无机材料科学基础 陆佩文 课后答案.docx

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无机材料科学基础陆佩文课后答案

2-1名词解释（a）弗伦克尔缺点与肖特基缺点;（b）刃型位错和螺型位错（c）类质同象与同质多晶

解：

（a）当晶体热振动时,一些能量足够大的原子分开均衡地位而挤到晶格点的间隙中,形成间隙原子,而本来地位上形成空位,这种缺点称为弗伦克尔缺点.假如正常格点上原子,热升沉后获得能量分开均衡地位,跃迁到晶体的概况,在原正常格点上留下空位,这种缺点称为肖特基缺点.（b）滑移偏向与位错线垂直的位错称为刃型位错.位错线与滑移偏向互相平行的位错称为螺型位错.（c）类质同象：

物资结晶时,其晶体构造中部分原有的离子或原子地位被性质类似的其它离子或原子所占领,配合构成平均的.呈单一相的晶体,不引起键性和晶体构造变更的现象.同质多晶：

同一化学构成在不合热力学前提下形成构造不合的晶体的现象.2-6

（1）在CaF2晶体中,弗仑克尔缺点形成能为2.8eV,肖特基缺点的生成能为5.5eV,盘算在25℃和1600℃×10－23J/K）

（2）假如CaF2晶体中,含有百万分之一的YF3杂质,则在1600℃时,CaF2晶体中时热缺点占优势照样杂质缺点占优势？

解释原因.

解：

（1）弗仑克尔缺点形成能为2.8eV,小于肖特基缺点形成能5.5eV,所以CaF2晶体中主如果弗仑克尔缺点,肖特基缺点可疏忽不计.-----------1分

当T＝25℃＝298K时,热缺点浓度为：

----2分

当T＝1600℃＝1873K时,热缺点浓度为：

-----2分

（2）CaF2中含百万分之一（10－6）的YF3时的杂质缺点反响为：

由此可知：

[YF3]=2[

],所以当参加10－6YF3时,杂质缺点的浓度为：

--------------------1分

此时,在1600℃下的热缺点盘算为：

xx＋5×10－7

则：

即：

x≈×10－4

热缺点浓度：

------------------1分

显然：

所以在1600℃时是弗仑克尔热缺点占优势

2-10ZnO是六方晶系,a=0.3242nm,c=0.5195nm,每个晶胞中含2个ZnO分子,测得晶体密度分离为5.74,5.606g/cm3,求这两种情形下各产生什么型式的固溶体？

解：

六方晶系的晶胞体积

V=

=

cm3

在两种密度下晶胞的重量分离为

W1=d1××10-23×10-22（g）W2=d2××10-23×10-22（g）

理论上单位晶胞重

W=

（g）

∴密度是d1时为间隙型固溶体,是d2时为置换型固溶体.

2-12从化学构成.相构成斟酌,固溶体.化合物和机械混杂物的差别

固溶体

机械混杂物

化合物

形成原因

以原子尺寸“消融”生成

粉末混杂

原子间互相反应生成

相数

平均单相

多相

单相平均

化学计量

不遵照定比定律

遵照定比定律

化学构成

不肯定

有几种混杂物就有若干化学构成

肯定

以AO溶质消融在B2O3溶剂中为例：

比较项

固溶体

化合物

机械混合物

化学构成

（x =0～2）

AB2O4

AO+B2O3

相构成

平均单相

单相

两相有界面

3-1试简述硅酸盐熔体聚合物构造形成进程和构造特色？

答：

聚合物的形成是以硅氧四面体为基本单位,构成大小不合的聚合体.

可分为三个阶段初期：

石英的分化;

中期：

缩聚并陪同变形;

后期：

在一准时光和必定温度下,聚合息争聚达到均衡.

产品中有低聚物.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合聚合度的各类聚合物的混杂物,构成硅酸盐构造.聚合物种类.大小和数量随熔体的构成和温度而变更

3-2简述影响熔体粘度的身分？

答：

影响熔体粘度的重要身分：

温度和熔体的构成.

碱性氧化物含量增长,激烈降低粘度.

