材料科学基础考点答案

较小，比如NaCl型结构，容易形成消极特缺陷；当晶体中剩余空隙 比较大时，如萤石CaF2型结构等，容易产生弗伦克尔缺陷。 17. 根据原子的滑移方向和位错线取向的几何特征不同，位错分为：刃 位错、螺位错和混合位错。
18. 刃位错、螺位错的定义、性质（与原子滑移方向的关系）：①刃 位错：晶体已滑移部分和未滑移部分的交线犹如砍入晶体的一把刀 的刀刃，则成为刃位错。其几何特征是位错线与原子滑移方向（即 伯氏矢量b）相垂直；滑移面上部位错线周围原子受压应力作用， 原子间距小于正常晶格间距；滑移面下部位错线周围原子受张应力 作用，原子间距大于正常晶格间距。
②扭转晶界的结构 22. 固溶体分类：根据容止原子在基质晶体中所处位置分类 ①置换式
固溶体：亦称替代固溶体，其溶质原子位于点阵结点上，替代（置 换）了部分溶质原子。②间隙式固溶体：亦称间隙型固溶体，其 溶质原子位于点阵的间隙中。
根据外来组元在基质晶体中的固溶度分类 ①有限固溶体（不连 续固溶体、部分互溶固溶体）：有限固溶体固溶度小于100%。②无限 固溶体（连续固溶体、完全互溶固溶体）：由两个（或多个）晶体机构 相同的组元形成，任一组元的成分范围均为0~100%。 23. 伯格斯矢量：表明晶体中有位错存在时，滑移面一侧质点相对于另
21. 小角度晶界：晶界的结构和性质与相邻晶粒的取向差有关，当取向 差θ﹤θ0（10°≤ θ0≤15°）时，称为小角度晶界；θ﹥ θ0（10°≤θ0≤15°）时，称为大角度晶界。
倾斜晶界：一个晶粒相对于另一个晶粒以平行于晶界的某轴线旋转一 定角度所形成的晶界称为倾斜晶界。 扭转晶界：一个晶粒相对于另一个晶粒以垂直于晶界的某轴线旋转一 定角度而形成的晶界称为扭转晶界。 小角度晶界的结构：①倾斜晶界的结构 a、对称倾斜晶界 b、不对称 倾斜晶界
物称为非化学计量化合物。
24. 熔体聚合物理论：熔体中聚合物的形成可分为三个阶段。初期：熔
体的分化；中期：缩聚并伴随着变形；后期：在一定时间和一定温
度下，缩聚-分化达到平衡。产物中有低聚物、Βιβλιοθήκη Baidu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同聚合程度的各种
聚合体的混合物，构成熔体结构。聚合物的种类、大小和数量随着
熔体的组成和温度而变化。这就是熔体结构聚合物理论。
25. 粘度：指单位接触面积、单位速度梯度下两层液体间的内摩擦力。
粘度单位是Pa·s
影响熔体粘度的主要因素：温度和化学组
成。
26. 硼反常现象：当数量不多的碱金属氧化物同三氧化二硼一起熔融
时，碱金属所提供的氧不像熔融二氧化硅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由桥氧组成的硼氧四面体致使三
②重建性转变：不能简单地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。 13. 极化：在离子紧密堆积时，带电荷的离子所产生的电场，必然要对
另一个离子的电子云产生吸引或排斥作用，使之发生变形，这种现 象称为极化。 同质多晶：化学组成相同的物质，在不同的热力学条件下形成结构不 同的晶体的现象，称为同质多晶现象。 热释电性：热释电性是指某些像六方ZnS型的晶体，由于加热使整个晶
10. 晶体结构中正、负离子的配位数的大小由结构中正、负离子半径的 比值来决定。
11. 哥希密特结晶化学定律：晶体结构取决于其组成基元（原子、离子 或离子团）的数量关系、大小关系及极化性能。
