无机材料物理化学(贺蕴秋)考试题讲课稿
《无机材料物理化学》课程建设探索与实践
《无机材料物理化学》课程建设探索与实践作者：姚爱华叶松贺蕴秋林健来源：《教育教学论坛》2017年第06期摘要：《无机材料物理化学》课程是无机非金属材料专业的主干课程和学科基础课程，然而，在传统的教学模式下，学生对课程的掌握程度及理论知识的运用程度不甚理想。
为了提高课程的教学水平，培养学生的创新精神和实践能力，对本课程的教学内容、教学方法和手段、课程考核方法等方面进行了综合研究，并具体应用于教学实践中，有效提高了学生的综合素质和创新意识，促进了教与学的协调发展。
关键词：《无机材料物理化学》；课程建设；课程实践中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）06-0146-02《无机材料物理化学》课程的前身为《硅酸盐物理化学》，是在物理化学原理的基础上，总结了硅酸盐工业生产的共性规律而形成的，课程内容着重阐述硅酸盐材料组成、结构、性质三者之间的相互关系及其在生产过程中物理、化学变化的基本规律。
目前，《无机材料物理化学》课程已经成为无机非金属材料专业的主干课程和核心学科基础课程，在整个教学课程体系中起着承上启下的作用。
随着现代高科技的快速发展，各种新材料、新技术和新理论已成为教学内容，从而使教学内容不再是概念、原理、方法和规则的简单结合，而是由知识传授、技能训练相互渗透所形成的完整系统。
但是，本课程内容新、概念多、理论性强，其中涉及大量难以理解的抽象知识，因此在课程学习过程中，虽然学生对此课程学习积极性较高，但是对课程的掌握程度及理论知识的运用程度不甚理想。
在此背景下，笔者所在课程组针对该课程进行了多次课程建设以及教学内容和方法的改革，对该课程的教学内容、教学方法和手段、课程考核方法等方面进行了综合研究，并具体应用于教学实践中，从而显著改善了教学效果，有效提高了学生的综合素质和创新意识，促进了教与学的协调发展。
一、课程教学内容的优化和整合《无机材料物理化学》课程的理论性强、涉及大量的基础理论和基本概念，是一门掌握难度大的专业基础课，学生面对大量的基础理论常感茫然无措，因此有必要对课程内容进行优化和整合。
《无机材料物理性能》教学与创新实践能力培养
、
相关的专业基础理论知识的同时， 还有必要训练学生具备 相应的实践与应用能力 。鉴于此 ， 我们需要积极进行教学 培养学生的科学思维精神和创新实践能力 ， 以能力培养为
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应用 ，同时介绍了各种重要物理性能的原理及微观机制 、 性能 的测定方法以及控制和改善性能的措施等。 这些知识 都是各个领域开发和应用无机非金属材料所必需 的基本 技术 ， 在实际工作 中具有重要的意义。 通过本课程的教学 ， 不仅需要让学生掌握无机非金属材料的力 、 热、 光、 电、 磁 等关键物理性能和本质 ， 同时更加需要学生获得无机材料 物理性 能的研究方法 ， 并能够运用所学 的理论知识从微观 的育人培养 目标和指导思想 。 将现代工程教育理念贯穿于 培养方案 中， 上海工程技术大学在培养方案和课程设置上 充分体现“ 工程” 特色， 对从首届学生开始， 要求各试点专 业 的核心或主干专业课程 由具备５ 年 以上的工程经历教师 主讲。数学 、 物理 、 力学 、 外语等基础课程 的师资应 由擅长 科学研究并取得一定成果的教师承担。 ２ ． 选用或者编写合适的教材。优先选用符合教学大纲 或专业规范的优秀英文获奖教材或正式出版的系列教材 ， 规定专业基础课和专业课选用一定数量的英文原版教材 ， 尤其要鼓励校 、企专家合作编写／ 编著反映现代产业先进 技术的英文专业基础课程和专业课程教材。教材必须在３ 年内 进行要新或补充， 及时将产业发展的最新技术纳入其 中。 反馈最为前沿的国际技术创新 。 ３ ， 建设试点专业的专业英语学习网站。 依托近年来 的 快速发展 ， 上海工程技术大学的相关试点专业已具有 比较 丰富和先进的馆藏图书资料和网络资源。同时， “ 飞行技 术” 专业学生在太四飞行训练阶段可调用上海航空股份有 限公司相关机 型的英文飞行手册 、 “ 城市轨道交通车辆工 程” 专业学生在企业实习间可查 阅维修手册以及相关 的英 文网络资源 。 这些资料是开展“ 卓越工程师” 英文教育的宝
无机材料物理化学(贺蕴秋) 答案
第一章几何结晶学基础1-1. 晶体,晶胞的定义;空间格子构造的特点;晶体的基本性质. 1-2. 参网页上的模型,运用对称要素组合定律,写出四方柱,六方柱,四方四面体,斜方双锥,六八面体,三方柱,复三方三角面体,四六面体的点群符号, 并写出其所属的晶系和晶族. 1-3. 参阅网页上的模型,请确定单型中的六八面体,复三方偏三角面体,复六方双锥,和聚型中2,3,4 号模型在晶体定向中,各晶体的晶轴分别与哪些对称轴重或晶棱方向平行? 1-4. 请写出单型三方柱,四方柱,四方双锥,六方柱,菱面体,斜方双锥各晶面的主要晶面符号. 1-5. 请写出下列聚型模型各晶面的晶面符号:1,2,3,4.两个对称面相互成1)60°,2)90°,3)45°,4)30°,可组合成什么点群? 1-6. 由两根相交的二次轴互成1)90°,2)60°,3)45°,4)30°,可以组合成什么点群? 1-7. 试在面心立方格子中画出菱面体格子一晶面在X,Y,Z 轴分别截得2,4,6 个轴单位,请写出此晶面符号. 1-8. 作图表示立方晶体的(123),(012),(421)晶面. 1-9. 在六方晶体中标出晶面(0001),(2110),(1010),(1120),(1210) 的位置. 1. 答:晶体最本质的特点是其内部的原子,离子,或原子集团在三维空间以一定周期性重复排列而成, 晶体的空间格子构造有如下特点: 结点空间格子中的点,在实际晶体中它们可以代表同种质点占有的位置,因此也称为晶体结构中的等同点位置. 行列结点在一维方向上的排列 . 空间格子中任意两个结点连接的方向就是一个行列方向.面网结点在平面上的分布构成面网.空间格子中,不在同一行列上的任意三个结点就可联成一个面网.平行六面体空间格子中的最小单位.它由六个两两平行且大小相等的面组成. 晶体的基本性质是指一切晶体所共有的性质, 这些性质完全来源于晶体的空间格子构造.晶体的基本性质主要包括以下五点: 1 ) . 自限性(自范性),指晶体在适当条件下自发形成封闭几何多面体的性质. 晶体的的多面体形态是其格子构造在外形上的反映. 暴露在空间的晶体外表, 如晶面,晶棱与角顶分别对应其晶体空间格子中的某一个面网,行列和结点. 2 ) . 结晶均一性,指同一晶体的各个不同部分具有相同的性质.因为以晶体的格子构造特点衡量,晶体不同部分质点分布规律相同,决定了晶体的均一性. 3 ) . 对称性,指晶体中的相同部分在不同方向上或不同位置上可以有规律地重复出现.这些相同部位可以是晶面,晶棱或角顶.晶体宏观上的对称性反映了其微观格子构造的几何特征. 4 ) . 各向异性,指晶体的性质因方向不同而具有差异.如云母的层状结构显示了在不同方向上的结合强度不同.从微观结构角度考虑,代表云母晶体的空间格子在不同方向上结点位置的排列不同.5 ) . 稳定性(最小内能),指在相同的热力学条件下,具有相同化学组成的晶体与气相,液相,非晶态相比,晶体具有最小内能,因此也是稳定的结构. 2. 答: 点群运用组合定律晶系晶族四方柱L 4 4L 2 5PC 1,2,3 四方中级六方中级六方柱L6 6L 2 7PC 1.2.3 四方四面体Li 4 2L 2 2P 4,5 四方中级斜方双锥3L 2 3PC 1,2,3 正交低级六八面体3L 4 4L 3 6L 25 等轴高级9PC 三方中级复三方三角面L 3 3L 2 3PC 1,2,3 体四六面体3L 4 4L 3 6L 25 等轴高级9PC 六方中级三方柱Li 6 3L 2 3P 4 3 答:略4. 