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1、级 材料科学基础复习参考材料1要点2012级材料科学基础复习参考材料第一部分 名词解释第2章2-1 Crystalline and Non-crystalline 结晶态与非晶态 (31,62，64)非晶态是一种过冷液态，不是有长程有序，但因为它相对于液体熔点有很大的过冷，所以原子是定域化的2-2 Single crystalline materials and polycrystalline materials 单晶与多晶材料 ( 62)For a crystalline solid, when the periodic and repeated arrangement of atoms i

2、s perfect or extends throughout the entirety of the specimen without interruption, the result is a single crystal.Most crystalline are composed of a collection of many small crystals or grains,such materials are termed polycrystalline.2-3 Crystal structure, point lattice and unit cell 晶体结构、空间点阵、单位晶胞

3、 （ 1315）晶体结构是指晶体中原子或分子的排列情况，由空间点阵+结构基元而构成，晶体结构的形式是无限多的。空间点阵是把晶体结构中原子或分子等结构基元抽象为周围环境相同的阵点之后，描述晶体结构的周期性和对称性的图像。单位晶胞是一个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。2-4 Direction indices and plane indices 晶向指数与晶面指数晶体中各种方位上的原子面叫晶面，表示晶面的符号叫晶面指数晶体中各个方向上的原子列叫晶向，表示晶向的符号叫晶向指数2-5 Coordination number and coordination polyhedron配

4、位数与配位多面体 ( 34，35，38-40,46)配位多面体：晶体结构中，使与某一原子或离子成配位关系的各个原子或离异离子的中心连线所构成的几何多面体，称为该原子或离子的配位多面体2-6 Isotropic and anisotropic 各向同性与各向异性 （63）各向同性：物体的物理、化学等方面的性质不会因方向的不同而有所变化的特征各向异性：材料在各方向的力学和物理性能呈现差异的特性2-7 Polymorphism and isomorphism同质多晶和类质同晶像 （p49）化学组成相同的物质，在不同的热力学条件下结晶成结构不同的晶体的现象称为同质多晶现象，化学组成不同的晶体，具有相似

5、的化学式和相同晶形的现象，称为类质同晶像2-8 Fluorite type structure and Anti- fluorite type structure萤石型结构与反萤石型结构F-填充在八个小立方体中心，8个四面体全被占据，八面体全空（有1+12*1/4=4个八面体空隙，其中有12个位于棱的中点，为4个晶胞所共用，1个位于体心)反萤石型结构中，阳离子与阴离子的位置相较于萤石型(CaF2)完全相反。碱金属离子占据F离子的位置，氧负离子占据Ca2+的位置。2-9 Spinel type structure and anti-spinel type structure尖晶石型结构与反尖晶型

6、结构在尖晶石结构中，如果A离子占据四面体空隙，B离子占据八面体空隙，则称为正尖晶石。反之，如果半数的B离子占据四面体空隙，A离子和另外半数的B离子占据八面体空隙，则称为反尖晶石。2-10 Reconstruction transformation and displacement transformation 重建性转变和位移性转变 (重建性转变：不能简单的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位移性转变：位移性转变仅仅是结构畸变，转变前后结构差异较小。转变时，并不打开任何键，或改变最终的临近配位数，只是原子的位置发生少许位移，使次级配位有所改变。第

7、6章6-1 Reversible phase transformation and irreversible phase transformation 可逆多晶转变与不可逆多晶转变6-3 Congruent transformation (melt) and incongruent transformation (melt)一致转变（熔融）与不一致转变（熔融）(301)6-4 Independent crystallization 独立析晶第7章7-1 Steady-state diffusion and non-steady-state diffusion稳定（态）扩散与不稳定（态）扩散 (

8、130)稳态扩散：在稳态扩散过程中，扩散组元的浓度只随距离变化，而不随时间变化非稳态扩散：扩散组元的浓度不仅随距离x变化，也随时间变化的扩散称为非稳态扩散。7-2 Self-diffusion and inter-diffusion自扩散与互扩散 (127)7-3 Vacancy diffusion and interstitial diffusion 空位扩散和间隙扩散 （129）间隙扩散：这是原子扩散的一种机制，对于间隙原子来说，由于其尺寸较小，处于晶格间隙中，在扩散时，间隙原子从一个间隙位臵跳到相邻的另一个间隙位臵，形成原子的移动。7-4 Intrinsic diffusion and