12. 多晶转变分类：根据转变时速度快慢和晶体结构变化的不同，可将 多晶转变分为两类：位移性转变和重建性转变。①位移性转变： 仅仅是结构畸变，转变前后结构差异小，转变时并不打开任何键或 改变最邻近的配位数，只是原子位置发生少许位移，使次级配位有 所改变。
（组元）。
33.相律的数学表达式：F=C-P+n（只考虑温度和压力，n=2，即F=C-
P+2）系统中组分数C越多，则自由度数F越大；相数P越多，自由度数
F越小；自由度为零时，相数最大，相数最小时，自由度最大。 34． 35. SiO2重建性转变破坏原有结构，转变速度慢，体积变化大，由晶体 表面向内部进行；位移性转变转变速度快，可逆，与晶体内部发生。 36. 37.不一致熔融化合物是一种不稳定的化合物，加热到一定温度分解， 分解产物是一种液相一种晶相，二者组成与原来化合物完全不同（只能 在固态中存在）。 38. 39.熔体冷却析晶过程规律 ：冷却时从液相中首先析出初晶区所对应的 那种晶体，在初晶相析出过程中，液相组成点的路线遵守背向线规则； 冷却过程中系统的总组成点在投影图上位置始终不变，系统的总组成 点，液相组成点和固相组成点始终在一条直线上，形成杠杆；三元低共 熔点一定是结晶的结束点。 40.三角形规则：原始熔体组成点所在三角形的三个顶点表示的物质即 为其结晶产物，与这三个物质对应的初晶区所包围的无变量点是其结晶 结束点。 41：判断一致和不一致熔融化合物的方法：不论二元或三元化合物，其 组成点在自己的初晶区内的，是一致熔融化合物；组成点在自己的初晶 区外的，是不一致熔融化合物。 42. 共熔界线-转熔界线：通过界线上各店作切线与俩相应晶相组成点
②螺位错：由于位错线周围的一组原子面形成了一个连续的螺旋形坡 面，故称为螺位错。其几何特征是位错线与原子滑移方向相平行；位错 线周围原子的配置是螺旋状的，几形成螺位错后，原来与位错线垂直的 晶面，变成以位错线i中心轴的螺旋面。 19. 位错应变能：位错使其周围点阵畸变，点阵能量增加，点阵所增加
的能量。包括两部分：①位错核心能，在位错核心几个原子间距
一侧质点的相对位移或畸变。 固溶体：将外来组元引入晶体结构，占据基质晶体质点位置或间隙位 置的一部分，仍保持一个晶相，这种晶体称为固溶体。 非化学计量化学物：按照化学中定比定律，化合物中的不同原子的数 量要保持固定的比例，但在实际的化合物中，有一些化合物并不符合定
比定律，其中负离子与正离子的比例并不是固定的比例关系，这些化合
1. 金属间化合物分类：电负性决定的原子价化合物、电子浓度决定的 电子化合物、原子尺寸决定的尺寸因素化合物。
2. 材料科学与工程四要素：组成与结构、使用性能、性质、合成与加 工。
3. 晶胞：是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。
4. 七大晶系、十四种布拉菲格子：三斜（简单三斜）、单斜（简单、 底心）、斜方（简单、体心、底心、面心）、三方（简单）、四方 （简单、体心）、六方（简单）、立方（简单、体心、面心）。
NaCa’+ClCl+VCl· （2）CaCl2
CaNa·+2ClCl+VNa’ （3）O
VNa’+VCl· （4）AgAg
VAg’+Agi· （5）3NaF YF3 NaY’’ +3F+2Nai· 51什么是肖特基缺陷、弗兰克尔缺陷？他们属于何种缺陷，发生缺陷时 位置数是否发生变化。 肖特基缺陷：晶体结构基元，从正常的位置结点位置上移到晶体表面而 正常位置出现了空位 弗兰克尔缺陷：晶体结构基元，从正常的位置结点位置上移到晶体的间
湿，浸湿，铺展。
30.θ=90作为润湿和不润湿的界限，小于90º，可润湿；大于90º，不
可。
31.相：系统中具有相同物理与化学性质的完全均匀部分的在总和。相
界面：相与相之间有界面。