答: 三方柱晶面1(2110) 晶面2( 1210) 晶面3(1120) 晶面4(0001) 晶面5(0001) 四方柱晶面1(100) 晶面2(010) 晶面3(100) 晶面4(010) 晶面5(001) 晶面6(001) 四方双锥晶面1(h0l) 晶面2(0kl) 晶面3(h0l) 晶面4(0kl) 晶面5(h0l) 晶面6(0kl) 晶面7(h0l) 晶面8(0kl) 六方柱晶面1(10l0) 晶面2(01l0) 晶面3(l100) 晶面4(l010) 晶面5(0l01) 晶面6(1l00) 晶面7(0001) 晶面8(000l) 菱面体晶面1(h00l) 晶面2(0k0l) 晶面3(h00l) 晶面4(0l0l) 晶面5(00il) 晶面6(00il) 斜方双锥晶面1(hkl) 晶面2(hkl) 晶面3(hkl) 晶面4(hkl) 晶面5(hk l ) 晶面6(hk l ) 晶面7 (hkl) 晶面8(hkl) 5. 答: 60°L33P 90°L22P 45°L44P 30°L66P 6. 答: 90°3L 2 60°L33L2 45°L 4L 30°L 6L 6 4 2 2 7. 答:略.(632) 8. 答:略9. 答:略第二章晶体化学基础和无机化合物晶体结构1-1. 晶格能与哪些因素有关?已知MgO 晶体具有氯化钠的结构型, 其晶格常数 a 为0.42nm,试计算MgO 的晶格能. 1-2. 计算具有简单立方(SC)和体心立方(BCC)结构金属(单质)晶胞的堆积密度(空间利用率). 1-3. 金属钼具有BCC 结构,其晶格常数 a 为0.3146nm,试计算钼原子的半径. 金属铬的晶格常数 a 为0.2884nm,密度为7.19g/cm3,通过计算确定铬是简单立方,体心立方还是面心立方结构.(Cr 52.00) 1-4. 在氧离子面心立方紧密堆积中,画出适合正离子填充的空隙形状和位置, 并分析八面体空隙和四面体空隙数分别与氧离子数有什么关系? 1-5. 比较面心立方最紧密堆积和六方最紧密堆积的异同点. 1-6. 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1)实际结构中的Th4+正离子配位数与预计配位数是否一致?2)结构是否满足鲍林规则. 1-7. 从负离子的立方密堆积出发,说明以下情况各产生什么结构类型:1)正离子填满所有四面体空隙位置;2)正离子填满一半四面体空隙位置;3)正离子填满所有八面体空隙位置. 1-8. 在萤石晶体中Ca2+半径为0.112nm,F-半径为0.131nm,求萤石晶体的堆积密度?萤石晶体a=0.547nm,求萤石的密度. 1-9. 根据教材中的萤石结构图,画出萤石晶胞的投影图,并注明Ca2+离子和F离子的标高. 1-10. 下列硅酸盐矿结构各属何种结构类型?(有Al3+离子的要说明其在结构中所处的位置): CaMg[Si2O6] Ca2Al[AlSiO7] Mg[Si4O10](OH)2 K[AlSi3O8] 1.答:因素为(1)离子的电子结构(2)离子的晶体结构类型(3)正负离子平衡距离.MgO 的晶格能为3955.5 KJ mol . 2.答:SC 堆积密度为52.36%,BCC 堆积密度为68.02%. 3.答:钼原子半径为0.1362nm.铬是体心立方BCC 结构. 4.答:四面体数:氧离子数=2:1,八面体数:氧离子数=1:1. 5.答:略. 6.答: (1)半径计算得出Th4+应为六配位,由于ThO2 为萤石结构,故不一致. (2) 不满足多面体规则,电价规则可满足. 7.答:1)反萤石结构.2)闪锌矿结构.3)NaCl 型结构. 8.答:堆积密度为60.41%,萤石的密度为 3.17g cm3. 9.答:图略. 10. 答:CaMg[Si2O6] 单链状. Ca2Al[AlSiO7] 组群状,双四面体.Al3+离子一部分位于氧八面体空隙, 另一部分位于四面体空隙. Mg[Si4O10](OH)2 层状. K[AlSi3O8] 架状.Al3+离子位于氧四面体空隙.第三章晶体的结构缺陷.3-1 方镁石(MgO)的密度是 3.58g/cm3,其晶格常数是0.42nm,计算MgO 中每个晶胞中肖特基缺陷的数目. 3-2 1)在CaF2 晶体中,弗兰克尔缺陷形成能为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? 2)如果CaF2 晶体中,含有百万分之一的YF3 杂质,则在1600℃时,CaF2 晶体中是热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势?请说明原因. 3-3 在下述晶体中,你认为何类缺陷占优势?1)用MgCl2 掺杂的NaCl;2)用Y2O3 掺杂的ZrO2;3)用YF3 掺杂的CaF2;4)在一种还原性气氛中加热的WO3. 3-4 试写出下列缺陷方程: 1) 3) 2) 4) 3-5 当ZrO2 添加到Y2O3 中,为保持结构的电中性,在形成置换型固溶体的同时, 还产生正离子空位,写出其缺陷反应方程式. 3-6 高温结构材料Al2O3 可以用ZrO2 来实现增韧,也可以用MgO 来促进Al2O3 的烧结:1)如加入0.2mol%ZrO2,试写出缺陷反应式和固溶体分子式;2)如加入0.3mol%ZrO2 和Xmol%MgO 对Al2O3 进行复合取代,试写出缺陷反应式,固溶体分子式,并求出X 值. 3-7 ZnO 属六方晶系,a=0.3242nm,c=0.5195nm,每个晶胞中含有2 个ZnO 分3 子,测得晶体密度分别为5.74,5.606g/cm ,求两种情况下各产生什么型式的固溶体? 3-8 非化学计量化合物FexO 中,Fe3+/Fe2+=0.1,求FexO 中空位浓度及x 值. 1.答:平均每个晶胞0.0082 对肖特基缺陷. 2.答:⑴T1=298K,弗兰克缺陷浓度2.21×10-24 ,肖特基缺陷浓度为1.374×10-31;T2=1873K, 弗兰克缺陷浓度 1.72×10-4,肖特基缺陷浓度为 1.4×10-5;⑵T=1600℃,热缺陷1.72×10-4,杂质缺陷1×10-6,热缺陷占优势3.答: 4.答:略5. 答: 6.答:①Al1.997Zr0.002O3 ②Zr0.003Mg0.003Al1.994O3 7.答:略8.答:Fe0.957O,空位浓度[ ]=0.0435第四章非晶态固体4-1 试分析影响熔体粘度的因素有哪些? 4-2 名词解释:晶子学说和无规则网络学说,单键强度,网络形成剂和网络变性剂4-3 玻璃的组成是13mol%Na2O,13mol%CaO,74mol%SiO2,计算非桥氧分数. 有两种不同配比的玻璃,其组成如下: 序号1 2 Na2O( mol%) 8 12 CaO( mol%) 12 8 SiO2( mol%) 80 80 试用玻璃结构参数说明两种玻璃高温下粘度的大小. 4-4 有一组二元硅酸盐熔体,其R 志变化规律如下,写出熔体一系列性质的变化规律:R = 2 , 2.5, 3, 3.5, 4 游离碱含量的变化; O/Si 比的变化; 低聚物数量; 熔体粘度; 形成玻璃的能力; 析晶能力. 4-5 什么是硼反常现象?为什么会产生硼反常现象. 1. 答:溶体组成,质点活化能,温度等. 2. 答:略. 3. 答:R 值为2.35.X 值为0.7.非桥氧分数为17.5%.两种玻璃结构参数相同,但(1)的钙含量高,所以(1)粘度大. 4.答:游离碱含量的变化增大; O/Si 比的变化增大; 低聚物数量增多; 熔体粘度递减; 形成玻璃的能力递减; 析晶能力递增. 