随温度降低,熔体粘度按指数关系递增.

3-3名词解释（并比较其异同）

晶子学说和无规矩收集学说⑵单键强⑶分化和缩聚⑷收集形成剂和收集变性剂

答：

⑴晶子学说：

玻璃内部是由很多“晶子”构成,微晶子是带有晶格变形的有序区域.它们疏散在无定形介中质,晶子向无定形部分过渡是逐渐完成时,二者没有显著界线.

无规矩收集学说：

凡是成为玻璃态的物资和响应的晶体构造一样,也是由一个三度空间收集所构成.这种收集是由离子多面体（三角体或四面体）修建起来的.晶体构造网是由多面体很多次有纪律反复构成,而玻璃中构造多面体的反复没有纪律性.

⑵单键强：

单键强即为各类化合物分化能与该种化合物配位数的商.

⑶分化进程：

架状[SiO4]断裂称为熔融石英的分化进程.

缩聚进程：

分化进程产生的低聚化合物互相产生感化,形成级次较高的聚合物,次进程为缩聚进程.

⑷收集形成剂：

正离子是收集形成离子,对应氧化物能单独形成玻璃.即凡氧化物的单键能/熔点﹥.k者称为收集形成剂.

收集变性剂：

这类氧化物不克不及形成玻璃,但能改变收集构造,从而使玻璃性质改变,即单键强/熔点﹤

.k者称为收集变形剂.

3-4玻璃的构成是13wt%Na2O.13wt%CaO.74wt%SiO2,盘算非桥氧分数？

解：

Na2O

CaO

SiO2

wt%

13

13

74

mol

0.21

0.23

1.23

mol%

12.6

13.8

73.6

6∵Z=4∴X=2R﹣Z=2.39×2﹣4=0.72

Y=Z﹣X=4﹣0.72=3.28非氧桥%=

=/（×）=30.5%

3-5试用试验办法辨别晶体SiO2.SiO2玻璃.硅胶和SiO2熔体.它们的构造有什么不合？

答：

应用X—射线检测.晶体SiO2—质点在三维空间做有纪律的分列,各向异性.SiO2熔体—内部构造为架状,近程有序,长途无序.SiO2玻璃—各向同性.硅胶—松散多孔.

3-9在SiO2中应参加若干Na2O,使玻璃的,此时析晶才能是加强照样减弱？

解：

设参加xmol的Na2O,而SiO2的量为ymol.则O/Si=（x+2y）/y=2.5

∴x=y/2即二者的物资量比为1:

2时,.因为O/Si增长了,粘度降低,析晶才能加强了

3-11有一组二元硅酸盐熔体,其R值变更纪律如下,写出熔体一系列性质的变更纪律（用箭头暗示）

R＝2;2.5;3;3.5;4

（1）游离碱含量

（2）O/Si

（3）低聚合物数量

（4）熔体粘度

（5）形成玻璃才能

（6）析晶才能

4-5试解释粘土构造水和联合水（牢凝联合水.松联合水）.自由水的差别,剖析后两种水在胶团中的感化规模及其对工艺机能的影响.

解：

粘土构造水是粘土构造中的水;因为粘土颗粒一般带负电,又因水是极性分子,当粘土颗粒疏散于水中时,在粘土概况负电场的感化下,水分子以必定取向散布在粘土颗粒四周以氢键与其概况上的氧和氢氧基联合,负电端向外.在第一层水分子的外围形成一个负电概况,因而又吸引第二层水分子.负电场对水分子的引力感化,跟着分开粘土概况距离的增长而减弱,是以水分子的分列也有定向逐渐过渡到凌乱.接近内层形成的定向分列的水分子层称为牢凝联合水,环绕在粘土颗粒四周,与粘土颗粒形成一个整体,一路在介质中活动,其厚度约为3－10个水分子厚.在牢凝联合水的外围吸引着一部分定向程度较差的水分子层称为松联合水,因为分开粘土颗粒概况较远,他们之间的联合力较小.在松联合水以外的水叫自由水.联合水的密度大,热容小,界电常数小,冰点低等,在物理性质上与自由水不合.粘土和水联合的数量可以用测量修饰热来断定.粘土与这三种水联合的状况与数量将会影响粘土－水体系的工艺机能.在粘土含水量必定的情形下,若联合水削减,则自由水就多,此时粘土胶的体积减小,轻易移动,因而泥浆粘度小,流淌性好;当联合水量多时,水膜厚,利于粘土胶粒间的滑动,则可塑性好.

