；
（2）判断化合物AmBn的性质；
（3）写出各三元无变量点的性质及其对应的平衡关系式；
（4）写出组成点1、2在完全平衡条件下的冷却结晶过程；
（5）写出组成点3在完全平衡条件下进行加热吋，开始出现液相的温度和完全
3、下图是A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题：
在图上划分副三角形、
（2）判断化合物D、M的性质；
（4）写出组成点G在完全平衡条件下的冷却结晶过程；
（5）写出组成点H在完全平衡条件下进行加热时，开始出现液相的温度和完全熔融的温度；
写出完全平衡条件下进行冷却，结晶结束时各物质的百分含量（用线段比表示）。
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