5.答:略.第五章固体的表面与界面行为5-1 名词解释: 表面能,表面张力,吸附,接触角,晶界结构,润湿角. 5-2 试说明晶界能总小于两个相邻晶粒的表面能之和的原因. 5-3 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900×10-3N/m,而液体与固体的界面能为600×10- 3 N/m,测得接触角为70.52°. (1) (2) 求Si3N4 的表面张力; 把Si3N4 在低共熔温度下进行热处理,测试其热腐蚀的槽角为60°,求Si3N4 的晶界能. 5-4 生产氧化铅瓷件过程中需要镀银,已知1000℃时γAl2O3 s=1.0×10-3N/m, γAg L=0.92×10-3N/m,γAg L/Al2O3 s=1.77×10-3N/m,问液态银能否润湿氧化铅瓷件表面?可以用什么方法改善它们之间的润湿性? 5-5 5-6 5-7 5-8 影响润湿效果的主要因素有哪些? 大块状的石英材料经煅烧后易于破碎,这是为什么? 试说明晶粒之间的晶界应力大小对晶体性能的影响. 在真空中和在空气中将云母片剥落后再合上,会出现什么现象?说明理由? 5-9 5-10 什么是粘附功?粘附性越好是否就意味着粘附功越小,为什么? 1 克石英当它粉碎(在湿空气中)成每颗粒半径为1μm 的粉末时质量增加至 1.02 克,它的吸附水膜厚度为多少?(石英密度是2.65g/cm3) 1. 3. 答:略2. 答:略答:⑴900×10-3N/M ⑵1559×10-3N/M 4. 答:θ=147°>90°,液态银不能润湿氧化铅表面,可以通过以下方法改善它们之间的润湿性:增大瓷件表面粗糙度;设法除去表面吸附膜等. 5. 略6. 略7. 略8. 略9. 略10. 答:膜厚度为0.0177um第六章相图及其相平衡6-1 名词解释: 凝聚系统;介稳平衡;无变量点;低共熔点;双升点;双降点;液相独立析晶. 6-2 简述SiO2 的多晶转变现象,说明为什么在硅酸盐产品中SiO2 经常是以介稳状态存在. 6-3 具有不一致熔融二元化合物的二元相图(图6-11 所示),在低共熔点E 发生如下析晶过程: .已知 E 点 B 含量为20%,化合物AmBn 的 B 含量为64%.现有C1 和C2 二种配合料,已知C1 中的 B 含量为C2 中 B 含量的 1.5 倍,且在高温熔融冷却析晶时,从该二配合料中析出的初相(即到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 配合料的组成. 6-4 今通过实验测得如图所示的各相图,试判断这些实验结果的正确性,若有错误,予以修正,并说明理由. 6-5 已知 A 和 B 两组份构成具有低共熔点的有限固溶体二元系统(图6-17). 试根据下列实验数据绘制概略相图: 的熔点为1000℃, 的熔点为700℃. A B 含B25%的试样在500℃完全凝固, 其中含73.3.%初相SA(B)和26.7%SA(B)+SB(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SA(B) 和60%SA(B)+SB(A) 共生体,而SA(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. 6-6 试完成下图中的配料点1,2,3 的结晶路程(表明液,固相组成点的变化及其结晶过程各阶段系统中发生的相变化). 6-7 下图所示为一个三元化合物的三元相图. (1) (2) (3) (4) 判断三元化合物N 的性质; 标出边界曲线的降温方向(转熔界线用双箭头); 指出无变点K,L,M 的性质分析点1,2 的结晶路程(表明液固相组成的变化及各阶段的相变化) 6-8 如图6-43,配合料P 的液相在无变点K 发生独立析晶,最终在低共熔点 F 结束结晶.试问此时所获得的C3S,C2S,C3A 和C12A7 四种晶相的含量各为多少?,如果在F 点仍未达到平衡,残留液相能否离开F 点向其它无变点继续转移?为什么? 6-9 如图6-43,今取配合料成分恰好如无变点h 的组成,在充分平衡条件下, 问: (1) (2) (3) 加热该配合料,什么温度开始出现液相? 要使物料全部熔融,至少要加热到多高温度? 写出配合料加热到开始出现液相时和全部熔融时的反应过程. 6-10 如图6-43,若原始液相组成位于配合料圈内,并恰好在CaO 和C3S 初相区的边界曲线上: (1) (2) 说明此液相的结晶路程在缓慢冷却到无变点K 的温度1455℃时急剧冷却到室温,则最终获得哪些相? 各相含量如何? 1.答:名词解释略. 2.答:略,提示从动力学角度说明. 3.答:C1 配料组成为 A 74.1%,B 25.9%;C2 配料组成为 A 82.7%,B 17.3%. 4.答:(A)B 的熔点温度只有一个,两点应该重合.(B)液相组成不应该存在范围.(C)低共熔温度不应该是一条倾斜的直线,应该是水平的.(D)(E)均为二元系统,P 最大为3,不应该出现四相点和四相区域. 5.答:图略,提示低共熔温度线上三点的B%分别为5%,80%,95%. 6.答:略. 7.答:(1)N 为不一致熔融三元化合物.(2)略.(3)L 点位于△BNC 内部,为低共熔点, 点位于△ANB 交叉位, K 为双升点, 点位于△ANC 内部, M 为低共熔点. (4)略. 8.答:C3S,C2S,C3A 和C12A7 四种晶相的含量略,残留液相不能离开F 向其它无变量点转移,因为三元系统最多存在四相,在F 点已有四相. 9.答:(1)加热该配合料,1335 度开始出现液相.(2)要使物料全部熔融,至少要加热到2570 度.(3)略. 10. 答:最终获得C3S,C2S,玻璃相.第七章扩散与固相反应7-1 名词解释: 无序扩散,晶界扩散,表面扩散,本征扩散,非本征扩散,自扩散,互扩散,稳定扩散,不稳定扩散,扩散活化能,扩散通量. 7-2 已知CaO 的肖特基缺陷生成能为6ev,欲使Ca2+在CaO 中的扩散直至CaO 的熔点(2600 ℃)都是非本征扩散,要求三价杂质离子的浓度是多少? 7-3 设有一条内径为30mm 的厚壁管道,被厚度为0.1mm 的铁膜隔开.通过管子的一端向管内输送氮气,以保持膜片一侧氮气浓度为1 200mol/m ,而另一侧的氮气浓度为100 mol/m3.如在700℃下测得通过管道的氮气流量为 2.8×10-8mol/s,求此时氮气在铁中的扩散系数. 7-4 在二根金晶体圆棒的端点涂上示踪原子Au,并把棒的两端如图所示连接. 在920℃下加热100 小时,Au 示踪原子的扩散分布如图所示,并满足下列关系: 3 M 为实验中示踪原子总量,求此时金的自扩散系数. 7-5 试定性地分析和讨论从室温到熔融温度范围内,氯化锌添加剂(10-4mol%) 对氯化纳单晶中所有离子(Zn,Na,Cl)的扩散能力的影响. 7-6 试从扩散介质的结构,性质,晶粒尺寸,扩散物浓度,杂质等方面分析影响扩散的主要因素. 7-7 根据ZnS 烧结的数据测定了扩散系数,在450℃和563℃时,分别测得扩散系数为1.0 ×10 cm /s 和3.0×10 cm /s.(1)确定激活能和D0;(2)根据你对结构的了解, 试从运动的观点和缺陷的产生来推断激活能的含义;(3)根据ZnS 和ZnO 相互类似的特点,预测D 随硫的分压而变化的关系. 7-8 试分析碳原子在面心立方和体心立方铁八面体空隙间跳跃情况并以D=λ Pг形式写出其扩散系数(设点阵常数为a).式中λ为跃迁自由程,P 为跃迁几率,而г为跃迁频率. 