4-7黏土胶粒疏散在水中时,因吸附层与集中层各带有相反的电荷,所以相对移动时两者之间就消失着电位差,这个电位差称电动电位或ζ-电位.其数值对黏土泥浆的稳固性有重要的感化.

8-3             大                      小

（1）离子置换才能

（2）黏土的ζ-电位

（3）泥浆的流淌性

（4）泥浆的稳固性

（5）黏土的联合水

（6）泥浆的触变性

（7）泥团的可塑性

4-10影响粘土可塑性的身分有哪些？

临盆上可以采取什么措施来进步或降低粘土的可塑性以知足成型工艺的须要？

（1）含水量 ,

（2）电解质,（3）颗粒大小,（4）黏土的矿物构成,（5）泥料处理工艺,（6）腐殖质含量,添加剂.（9分） 工艺措施：

          泥料经由真空练泥消除气体;经由一准时光陈腐使水分平均;合适的腐殖质含量;添加塑化剂等办法进步瘠性物料的塑化

6-1名词解释

凝集体系：

不含气相或气相可以疏忽的体系.

介稳均衡：

即热力学非均衡态,能量处于较高状况,经常消失于硅酸盐体系中.

连线规矩：

将一界线（或其延伸线）与响应的连线（或其延伸线）订交,其交点是该界线上的温度最高点.

切线规矩：

将界线上某一点所作的切线与响应的连线订交,如交点在连线上,则暗示界线上该处具有共熔性质;如交点在连线的延伸线上,则暗示界线上该处具有转熔性质,远离交点的晶相被回吸.

不一致熔熔化合物：

是一种不稳固的化合物.加热这种化合物到某一温度便产生分化,分化产品是一种液相和一种晶相,两者构成与化合物构成皆不雷同,故称不一致熔熔化合物.

6-5具有不一致熔融二元化合物的二元相图〔图10-12（c）〕在低共熔点E产生如下析晶进程：

L

A+C,已知E点的B含量为20%,化合物C的B含量为64%.今有C1,C2两种配料,已知C1中B含量是C2中B含量的倍,且在高温熔融冷却析晶时,从该二配估中析出的初相（即达到低共熔温度前析出的第一种晶体）含量相等.请盘算C1,C2的构成..

解：

设C2中B含量为x,则C1中B含量为,由题意得：

所以C1构成B含量为26％,C2构成B含量为％.

6-6今经由过程试验测得如图6-3所示的各相图,试断定这些相图的准确性.假如有错,请指出错在何处？

并解释来由.

图6-3

   解：

第一图错,B组元有一个固定的熔点,是以液相线和固相线在B侧应交于一点.

   第二图错,A.B组元具有一个低共熔点,是以A.B的两条液相线应交于一点.

   第三图错,析晶进程中,达到共熔点后,体系进入低共熔进程,从液相中析出固溶体α.β,体系进入三相均衡状况,体系的温度不克不及变,是以中央的那条线应与AB平行.

   第四图错,具有低共熔点的有限固溶体二元体系相图中γ固溶体不成能消失.

   第五图错,具有转熔点的有限固溶体二元体系相图中γ固溶体不成能消失.

  6-11图6-6是一个未完成的具有一个不一致熔化合物并形成固溶体的二元体系相图.请依据已给出的诸点完成此相图的草图.

6-7已知A,B两组分构成具有低共熔点的有限固溶体二元相图〔图10-12（i）〕.试依据下列试验数据绘制相图的大致外形：

A的熔点为1000℃,B的熔点为700℃.含B为的试样在500℃完整凝固,个中含0.733mol初相α和（α＋β）共生体.含B为的试样在同一温度下完整凝固,个中含0.4mol初相α和（α＋β）共生体,而α相总量占晶相总量的50%.试验数据均在达到均衡状况时测定.