9、extrinsic diffusion本征扩散与非本征扩散第二部分 综合、简答题第3章3.1 影响置换型固溶体形成的因素有哪些？Explain the factors affecting the formation of substitutional solid solution（1）离子尺寸：15%规律：1.（R1-R2）/R115%不连续。2.40%不能形成固熔体。（2）离子价：电价相同，形成连续固熔体。（3）晶体结构因素：基质，杂质结构相同，形成连续固熔体。（4）场强因素。（5）电负性：差值小，形成固熔体。差值大形成化合物。3.2 影响间隙型固溶体形成的因素有哪些？Explain the

10、 factors affecting the formation of interstitial solid solution （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）结构：离子尺寸是与晶体结构的关系密切相关的，在一定程度上来说，结构中间隙的大小起了决定性的作用。一般晶体中空隙愈大，结构愈疏松，易形成固溶体。（3）电价因素：外来杂质原子进人间隙时，必然引起晶体结构中电价的不平衡，这时可以通过生成空位，产生部分取代或离子的价态变化来保持电价平衡。3.3 从化学组成、相组成考虑，试比较固溶体与化合物、机械混合物的差别。 Explain the differe

11、nces between solid solution, compounds and mixtures in view of their chemical and phase composition.固溶体机械混合物化合物形成原因以原子尺寸“溶解”生成粉末混合原子间相互反映生成相数均匀单相多相单相均匀化学计量不遵守定比定律遵守定比定律化学组成不确定有几种混合物就有多少化学组成确定3.4 试阐明固溶体、晶格缺陷和非化学计量化合物三者之间的异同点，列出简明表格比较 Explain the similarities and differences of solid solutions, crysta

12、l defects and non-stoichiometric materials.固溶体、晶格缺陷、非化学计量化合物都是点缺陷，是晶体结构缺陷，都是单相均匀的固体，结构同主晶相。热缺陷本征缺陷；固溶体非本征缺陷；分类形成原因形成条件缺陷反应化学式溶解度、缺陷浓度热缺陷肖特基弗伦克尔热起伏T0kO+MMMi+MXMX只受温度控制固溶体无限，有限，置换，间隙搀杂溶解大小，电负性，电价，结构无：受温度控制有：搀杂量固溶度受固溶度控制非化学计量化合物阳缺阴间阳间阴缺环境中气氛性质和压力变化Fe1-xOUO2+xZn1+xOTiO2-Xh3.5 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

13、型或p型半导体材料？Explain the characteristics of non-stoichiometric materials. Why most non-stoichiometric materials are n-type or p-type semiconductors?非化学计量化合物的特点：非化学计量化合物产生及缺陷浓度与气氛性质、压力有关；可以看作是高价化合物与低价化合物的固溶体；缺陷浓度与温度有关，这点可以从平衡常数看出；非化学计量化合物都是半导体。由于负离子缺位和间隙正离子使金属离子过剩产生金属离子过剩（n型）半导体，正离子缺位和间隙负离子使负离子过剩产生负离子过剩

14、（p型）半导体。3.6 如果增大周围氧气的分压，非化学计量化合物Fe1-xO和Zn1+xO的密度将会发生怎样的变化，为什么？（导出密度与氧分压的关系式） Work out the mathematical expression for the relationship between the densities of Fe1-xO and Zn1+xO crystalline materials and the oxygen pressure.解：Zn（g）Zni+eZn（g）+1/2O2=ZnOZni+e+1/2O2ZnOZnO=ePO2ZniO2（g）OO+VFe+2hk=OOVFeh/P

15、O21/2=4OOVFe3/PO21/2VFePO2-1/6，PO2VFe3.7 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。Explain why it is possible to form complete sutstitutional solid solutions, whereas the formations of complete interstitial solid solutions are impossible.（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

16、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。3.8 材料科学基础 习题 3.7， 即 例 3.1和3.2Show the defects reaction equations for the following reactions:(1) NaCl solves in CaCl2 to form vacancy-type solid solution;(2) CaCl2 solves in NaCl to form vacancy-type solid solution;(3) Schottky defects form in NaCl;(4) F