7-9 指出以下概念中的错误: (1) (2) (3) 如果固体中不存在扩散流,则说明原子没有扩散; 因固体原子每次跳动方向是随机的,所以在任何情况下扩散流量为零; 晶界上原子排列混乱,不存在空位,所以以空位机制扩散的原子在晶界处无法扩散; -4 2 -4 2 (4) 间隙固溶体中溶质浓度较高,则溶质所占据的间隙越多,供扩散的空余间隙越少,即Z 值越小,越容易导致扩散系数的降低. 7-10 以空位机制进行扩散时,原子每次跳动一次就相当于空位反向跳动一次, 并未形成新的空位,而扩散活化能中却包含着空位形成能,此说法正确吗?请给出说明. 1. 2. 3. 4. 答:略答:1.1×10-5mol/m3 答:D=3.6×10 m /s 答:根据表中数据,以-ln ,求D 为2.33×10-7m2/s 对x2 作图,得一直线,求斜率K,t=360000s,D= -12 2 5. 答:低温时,以杂质扩散为主,ZnCl2 的加入对Na 离子的扩散能力有扩散作用, 而对氯离子的扩散能力影响不大,在高温条件下,本征扩散为主要形式, ZnCl2 的加入影响可忽略. 6. 略7. 答:①Q=48.9kJ,D0=0.39cm2/s ②质点处于其他质点作用的三位势阱中作周期性振动,若要摆脱其他质点的束缚,必须具有克服势阱作用的能量,这部分能量称为激活能,激活能包括迁移能和缺陷形成能. ③D∝PS2-1/4,硫分压越小,D 越大,硫分压增大,D 减小. 8. 9. 答:面心立方(fcc), = ,P= ,D= ,体心立方(bcc),D= 答:①扩散流的产生需要一个推动力,但在宏观上不存在扩散流,只要有一定温度,原子之间存在杂乱无章的自扩散. ②当有外力作用,如处于电场中,扩散流量不为零,只有在平衡状态下,扩散流量为零. ③晶界上原子所受束缚力低,其能量/振动频率搞,迁移能力强,其原子迁移到内部相党羽空位的反向扩散,不仅存在扩散,其扩散能力还比内部强. ④对扩散系数的影响可以忽略. 10.答:不正确.扩散系数是宏观值不是单个原子跳动机理的简单叠加.第八章固相反应8-1 MgO 和SiO2 固相反应生成Mg 2SiO4,反应时扩散离子是什么?写出界面反应方程. 8-2 MoO3 和CaCO3 反应时, 反应机理受到CaCO3 颗粒大小的影响. MoO3 : 当CaCO3 =1:1,MoO3 的粒径r1 为0.036mm,CaCO3 的粒径r2 为0.13mm 时,反应是扩散控制的;而当CaCO3 :MoO3=15:1,r2<0.03 时,反应由升华控制, 试解释这种现象. 8-3 试比较杨德方程和金斯特林格方程的优缺点及其适用条件. 8-4 当测量氧化铝-水化物的分解速率时,发现在等温试验期间,质量损失随时间线性增加到50%左右,超过50%时,质量损失的速率就小于线性规律.线性等温速率随温度指数地增加,温度从451℃增大到493℃时速率增大10 倍,试计算激活能,并说明这是一个扩散控制的反应?还是一般反应或是界面控制的反应. 8-5 1 平均粒径为1μm 的MgO 粉料与Al2O3 粉料以1: 摩尔比配料并均匀混合. 将原料在1300℃恒温3600h 后,有0.3mol 的粉料发生反应生成Mg Al2O4, 该固相反应为扩散控制的反应.试求在300h 后,反应完成的摩尔分数以及反应全部完成所需的时间. 答:扩散离子是Mg2+和Si4+,界面反应方程为: g 2+ +SiO4 Mg2SiO4+Si4+ Si4++4MgO Mg2SiO4+2 Mg2+ 2.答:当MoO3 的粒径r1 为0.036mm,CaCO3 的粒径r2 为0.13mm 时, CaCO3 颗粒大于MoO3,反应由扩散控制,反应速率随着CaCO3 颗粒度减小而加速,当r2<r1 时存在过量CaCO3,由于产物层变薄,扩散阻力减小,反应由MoO3 粒径升华控制, 并随着MoO3 粒径减小而加剧. 3.答:略. 4.答:1):. 由阿累尼乌斯公式: K=Aexp(-Q/RT)得: Q=R In k2/k1 (T1T2/T2-T1)=In10 *R*776*724/(493-451)=257.189KJ/mol R 故反应激活能为257.189kJ/mol 2):此反应为热分解反应,反应是在反应物与产物层的界面处进行的.由题中所述,反应进行到一定程度后质量损失速率小于线性规律,由此可推测该反应由扩散控制, 即后期由于反应物表层已被先前生成的大量产物层所包裹,导致新产生的气体无法扩散到外界去,从而减缓反应进行. 5.答:由于该固相反应为扩散控制反应,且粉料可视为均状大小球形,故用金斯特林格方程得: 1-2/3G-(1-G) 2/3 =kt G1=0.3/(1+1)=0.15 代入得K=7.45×10 -7 由题中所给条件;t1=3600h 所以当t2=300h 时,G2=0.045 令G=1,则T=1/3k=4.47×10 h 5第九章相变9-1 名词解释: 一级相变,二级相变,玻璃析晶,玻璃分相,均态成核,非均态成核,马氏体相变,亚稳分解,不稳分解. 9-2 为什么成核生长机理的相变过程需要有一定的过冷或过热, 相变才能发生, 在什么情况下需要过冷, 什么情况下需要过热?一般物质具有的最大成核速率的过冷度应该如何求得? 9-3 当一个球形晶核在液态中形成时,其自由能的变化△G=4πr2γ+ 4/3 r3△GV.式中r 为球形晶核的半径;γ为液态中晶核的表面能;△GV 为单位体积晶核形成时释放的体积自由能,求临界半径rk 和临界核化自由能△Gk. 8-4 如果液态中形成一个边长为a 的立方体晶核时, 其自由能△G 将写出什么形式?求出此时晶核的临界立方体边长ak 和临界核化自由能△Gk, 并比较球状晶核时,哪一种形状的△G 值更大,为什么? 9-5由 A 向 B 转变的相变过程中, 单位体积能变化△GV 在1000℃时为-419J/cm3, 在900℃时为-2093J/cm3,设A-B 间界面能为5×10-5J/ cm3,求: (1) (2) 在900℃和1000℃时的临界半径; 在1000℃进行相变时所需的能量. 9-6 试从热力学,动力学和形貌等方面比较亚稳分解和不稳分解这两种分相过程的特点. 9-9 某物质从熔体析晶,当时间分别为1s 和5s 时,测得晶相的体积分数分别为0.1%与11.8%,试用Vβ/V=1-exp(-Ktn)式计算Avrami 指数及其速率常数K. 9-10 如果直径为20μm 的液滴,测得成核速率IV=10 S cm ,如果锗能够过冷227℃,试计算锗的晶-液界面能?(TM=1231K,△H=34.8kJ/mol,ρ =5.35g/cm ) 9-11 举例说明相变理论在科学研究和生产实际中的应用. 1. 2. 答:略答: ,当,过热,过冷度为扩散活化能. 3. 4. 答: 答: , , ,显然立方体晶核形成, ,球形晶核较大. ,过冷;当, 3 -1 -1 -3 5. 答:900℃, ×10-17J =4.778, 1000℃, =2.387nm, 6. 9. 10. 11. 答:略答:n=3,K=10-3 答: 答:略第十章烧结过程10-1 名词解释: 熔融温度,烧结温度,烧结,烧成,液相烧结,固相烧结,晶粒生长,二次再结晶,晶粒极限尺寸,晶粒平均尺寸. 10-2 烧结的模型主要有哪几种?各适用于哪些典型的传质过程? 10-3 若固-气界面能为0.1J/m ,如果用直径为1μm 的粒子组成压块的体积为1cm ,试计算由烧结推动力而产生的能量是多少? 10-4 设有粉料粒度为5μm,若经2h 烧结后,x/r=0.1.如果不考虑晶粒的生长,若烧结至x/r=0.2.并分别通过蒸发-凝聚;体积扩散;粘性流动; 溶解-沉淀传质,则各需要多少时间?若烧结8h,则各传质过程的颈部增长x/r 又是多少? 10-5 如上题粉料的粒度改为16μm,烧结至x/r=0.2,各传质需要多少时间? 若烧结时间为8h,各个过程的x/r 又是多少?