解：

设C点含B为x%,E点含B为y%,D点含B为z%,由题意借助杠杆规矩得关系式：

解得：

％％％由此可肯定C.D.E三点的地位,从而绘出其草图

6-23试剖析图6-11上配料点1.2.3的结晶进程,写出结晶进程的相均衡表达式（标明液.固相构成点的变更及结晶进程各阶段体系中产生的相变更和自由度数的变更）.

    解：

1点冷却析晶进程：

  2点冷却析晶进程：

 3点冷却析晶进程：

图6-11                                 图6-12

    6-24图6-12所示为生成一个三元化合物的三元体系相图.

（1）断定三元化合物N的性质;

（2）标出界线上的温降偏向（转熔界线用双箭头）;（3）指出无变量点K.L.M的性质,并写出相均衡方程;（4）剖析点l.2的结晶进程,写出结晶进程的相均衡表达式.

    解：

（1）N为不一致熔融三元化合物

（2）如图所示

  （3）副△ACN 对应M 低共熔点  

       副△BCN 对应L  低共熔点  

       副△ABN 对应K  单转熔点  

  （4）1的结晶进程：

    2的结晶进程：

影响潮湿的身分有那些？

答：

⑴固体概况光滑度当真实接触角θ小于90°时,光滑度越大,概况接触角越小,就越轻易潮湿;当θ大于90°,则光滑度越大,越晦气于潮湿.

⑵吸附膜吸附膜的消失使接触角增大,起着阻碍感化.

 7-5解释吸附的本质？

答：

吸附是固体概况力场与吸附分子发出的力场互相感化的成果,它是产生在固体上的.依据互相感化力的性质不合,可分为物理吸赞同化学吸附两种.

物理吸附：

由分子间引力引起的,这时吸附物分子与吸附剂晶格可看作是两个分立的体系.

化学吸附：

陪同随电子转移的键合进程,这时应把吸附分子与吸附剂晶格作为一个同一的体系来处理.

什么是晶界构造？

答：

晶界构造是指晶界在多晶体中的外形.构造和散布.

试比较硅酸盐玻璃与硼酸盐玻璃在构造与机能上的差别.

答：

构造差别：

硅酸盐玻璃：

石英玻璃是硅酸盐玻璃的基本.石英玻璃是硅氧四面体[SiO4]以顶角相连而构成的三维架状构造.因为Si—O—Si键角变动规模大,使石英玻璃中[SiO4]四面体分列成无规矩收集构造.SiO2是硅酸盐玻璃中的重要氧化物.

硼酸盐玻璃：

B和O瓜代分列的平面六角环的B—O团体是硼酸盐玻璃的重要基元,这些环经由过程B—O—B链连成三维收集.B2O3是收集形成剂.这种连环构造与石英玻璃硅氧四面体的不规矩收集不合,任何O—B三角体的四周空间其实不完整被临接的三角体所填充,两个原子接近的可能性较小.

机能差别：

硅酸盐玻璃：

试剂和蔼体介质化学稳固性好.硬度高.临盆办法简略等长处.

硼酸盐玻璃：

硼酸盐玻璃有某些优良的特征.例如：

硼酐是独一能用以制作有接收慢中子的氧化物玻璃;氧化硼玻璃的转化温度比硅酸盐玻璃低得多;硼对中子射线的敏锐度高,硼酸盐玻璃作为原子反响堆的窗口对材料起屏障中子射线的感化.

试解释晶粒之间的晶界应力的大小对晶体机能的影响？

答：

两种不合热膨胀系数的晶相,在高温燃烧时,两个相完整密合接触,处于一种无应力状况,但当它们冷却时,因为热膨胀系数不合,压缩不合,晶界中就会消失应力.晶界中的应力大则有可能在晶界上消失裂纹,甚至使多晶体决裂,小则保持在晶界内.