17、renkel defects form in AgI (Ag+ ions enter the interstitial sites) (5) 3.8 FMS QAP 5.11第4章4.1 试简述硅酸盐熔体聚合物结构形成的过程和结构特点。聚合物的形成是以硅氧四面体为基础单位，组成大小不同的聚合体。可分为三个阶段：初期：石英的分化，架状SiO4断裂，在熔体中形成了各种聚合程度的聚合物。中期：缩聚并伴随变形一般链状聚合物易发生围绕Si-O轴转动同时弯曲，层状聚合物使层本身发生褶皱、翘曲、架状聚合物热缺陷增多，同时Si-O-Si键角发生变化。SiO4Na4+Si2O7Na6Si3O10Na8+Na2O

18、（短键）3Si3O10Na8Si6O18Na12+2Na2O（六节环）后期：在一定时间和温度范围内，聚合和解聚达到平衡。缩聚释放的Na2O又能进一步侵蚀石英骨架而使其分化出低聚物，如此循环，直到体系达到分化-缩聚平衡为止。4.2试述石英晶体SiO2、石英熔体Na2O2SiO2 熔体结构和性质上的区别。石英晶体石英熔体Na2O2SiO2结构SiO4按共顶方式对称有规律有序排列，远程有序基本结构单元SiO4呈架状结构，远程无序基本结构单元Si6O1812-呈六节环或八节环，远程无序性质固体无流动性，熔点高，硬度大，导电性差，结构稳定，化学稳定性好有流动性，大，电导率大，表面张力大有流动性，较石英熔

19、体小，电导率大，表面张力大4.3 影响熔体粘度的因素有哪些？试分析一价碱金属氧化物降低硅酸盐熔体粘度的原因。（1）影响熔体粘度的主要因素：温度和熔体的组成。碱性氧化物含量增加，剧烈降低粘度。随温度降低，熔体粘度按指数关系递增。（2）通常碱金属氧化物（Li2O、Na2O、K2O、Rb2O、Cs2O）能降低熔体粘度。这些正离子由于电荷少、半径大、和O2的作用力较小，提供了系统中的“自由氧”而使O/Si比值增加，导致原来硅氧负离子团解聚成较简单的结构单位，因而使活化能减低、粘度变小。4.4 为什么极性共价键化合物的熔体冷却时容易形成玻璃？Why melts of the compounds with

20、 polar covalent bond are tends to form glass during cooling?离子键向共价键过渡的混合键称为急性共价键称为极性共价键，它主要在于S-P电子形成杂化轨道，并构成键和键。这种混合键既具有共价键的方向性和饱和性，不易改变键长和键角的倾向，促进生成具有固定结构的配位多面体，构成玻璃的近程有序；又具有离子键易改变键角、易形成无对称变形的趋势，促进配位多面体不按一定方向连接的不对称变形，构成玻璃远程无序的网络结构。因此极性共价键的物质比较易形成玻璃态。4.5试从结构上比较硅酸盐晶体和硅酸盐玻璃的区别。 Compare the similaritie

21、s and differences in the structures of silicate crystals and silicate glasses.硅酸盐晶体有周期性重复的结构,而玻璃体式非晶态的没有上述特点.4.6试简述淬火玻璃与退火玻璃在结构与性能上有何差异。 Compare the similarities and differences in the structures and properties of rapidly-cooled and slowly-cooled glasses.消除和均衡由温度梯度产生的内应力的玻璃为退火玻璃，这类玻璃不易碎裂且切割方便。淬火处理是将

22、制品加热至接近其软化温度，使玻璃完全退火，然后进行迅速冷却(淬火处理)。因此产生均匀的内应力，从而使玻璃表面产生预加压应力，增加了抗弯、抗冲击的抗扭曲变形的能力。4.7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玻璃体没有固定熔点的原因。玻璃的介稳性：熔体转变为玻璃过程中，是快速冷却，使玻璃在低温下保留了高温时的结构状态，玻璃态是能量的介稳态，有自发放热而转变为晶体的趋势；玻璃无固定熔点：熔体的结晶过程中，系统必有多个相出现，有固定熔点；熔体向玻璃体转变时，其过程是渐变的，无多个相出现，无固定的熔点，只有一个转化温度范围。4.8 何为硼反常现象，为什么会产生这一现象？单纯含有B2