从两题计算的结果,讨论粒度与烧结时间对四种传质过程的影响程度? 10-6 下列过程中, 哪些能使烧结强度增加, 而不产生致密化过程?试说明理由.(1) 蒸发-凝聚(2)体积扩散(3)粘性流动(4)晶界扩散(5)表面扩散(6)溶解-沉淀. 10-7 制造透明Al2O3 材料时, 原始粉料粒度为2μm, 烧结至最高温度保温0.5h, 测得晶粒尺寸10μm,试问若保温时间为2h,晶粒尺寸多大?为抑制晶粒生长加入0.1%MgO,此时若保温时间为2h,晶粒尺寸又有多大? 10-8 晶界遇到夹杂物时会出现几种情况,从实现致密化目的考虑,晶界应该如何移动?怎样控制? 10-9 在烧结时,晶粒生长能够促进坯体致密化吗?晶粒生长会影响烧结速率吗?试说明之. 10-10 影响烧结的因素有哪些?最易控制的因素是哪几个? 1.答:名词解释略. 2.答:略. 3.答:烧结推动力而产生的能量是0.6J.提示,先算出粒子个数,再算出气固界面消失的面积. 4.答:根据查得各传质方式公式可得: 时间分别为16h,64h,8h,128h,若只烧结8h,则X/R 分别为0.1×41/3,0.1×4 1/5,0.2,0.1×41/6. 5.答:略6.答:略. 7.答:略3 2。
无机材料物理化学考试题
晶体结构名词解释多晶转变：当外界条件改变到一定程度时，各种变体之间发生结构转变，从一种变体转变成为另一种变体的现象。
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。
位移性转变：不打开任何键，也不改变原子最邻近的配位数，仅仅使结构发生畸变，原子从原来位置发生少许位移，使次级配位有所改变的一种多晶转变形式。
重建性转变：破坏原有原子间化学键，改变原子最邻近配位数，使晶体结构完全改变原样的一种多晶转变形式。
1.2晶格能与哪些因素有关？答：离子的电子结构；离子的晶体结构类型；正负离子平衡距离。
林规则1.3 鲍林规则（1）配位数规则：晶体结构中，阳离子周围形成一个阴离子配位多面体，阳离子的配位数取决于阳离子和阴离子半径之比。
根据不同的配位数，从几何关系可以计算出阴阳离子半径比的上、下限范围。
因而，可根据r+/r-值求得阳离子的配位数。
（2）静电价规则：在稳定的离子晶体结构中，所有相连接的阳离子到达一个阴离子的静电建强度，等于阴离子的电荷数。
设S为中心阳离子到达每一配位阴离子的静电建强度，Z为该阳离子的电荷数，n为阳离子配位数，则可得S=Z/n。
又设W为阴离子电荷数，m为阴离子配位数，则静电价规则规定m·S=W。
静电键规则是离子晶体中较严格的规则，它使晶体保持总的电性平衡。
本规则还可用于求得阴离子的配位数。
（3）配位多面体连接方式规则：在离子晶体中，阴离子配位多面体以共棱，特别是共面的方式存在时，结构的稳定性下降。
对于电价高，配位数小的阳离子，此规则的效应更为显著。
硅酸盐结构中，硅氧四面体的连接方式即为一例。
例1：以NaCl晶胞为例，试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。
答：以NaCl晶胞中（001）面心的一个球（Cl-离子）为例，它的正下方有1个八面体空隙（体心位置），与其对称，正上方也有1个八面体空隙；前后左右各有1个八面体空隙（棱心位置）。
高考化学大一轮复习讲义 专题讲座二 无机化工流程题复习策略与解题方法指导
魁夺市安身阳光实验学校专题讲座二无机化工流程题复习策略与解题方法指导一、解题策略化工流程中常见的操作与名词化工流程题目在流程上一般分为3个过程：原料处理―→分离提纯―→获得产品(1)原料处理阶段的常见考点与常见名词①加快反应速率②溶解：通常用酸溶，如用硫酸、盐酸、浓硫酸等水浸：与水接触反应或溶解浸出：固体加水(酸)溶解得到离子浸出率：固体溶解后，离子在溶液中含量的多少(更多转化)酸浸：在酸溶液中反应使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的溶解过程③灼烧、焙烧、煅烧：改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质高温下氧化、分解④控制反应条件的方法(2)分离提纯阶段的常见考点①调pH值除杂a．控制溶液的酸碱性使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀例如：已知下列物质开始沉淀和沉淀完全时的pH如下表所示物质开始沉淀沉淀完全Fe(OH)3 2.7 3.7Fe(OH)27.6 9.6Mn(OH)28.3 9.8若要除去Mn2＋溶液中含有的Fe2＋，应该怎样做？提示：先用氧化剂把Fe2＋氧化为Fe3＋，再调溶液的pH到3.7。
b．调节pH所需的物质一般应满足两点：能与H＋反应，使溶液pH值增大；不引入新杂质。
例如：若要除去Cu2＋溶液中混有的Fe3＋，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH值。
②试剂除杂③加热：加快反应速率或促进平衡向某个方向移动如果在制备过程中出现一些受热易分解的物质或产物，则要注意对温度的控制。
如：侯氏制碱中的NaHCO3；还有如H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(浓)等物质。
④降温：防止某物质在高温时会溶解(或分解)、为使化学平衡向着题目要求的方向移动⑤萃取(3)获得产品阶段的常见考点①洗涤(冰水、热水)：洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗。
②蒸发、反应时的气体氛围抑制水解：如从溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶质时，应在HCl的气流中加热，以防其水解。
无机材料物理化学1绪论
02
表示 Cl-的空位，对原结点位置而言，少了一个负电荷，所以 空位带一个有效正电荷。 计算公式： 有效电荷＝现处类别的既有电荷－完整晶体在同样位置上的电荷 （ 2） 每种缺陷都可以看作是一种物质，离子空位与点阵空位 (h。)也是物质，不是什么都没有。空位是一个零粒子。
(3)质量平衡
(5)表面位置
(4)电中性
缺陷反应两边总的有效电荷必须相等。
(2) 位置增殖
形成Schttky缺陷时增加了位置数目。 能引起位置增殖的缺陷：空位(VM)、错位(VX)、置换杂质原子( MX 、XM)、表面位置(XM)等。 不发生位置增殖的缺陷：e/ , h. , Mi , Xi , Li等。 当表面原子迁移到内部与空位复合时，则减少了位置数目（MM 、XX）。
例 : 纤锌矿结构ZnO晶体，Zn2+ 可以离开原位进入间隙， 此间隙为结构中的另一半“四孔”和“八孔”位置。 从能量角度分析：
下
01
Frankel缺陷的产生
02
上
（2） Schttky缺陷
正常袼点的原子由于热运动跃迁到晶体表面，在晶体内正常格点留下空位。
材料
结构
性能
化学反应 （组成）
2、基本思路：
化学组成
结构
性能
决定
决定
《无机材料科学基础》 陆佩文主编 武汉工业大学出版社 《硅酸盐物理化学》 陆佩文主编 东南大学出版社 《硅酸盐物理化学》丁子上等主编 中国建筑工业出版社 《无机材料物理化学》叶瑞伦主编 天津大学 《怎样看硅酸盐相图》沈鹤年 《玻璃物理化学导论》P.贝尔塔等著 中国建筑工业出版社 《陶瓷导论》W.D.Kingery中国建筑工业出社
无机材料物理性能考试试题及答案55270
无机材料物理性能考试试题及答案55270无机材料物理性能考试试题及答案一、填空（18）1. 声子的准粒子性表现在声子的动量不确定、系统中声子的数目不守恒。