牢凝构造水吸附在黏土矿物层间及概况的定向水分子层,它与黏土胶粒形成整体并一路移动

松构造水黏土概况定向分列过度到非定向分列的水层,它处于胶粒的集中含水量低,黏度小而流淌度大的性质..

一级相变：

体系由一相变成另一相时,如两相的化学势相等但化学势的一级偏微商（一级导数）不相等的称为一级相变.

二次再结晶：

是液相自力析晶：

是在转熔进程中产生的,因为冷却速度较快,被收受接管的晶相有可能会被新析出的固相包裹起来,使转熔进程不克不及持续进行,从而使液相进行另一个单独的析晶进程,就是液相自力析晶

五相图剖析（20分）

1划分副三角形;（见图）（4分）

2标出各条界线上的温度变更偏向（见图）;（4分）

3断定各无变点的性质;E点为低共熔点,P为转熔点（4分）

4写出各无变点的均衡反响式;LE=A+B+SLP+A=B+S（2分）

5写出构成为M点的熔体析晶的旅程;（见图中线路）（6分）

1影响集中的身分？

（1）化学键

（1）化学键

（2）缺点（3）温度（4）杂质（5）集中物资的性质和集中介质的构造

2烧结的重要传质方法有那些?

剖析产生的原因是什么?

（8分）

答：

烧结初期,晶界上气孔数量许多,此时气孔阻拦晶界移动,Vb=0.）烧结中.后期,温度掌握恰当,气孔逐渐削减.可以消失Vb=Vp,此时晶界带动气孔以正常速度移动,负气孔保持在晶界上,气孔可以应用晶界作为空位传递的快速通道而敏捷汇集或消掉.持续升温导致Vb》Vp,晶界超出气孔而向曲率中间移动,气孔包入晶体内部,只能经由过程体积集中消除,这是十分艰苦的.从实现致密化目标斟酌,晶界应带动气孔以正常速度移动,负气孔保持在晶界上,气孔可以应用晶界作为空位传递的快速通道而敏捷汇集或消掉.（1分）

掌握办法：

掌握温度,参加外加剂等.

3影响置换型固溶体和间隙型固溶体形成的身分有哪些？

解：

影响形成置换型固溶体影响身分：

（1）离子尺寸：

15%纪律：

1.（R1-R2）/R1>15%不持续.2.<15%持续.3.>40%不克不及形成固熔体.

（2）离子价：

电价雷同,形成持续固熔体.（3）晶体构造身分：

基质,杂质构造雷同,形成持续固熔体.（4）场强身分.（5）电负性：

差值小,形成固熔体.差值大形成化合物.影响形成间隙型固溶体影响身分：

（1）杂质质点大小：

即添加的原子愈小,易形成固溶体,反之亦然.

（2）晶体（基质）构造：

离子尺寸是与晶体构造的关系亲密相干的,在必定程度上来说,构造中央隙的大小起了决议性的感化.一般晶体中闲暇愈大,构造愈松散,易形成固溶体.（3）电价身分：

外来杂质原子进人世隙时,必定引起晶体构造中电价的不服衡,这时可以经由过程生成空位,产生部分代替或离子的价态变更来保持电价均衡.

4试剖析形成固溶体后对晶体性质的影响.解：

影响有：

（1）稳固晶格,阻拦某些晶型改变的产生;

（2）活化晶格,形成固溶体后,晶格构造有必定畸变,处于高能量的活化状况,有利于进行化学反响;（3）固溶强化,溶质原子的溶入,使固溶体的强度.硬度升高;（4）形成固溶体后对材料物理性质的影响：

固溶体的电学.热学.磁学等物理性质也随成分而持续变更,但一般都不是线性关系.固溶体的强度与硬度往往高于各组元,而塑性则较低,

5影响陶瓷烧结的重要身分有哪些？

答：

1.影响陶瓷烧结的重要身分有：

（1）原始粉料的粒度;

（2）外加剂的感化;（3）烧结温度与保温时光;（4）盐类的选择及煅烧前提;（5）氛围的影响;（6）成型压力