23、O3和SiO2成分的熔体，由于它们的结构不同（前者是层状结构，后者是架状结构），因此难以形成均匀一致的熔体，是不可混溶的。从高温冷却过程中，将各自富集成一个体系，形成互不溶解的两层玻璃（分相）。当加入Na2O后，硼的结构发生变化通过Na2O提供的游离氧，由硼氧三角体BO3转变为硼氧四面体BO4，使硼的结构从层状结构向架状结构转变，为B2O3与SiO2形成均匀一致的玻璃创造条件。在钠硅酸盐玻璃中加入氧化硼时，往往在性质变化曲线中产生极大值和极小值，这现象也称为硼反常现象。4.9 简述晶子学说与无规则网络学说要点，并比较两种学说在解释玻璃结构上的相同点与不同点。 Explain the conce

24、pt of crystallite theory and disordered network theory for glasses, and compare the similarities and differences of the two theories in describing the structures of glasses. 第6章6.1 材料科学基础 习题6.7 Adding about 2% CaO in silica refractory brick has little influence on the refractoriness, while adding sm

25、all amount of Al2O3 will severely lowering the refractoriness. Explain the reasons based on the CaO-SiO2 and Al2O3-SiO2 phase diagrams.SiO2中加入少量的CaO，在低共熔点1436时，液相量为2/37=5.4%，液相量增加不多，不会降低硅砖的耐火度，故可加少量CaO作矿化剂。6.2 材料科学基础 习题6.20 Shown below is an A-B-C ternary phase diagram.What types of the compounds S1

26、 and S2 can be classified to, according to their melting behaviors?Draw the sub- ternary phase diagrams in the main diagram and boundary, and indicate the temperature-decreasing directions and properties of the boundary lines by arrow marks.Explain the properties of the non-variable points and show

27、the equilibrium equations. Show the cooling and crystallization processes of the melt 1 and melt 3, that is, describe the change of the compositions of the liquid and solid phases and the process at each stage, by expressions. 解：（1）S1为一致熔融二元化合物，S2为不一致熔融化合物。（2）如图所示。（3）E低共熔点P1单转熔点P2单转熔点（4）1组成的熔体的冷却结晶过

28、程3组成的熔体的冷却结晶过程（5）熔体1结晶结束时各相百分含量在第三次结晶过程开始前将其急冷却，各相的百分含量（6）在P2点对应的温度开始出现液相，在该温度下出现的最大液相量为：在2点对应的温度下完全熔融。组成2加热过程：6.3 材料科学基础 习题6.21 Shown below is an A-B-C ternary phase diagram.(1) What type of the compounds S can be classified to, according to their melting behaviors? Indicate the temperature-decreas

29、ing directions and properties of the boundary lines, and explain the properties of the non-variable points and the equilibrium equations. (2) Express the cooling and crystallization processes of the melts 1, 2, 3 and 4.(3) Express the heating and melting processes of the mixtures 5 and 6.解：（1）化合物S为不

30、一致熔融三元化合物；P1E、P2E均为共熔界线，P1P2为转熔界线；无变量点E为低共熔点，P1、P2均为单转熔点。（2）组成点为1的熔体的冷却结晶过程：组成点为2的熔体的冷却结晶过程：组成点为3的熔体的冷却结晶过程：组成点为4的熔体的冷却结晶过程：（3）组成为5物系的熔融过程：组成为6物系的熔融过程：6.4 材料科学基础 习题6.22 Shown below is an A-B-C ternary phase diagram.(1) Indicate the temperature-decreasing directions and properties of the boundary lin

31、es by arrow marks.(2) Explain the properties of the non-variable points and show the equilibrium equations. (3) Express the cooling and crystallization processes of the melt M, and explain the reason for the liquid phase depart from R。(4) Draw the binary phase diagrams of AB and BC.解：（1）界线Ee2、e1P、ab、PE、RE、QR、e3Q均为共熔