2. 在外加电场E的作用下，一个具有电偶极矩为p的点电偶极子的位能U=-p·E，该式表明当电偶极矩的取向与外电场同向时，能量为最低而反向时能量为最高。
3. TC为正的温度补偿材料具有敞旷结构，并且内部结构单位能发生较大的转动。
4. 钙钛矿型结构由 5 个简立方格子套购而成，它们分别是1个Ti 、1个Ca 和3个氧简立方格子5. 弹性系数ks的大小实质上反映了原子间势能曲线极小值尖峭度的大小。
6. 按照格里菲斯微裂纹理论，材料的断裂强度不是取决于裂纹的数量，而是决定于裂纹的大小，即是由最危险的裂纹尺寸或临界裂纹尺寸决定材料的断裂强度。
7. 制备微晶、高密度与高纯度材料的依据是材料脆性断裂的影响因素有晶粒尺寸、气孔率、杂质等。
8. 粒子强化材料的机理在于粒子可以防止基体内的位错运动，或通过粒子的塑性形变而吸收一部分能量，达从而到强化的目的。
9. 复合体中热膨胀滞后现象产生的原因是由于不同相间或晶粒的不同方向上膨胀系数差别很大，产生很大的内应力，使坯体产生微裂纹。
10.裂纹有三种扩展方式：张开型、滑开型、撕开型11. 格波：晶格中的所有原子以相同频率振动而形成的波，或某一个原子在平衡位置附近的振动是以波的形式在晶体中传播形成的波二、名词解释(12)自发极化：极化并非由外电场所引起，而是由极性晶体内部结构特点所引起，使晶体中的每个晶胞内存在固有电偶极矩，这种极化机制为自发极化。
断裂能：是一种织构敏感参数,起着断裂过程的阻力作用，不仅取决于组分、结构，在很大程度上受到微观缺陷、显微结构的影响。
包括热力学表面能、塑性形变能、微裂纹形成能、相变弹性能等。
电子的共有化运动：原子组成晶体后，由于电子壳层的交叠，电子不再完全局限在某一个原子上，可以由一个原子的某一电子壳层转移到相邻原子的相似壳层上去，因而电子可以在整个晶体中运动。
《材料物理化学》考试试卷(二)标准答案及评分细则
《材料物理化学》考试试卷（二）标准答案及评分细则一、填空题（每题1分，共15分）1、均匀部分p=1 F=12、空位质点（原子）位置N位置处空位3、聚合物理论低高4、组成温度5、近程远程无定形物质晶体二、名词解释1、色心——由晶格缺陷俘获自由电子或电子空穴构成的显色中心，一般由电子补偿的一种缺陷。
2、吸附——材料表面的原子由于剩余键力的作用吸引其它原子或分子的一种现象。
3、胶体——由物质三态组成的高分散度粒子为分散相，分散于另一相所形成的表面能较大的不稳定体系。
4、一致熔化合物——熔化时，液相组成与其固相组成相同的化合物。
5、置换型固溶体——杂质原子进入晶体后置换原来晶体中原子而形成的固溶体。
要求细则：必须在名词解释中基本上把词的意思解释清楚，并答对名词的要点。
并不要求与答案的原话一字不差。
三、判断题（每题2分，共10分）1、Х2、Х3、√4、Х5、Χ四、选择题（每题3分，共12分）1、B2、A3、C4、B 五、计算题（10分）COSØ=(r sv-r sl)/r lv=(0.9-2.3)/1.72=-0.8139 Ø=144.48°因为144.48°>90°则液态铁不能润湿氧化铝，且润湿角为144.48°。
要求：写出公式给3分，正确填入数据给2分，结果正确给2分，回答不能润湿给3分。
六、分析题（每题9分，共18分）1、新的塑料表面能大，无任何吸附，故互相之间相似表面结构而互相吸引。
（4分）用旧了以后，因表面能降低而且吸附了外界杂质，成不相似表面而难以吸附。
（5分）2、第一规则：[SiO4]作为配位多面体，配位数为4。
（3分）第二规则：O2- 2＝4／4＋3×2／6＝2 符合（4分）第三规则：[SiO4]呈孤岛状结构存在，互相之间不连接，保持了结构的稳定。
（2分）七、问答题（共20分）1、固相反应：固体参与直接化学反应并发生化学变化，同时至少在一个过程中起控制作用的反应。
无机材料物理性能考试要点及答案
1. 略2. 在工程力学中讨论无机材料的弹性变形的时候，常涉及到一个重要的定律---虎克定律，它表示了应力、应变之间的线性关系。
对一各向同性体来说，假如它只在x 方向受到拉伸应力σ，写出在这个方向上应力σ、应变ε的关系。
答：Ex x σ=ε3. 什么是材料的弹性变形、塑性变形？简单说明晶体材料产生塑性变形的原因（机理）。
答：（1）材料的弹性变形是指材料在受力作用下发生形变，清除应力后又能恢复原状。
塑性变形就是变形后不能恢复到原状态。
（2）塑性变形机理：在剪应力作用下引起位错运动，导致晶体晶格的滑移，产生塑性变形。
4. 解释Griffith 微裂纹理论，并说明其重要意义。
已知晶格常数a 、裂纹长度C 、弹性模量E 、断裂表面能λ，如何求理论结合强度、临界断裂应力？答：实际材料总是存在许多细小的裂纹或缺陷，在外力作用下这些裂纹或缺陷会产生应力集中现象，当应力大到一定程度，裂纹开始扩展而导致材料断裂，即物体内储存的弹性应变能降低大于或等于由于裂开形成两个新表面所需要的表面能，就会造成裂纹的扩展，反之，则裂纹不会扩展。
重要意义：建立工作应力、裂纹长度和材料性能常数之间的关系，并解释了脆性材料强度远低于其理论强度的现象。
5. 材料强度的本质是什么？裂纹扩展的动力和阻力是什么?由此可以看出，影响无机材料强度的主要参数有哪三个？答：材料强度的本质是内部质点间的结合力；裂纹扩展的动力是由裂纹扩展单位面积所降低的弹性应变能。
三个参数是 C ：裂纹大小、γ：断裂表面能、E ：弹性模量。
6. 什么是材料的断裂韧性KIC ？假设有一材料，为了确保其使用的安全性，从断裂强度理论出发，那么其应力场强度因子KI 与断裂韧性KIC 之间应满足何种关系？答：K IC 是反映材料具有抵抗裂纹扩展的能力；K I <K IC7. 举出两种增强无机材料强度（或韧性）的方法，并简单说明其中的原因。
答：○1弥散增韧：在基体中加入具有一定尺寸的微细粉体，可以吸收弹性应变能的释放量，从而增加断裂表面能，改变韧性。
《无机材料物理化学》考试试题(九).doc
《无机材料物理化学》考试试题（九）一、填空题（每空1分，共15分）1、位错包括和两类。
2、相平衡研究方法包括法和法。
3、热力学电位大小比动电电位-4、吸附对固体表面表面能的大小的影响是o5、硅酸盐熔体的聚合度随O/Si比的增大而。
6、等径球体堆积方式为ABABAB的称为，而堆积方式为ABCABCABC 的称为。
7、二元系统相图中，横座标表示,纵座标表示-8、三元凝聚系统相图中，初晶区内表示相平衡，界线上表示相平衡，无变量点表示相平衡，相数最大值为C二、名词解释（每题3分，共15分）1、非化学计量化合物2、配位数3、可塑性4、泰曼温度5、不一致熔化合物三、判断题（每题2分，共10分，正确的打错误的打“X”）1、三元凝聚系统相图中，每一个无变量点一定对应有一个副三角形。
（）2、相图中，化合物的组成点不一定位于对应的初晶区内。
（）3、玻璃体的内能高于晶体物质，且玻璃为各向异性，而晶体则是各向同性。
（）4、Z n*O物质是由于金属离子过剩，生成间隙正离子的非化学计量化合物。
（）5、在离子交换顺序中，H4■离子的交换能力不及Na*离四、选择题（将正确答案的序号填在括号内，每题3分，共12分）1、正负离子配位多面体中，rJr—0.74,则正离子的配位数为（）A、5B、42、下列矿物结构为环状的是A、Mg2[siO4]C、K[AISi3O8] B、Al2[si40io](OH)2D 、BaTi[Si O]下列氧化物哪一种是玻璃网络变性体A、SiOB、NaOHC、B2O3D、ZnO4、硅酸盐熔体中聚合物种类、数量与熔体组成（O/si）有关，O/si；比值降低，则熔体中的A、低聚体数量增多C、高聚体数量不变B、低聚体数量减少D、低聚体数量不变五、计算题（10分）什么是弯曲表面附加压力？其正负根据什么划分？设表面张力为0.9N.mL计算曲率半径为0.5 u m的凹面的附加压力？六、分析题（每题8分，共16分）1、用鲍林第一、第二、第三规则分析Mg2[SiO4]的结构。
无机材料物理化学试题(改)
无机材料物理化学试题1答案一、填空题（每空1分，共20分）1.晶体结构中的热缺陷有弗伦克尔缺陷 和 肖特基缺陷 二类。
2.三T 图中三个T 代表 温度 、时间 和 转变。
3.玻璃具有下列通性：各向同性、介稳性、熔融态向玻璃态转化的可逆与渐变性 和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。
4. 固体质点扩散的推动力是化学位梯度，液－固相变过程的推动力是过冷度，烧结过程的推动力是粉状物料的表面能与多晶烧结体的能量差。
5.试验测得NaCl 的扩散系数与温度关系如图所 示，直线（1）属 本征 扩散，直线（2）属 非本征 扩散；如果提高NaCl 的纯度，两直线的转折点向 左 方向移动。
6.固体质点扩散的推动力是化学位梯度。
7．在硅酸盐熔体中，当以低聚物为主时，体系的粘度 小 、析晶能力 大 。
8. 写出缺陷反应式二．（10分）已知O 2溶解在FeO 晶体中形成贫铁氧化物Fe 1-X 的反应如下：试用扩散的微观理论推导Fe 2＋的扩散系数D Fe2＋与氧分压P O2的关系式。
三．（10分）写出杨德尔模型要点及动力学关系式，为什么在转化率高时出现偏差？金斯特林格主要在杨德尔模型的基础上考虑了什么影响？答： 杨德尔方程在反应初期具有很好的适应性，但杨氏模型中假设球形颗粒反应截面积始终不变，因而只适用反应初期转化率较低的情况。
而金氏模型中考虑在反应进程中反应截面积随反应进程变化这一事实，因而金氏方程适用范围更广，可以适合反应初、中期。
两个方程都只适用于稳定扩散的情况。
1/TlogD1000/T (1)(2) ∙+''++FeFe o 2Fe 2Fe V (g)＝O O 212Fe Oi Y O Y OO Ce CeO O O Zr ZrO O V a L O La 3232322232+''+−−→−++'−−→−∙∙∙T)＝exp(-ΔG/R P ]][Fe V [＝K 平衡常数2Fe V (g)＝O O 212Fe 21O 2F e F e 0F eF e o 2F e 2∙∙''+''++)/exp(][4][2][2132RT G P V V h O Fe Fe ∆-=''∴''=∙ 61/Fe 61312122D )3/exp()41(][O O Fe O Fe P RT G P V x∝∆-=''-+或t K G G F J J =--=231])1(1[)(杨德尔方程：t K G G G F K K =---=32)1(321)(金斯特林格方程：四（15分）说明影响扩散的因素？答：化学键：共价键方向性限制不利间隙扩散，空位扩散为主。
《无机材料物理化学》课程期末考试试卷
《无机材料物理化学》课程期末考试试卷 A 2005.12.一、术语解释（共24分，每小题3分）1、立方最紧密堆积与六方最紧密堆积2、F-色心与V-色心3、置换型与间隙型固溶体；4、弗伦克尔缺陷与肖特基缺陷5、本征与非本征扩散6、晶核的临界半径和形成玻璃的临界冷却速率7、晶粒生长和二次再结晶8、烧结与固相反应二、填充题（共36分，每空1分）1、根据晶体的对称型可把晶体分为、和三大晶族及个晶系，对称型L2PC属于晶系。
2、根据硅氧四面体的连接方式不同，硅酸盐晶体的结构类型可分为五类，分别是、、、和，其中钾长石属于硅酸盐。
3、空间格子中的平行六面体除原始格子外还有三种格子，分别为、、。
4、根据缺陷的产生机理，点缺陷的主要类型包括、和等。
当MgO溶于Al2O3中产生缺陷的反应方程式为: 。
5、在浓度三角形内，以下几条规则是适用的，主要包括、、、和等。
三元系统对于生产硅酸盐水泥具有重要参考价值。
除用淬冷法可测定凝聚系统的相图外，另一种可测定相图的基本方法是。
6、材料中有时也会发生质点向浓度增大的方向进行扩散，即所谓，例如玻璃的过程以及晶界上等。
7、液-固相变的析晶过程包括和两个过程。
检测分相的实验方法有几种，其中一种方法的名称为。
8、扩散推动力为；烧结推动力为。
影响固相反应的四个主要因素有、、、和。
三、问答题（共40分）1.试说明层状硅酸盐的晶体结构特点，并解释高岭石和蒙脱石在离子交换容量方面存在较大差异的原因。
（10分）2. (a) 试述烧结的三个阶段及其特征；(b) 烧结中常见的传质方式有四种，请说明其中三种传质方式的烧结推动力为何？（9分）3. 对整个液－固相变过程，阐述过冷度的影响，需画出相应的示意图。
并讨论此示意图对研究玻璃的形成有何参考意义。
（6分）4. 请分别阐述为提高ZrO2和MgO陶瓷的扩散速率可分别引入何种氧化物？分别产生什么类型的空位？请分别写出缺陷方程式。
（5分）5. 在下列相图中：(a)确定各条界线的温降方向和性质(以单箭头或双箭头表示)；(b)判断三元化合物S的性质；(c)确定无变量点K的性质；(d)写出组成点M和N熔体的冷却结晶路程（需分别写出液相点和固相点的变化）。
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无机材料物理化学(贺蕴秋)考试题一、填空硅酸盐结构：岛状结构层状结构组群状结构链状结构架状结构晶格能影响因素：离子半径离子电荷电子层构型固溶体种类：填隙型置换型决定离子晶体结构的基本因素：球体最紧密堆积配位数离子的极化电负性固溶体影响因素：离子尺寸晶体的结构类型电负性非化学计量化合物：阴离子空位型阳离子填隙型阴离子填隙型阴离子空位型位错类型：刃位错螺型位错熔融三种冷却过程：结晶化玻璃化分相玻璃冷却速率的影响因素：过冷度熔体黏度晶核形成速率晶核成长速率玻璃在熔点的黏度越高越易形成玻璃，Tg/Tm>2/3时易形成玻璃3T图中3T：时间温度转变分子引力：定向力色散力诱导力热缺陷：弗伦克尔缺陷肖特基缺陷固体表面影响因素：表面粗糙度表面微裂纹晶界：小角度晶界大角度晶界润湿现象：附着润湿铺展润湿浸渍润湿润湿的影响因素：粗糙度吸附膜熔体黏度的影响因素：温度熔体组成扩散机制：直接易位环形易位间隙扩散准间隙扩散空位扩散由点缺陷（肖特基和弗兰克尔缺陷）引起的扩散为本征扩散，空位来源于掺杂而引起的扩散为非本征扩散。
黏附的影响因素：润湿性黏附功黏附面的张力相容性和亲和性固相反应速率：化学反应速率扩散速率烧结气氛：还原性氧化性中性固态相变：一级相变二级相变从熔体中析晶的过程分二步完成，首先是成核，然后就是晶体生长过程。
均匀成核的成核速率由受核化位垒影响的成核率因子和受原子扩散影响的成核率因子所决定的。
固体质点扩散的推动力：化学位梯度液－固相变过程的推动力：过冷度烧结过程的推动力：粉料表面能的降低二、名词解释晶格能：在0K时1mol离子化合物的各离子拆散成气体所需的能量配位数：与一个原子或离子直接相邻的原子或离子数离子极化：离子正负电荷的重心发生偏离产生偶极矩的现象同质多晶：物质在不同温度、压力等热力学条件下呈现不同的晶体结构点缺陷：在空间各方向上的尺度远小于晶体、晶粒尺度的缺陷热缺陷：由晶体内部质点热运动而形成的缺陷肖特基缺陷：原子离开平衡位置迁移至晶体表面格点位置，晶体内仅留有空隙的缺陷弗伦克尔缺陷：原子离开平衡位置进入晶格间隙形成的缺陷杂质缺陷：杂质原子进入晶格形成的结构缺陷固溶体：固体作为溶剂溶有其他数量可变的杂质原子，并形成的单一均匀的晶态固体位错：晶体的一维晶格缺陷刃位错：滑移方向与位错线垂直的位错螺位错：滑移方向与位错线平行的位错非化学计量化合物：化合物中不遵循整数比，同种物质组成在一定范围内变动的化合物晶子学说：玻璃中有大量微晶的存在，晶子仅在内部有晶体结构，晶子分散在无定形介质中，向无定形介质过渡中无明显界限无规则网络学说：原子在玻璃和晶体中都形成了连续、三维空间网络结构，它们结构单元为三面体或四面体，但玻璃中的网络无周期性和规则性单键强度：化合物解离能比化合物的配位数的商网络形成剂：单键强度>335KJ/mol的可形成玻璃的氧化物网络变性剂：单键强度<250KJ/mol，不能单独形成玻璃的氧化物固体表面能：产生单位新表面所消耗的等温可逆功松弛：表面表面质点通过电子云极化变形来降低表面能的过程晶界应力：在晶界上由于质点排列不规则使质点距离不均匀而形成的微观机械应力气体在固体表面的吸附：气体分子在固体表面上发生的浓集现象，物理吸附无电子转移，化学吸附有电子转移，形成化学键表面张力：由表面层分子引力不均引起的作用于物质表面使表面积缩小的力接触角：固固之间或固液之间接触时产生的夹角晶界结构：不同生长方向的晶粒在相遇时形成的具有一定特征的边界结构润湿角：固液接触时，固相水平线与液相的切线相交的夹角孪晶界：两个晶体沿一个公共晶面构成镜面对称的位向关系扩散通量：单位时间内垂直通过扩散方向x的单位面积的物质流量无序扩散：原子或离子的无规则扩散迁移运动晶界扩散：沿边界或界面发生的扩散表面扩散：在晶体表面发生的本征扩散：仅仅由本身的点缺陷作为迁移载体的扩散非本征扩散：由杂质引起的缺陷进行的扩散自扩散：纯组分晶体中，不依赖浓度梯度的扩散互扩散：两种组分扩散通量大小相等，方向相反的扩散方式稳定扩散：扩散物质的浓度不随时间变化的扩散过程不稳定扩散：扩散物质的浓度随时间变化的扩散过程扩散活化能：一级相变：临界温度下自由能关于温度、压力的一次导数不连续的一类相变二级相变：临界温度下自由能一次导数连续而二次导数不连续的一类相变玻璃析晶：当玻璃熔体冷却在析晶温度范围时，由于晶核形成速率和晶体生长速率较大而导致玻璃析出晶体的过程。
玻璃分相：均匀的玻璃相在一定的温度和组成范围内分成两个互不溶解的或部分溶解的玻璃相（或液相）并相互共存的现象均态成核：不稳定核胚在均匀介质中形成稳定晶核的过程非均态成核：不稳定核胚在异相界面上形成稳定晶核的过程马氏体相变：是一种通过材料的一个分立体积的剪切作用而以极快的速度进行的相变过程亚稳分解：液相通过成核—生长的方式使不混溶的第二相从母液中析出的过程不稳分解：液相通过浓度的波形起伏的方式迅速分为两个不互溶的液相的过程亚稳区：理论上应发生相变的但实际上未发生相变的温度范围称为亚稳区烧结：固体粉料成型体在低于其熔点温度下加热，使物质自发填充颗粒间的空隙，得到具有一定性能和外形的整体。
烧成：烧结过程的工艺液相烧结：在烧结温度下有液相参与的烧结过程固相烧结：只有固相参与的烧结过程晶粒生长：平均晶粒尺寸在不改变其分布的情况下连续增大的过程二次再结晶：较大尺寸的晶粒越过气孔或夹杂物而进一步吞并小晶粒不断生长，直到与邻近大晶粒接触为止晶粒极限尺寸：晶粒生长过程中由于杂质离子对晶界移动的阻碍使晶粒大小不超过一定的尺寸，该生长极限尺寸即为晶粒的极限尺寸三、简答1、鲍林规则：（1）配位多面体规则：每个正离子都被包围在负离子所形成的多面体中（2）静电价规则：每个负离子电价近似为它周围正离子形成的静电键总和（3）配位多面体连接方式规则：在离子晶体中，阴离子配位多面体以共棱，特别是共面的方式存在时，结构的稳定性下降。
2、玻璃的通性：（1）各向同性，且短程有序（2）介稳性（3）熔融态向玻璃态转化的可逆性和渐变性（4）熔融态向玻璃转化中物化性质变化的连续性、渐变性（5）玻璃性能的可设计性3、玻璃形成的热力学、动力学和结晶化条件。
热力学：系统中玻璃态和结晶态的内能相差不大时，析晶驱动力小，容易形成玻璃动力学：急速降温；晶核形成速率和晶体成长速率的极大值所在温度范围距离较远时易形成玻璃；Tg/Tm越大，越易形成玻璃，Tg为玻璃转变温度，Tm为熔点结晶化：单键强度>335kJ/mol；具有极性共价键和非金属共价键4、固体表面特征：（1）表面原子不规则性，存在大量晶体缺陷（2）固体表面性质与内部性质相差较大（3）表面原子具有较大的能量5、影响扩散系数的因素：（1）温度：温度升高，扩散系数增大（2）杂质：杂质使空位浓度保持不变（3）外电场和离子电导率的影响（4）键性的影响：D（金属）>D（离子晶体）>D（共价化合物）（5）晶体结构缺陷的影响：表面扩散大于内部扩散（6）热历史的影响：淬火处理的结构的扩散能力更好6、马氏体相变的特征；（1）有习性平面的存在，马氏体与母相不改变结晶学方位（2）转变中无扩散产生（3）转变往往以非常快的速率进行（4）当母相冷却时，马氏体相变通常在一个特定的温度Ms下进行7、固相反应特点：（1）固相反应属于非均相反应，先决条件是反应物的固相相互接触（2）固相反应开始温度远低于反应物的熔点或系统的低共熔点8、影响固相反应的因素：（1）反应物的化学组成与结构（2）反应物的颗粒尺寸及分布（3）反应温度、压力和气氛的影响（4）矿化剂，可对固相反应起到特殊的作用9、杨德尔方程与金斯特林格方程10、各种传质机理的比较11、影响烧结的因素：（1）原始粉料的粒度，力度越小越均匀有利于烧结进行；（2）外加剂的作用，外加剂可与原料形成固溶体、液相、化合物等促进烧结；（3）烧结温度和保温时间；（4）盐类的选择及煅烧条件；（5）气氛的影响，阴离子扩散速率控制的应在还原性气氛中烧结，反之也是；（6）压力的影响，适当的压力可促进生成物颗粒的致密化12、典型二元化合物结构13、固溶体、化合物、机械混合物的比较。
14、分析温度对相变热力学及动力学影响。
当温度降低，过冷度增大，成核势垒下降，成核速率上升，直至最大值；当温度继续下降，液相粘度增加，原子或分子扩散速率下降，所以温度过高与过低对成核与生长都不利，只有在一定温度下范围下才有最大成核与生长速率，该温度范围即为系统的最大析晶倾向区。
15、吸附膜对表面结构和性质的影响（1）吸附膜降低了表面能，使固体表面难以润湿和吸附（2）显著降低材料的机械强度（3）降低材料的功函数16、晶体的成核生长机理。
当温度低于晶体的熔点温度时，晶体内部出现核化，可分为均匀核化与非均匀核化，接着新生成的核以更快的速率生长，晶体的生长速率与原子、分子加到晶核速率和固—液界面的扩散速率有关。
17、亚稳分解与不稳分解18、固相烧结与液相烧结的比较相同点：烧结的推动力都是表面能；烧结过程均由颗粒重排、气孔填充和晶粒生长组成。
不同点：液相烧结过程中有液相参与；液相烧结为流动传质，固相烧结多为扩散传质；液相烧结致密化速率比固相烧结高；液相烧结的影响因素比固相更复杂。
四、判断题1、Fick第二定律仅适用于稳态扩散过程。
（×）2、在硅酸盐熔体中，当以低聚物为主时，体系的粘度低、析晶能力大。
（√）3、浓度梯度是扩散的推动力，物质总是从高浓度处向低浓度处扩散。
（×）4、一般来说，晶界是气孔通向烧结体外的主要扩散通道。
（√）5、固溶体是一种溶解了杂质组份的非晶态固体。
（×）6、液相析晶过程中过冷度的大小会影响材料的显微结构。
（√）7、晶胚的临界半径rk随着ΔT的增大而减小，相变愈易进行。
（√）8、一般来说二次再结晶对材料的性能有利。
（×）9、液－液相变的不稳分解过程不存在位垒。
（√）10、在烧结后期，提高温度总是可以促进气孔的排除。
（×）1. 非化学计量化合物的组成与配料时称量的精度有关。
(×)2. 临界冷却速度大，则意味着析晶困难，容易形成玻璃体。
(×)3. 浓度梯度是扩散的推动力，物质总是从高浓度处向低浓度处扩散。
(×)4. 液－液相变的不稳分解过程不存在位垒 (√)5. 相变过程是—个化学变化过程。
(×)6. 粉体颗粒直径越小，其所对应的溶解度和蒸汽压也越大。
(√)7. 扩散传质中压应力区空位浓度<无应力区空位浓度<张应力区空位浓度。
(√)8. 晶粒长大源于小晶体的相互粘结。
(×)9. 在烧结后期，提高温度总是可以促进气孔的排除。
(×）10.一般来说，晶界是气孔通向烧结体外的主要扩散通道。