32.组元：系统中每一个能单独分离出来并能独立存在的化学物质。独
立组元：足以表示形成平衡系统中各相组成中所需要的最少数目的物质
的连线相交，如果交点都在连线之内就是共熔界线，如果交点在连 线之外，为转熔界线。 43.低共熔点：若无变量点处于相应的副三角形内的重心位置。 单转熔点：之外，则为转熔点，而且在交叉位子的是单转熔点。 双转熔点：在共轭位置。 44.转熔点不一定是结晶结束点。低共熔点一定是结晶结束点。 45.判断过渡点的方法：如果无变量点周围三个初晶区所对应的晶相组 成点在一条直线上，无变量点没有对应的副三角形，该无变量点便是过 渡点。
5. 晶面指数：结晶学中经常用（hkl）来表示一组平行晶面，称为晶
面指数。
晶向指数：用[uvw]来表示。
6.1mol离子晶体中的正负离子，由相互远离的气态结合成离子晶体时所 释放的能量。
7. 球体最紧密堆积原理：晶体中各离子间的相互结合，可以看作是球 体的堆积。按照晶体中质点的结合应遵循势能最低的原则，从球体 堆积的几何角度来看，球体堆积的密度越大，系统的势能越低，晶 体越稳定。
体温度变化，结果在与该晶体c轴垂直方向的一端出现正电荷，在相反 的一端出现负电荷的性质。（晶体的热释电性与晶体内部的自发极化有 关） 14. 硅酸盐晶体中[SiO4]四面体的五种结合方式：岛状、组群状、链
状、层状和架状。 15. 缺陷按其产生的原因分为：热缺陷、杂质缺陷、非化学计量缺陷、
电荷缺陷和辐照缺陷等。 热缺陷分类，各自特点：热缺陷包括弗伦克尔缺陷和肖特基缺陷。① 弗伦克尔缺陷是质点离开正常格点后进入到晶格间隙位置，其特征是空 位和间隙质点成对出现。②肖特基缺陷是质点由表面位置迁移到新表 面位置，在晶体表面形成新的一层，同时在晶体内部留下空位，其特征 是正负离子空位成比例出现。 16. 形成肖特基缺陷和弗伦克尔缺陷的一般规律：当晶体中剩余空隙比
47解：透闪石双链结构，链内的Si-O键要比链间的Ca-O、Mg-O键强很 多，所以很容易沿链间结合力较弱处劈裂成为纤维状；滑石复网层结
构，复网层由两个[SiO4]层和中间的水镁石层结构构成，复网层与复网 层之间靠教弱的分之间作用力联系，因分子间力弱，所以易沿分子间力
联系处解理成片状。 48解：（1）Al3+可与O2-形成[AlO4]5-；Al3+与Si4+处于第二周期，性质类 似，易于进入硅酸盐晶体结构中与Si4+发生同晶取代，由于遵循鲍林规
则，所以只能部分取代；（2）Al3+置换Si4+是部分取代，Al3+取代 Si4+时，结构单元[AlSiO4][ASiO5]，失去了电中性，有过剩的负电荷，为 了保持电中性，将有一些半径较大而电荷较低的阳离子如K+、Ca2+、 Ba2+进入结构中；（3）设Al3+置换了一半的Si4+，则O2-与一个Si4+一个 Al3+相连，阳离子静电键强度=3/4×1+4/4×1=7/4，O2-电荷数为-2，二者 相差为1/4，若取代超过一半，二者相差必然>1/4，造成结构不稳定。 49说明下列符号的含义：VNa，VNa'，VCl˙，（VNa'VCl˙），CaK˙， CaCa，Cai˙˙ 解：钠原子空位；钠离子空位，带一个单位负电荷；氯离子空位，带一 个单位正电荷；最邻近的Na+空位、Cl-空位形成的缔合中心；Ca2+占据K. 位置，带一个单位正电荷；Ca原子位于Ca原子位置上；Ca2+处于晶格间 隙位置。 50写出下列缺陷反应式：（l）NaCl溶入CaCl2中形成空位型固溶体； （2）CaCl2溶入NaCl中形成空位型固溶体；（3）NaCl形成肖特基缺陷； （4）Agl形成弗伦克尔缺陷（Ag+进入间隙）。（5）NaF加入YF3中形成 间隙型固溶体 解：（1）NaCl
在恒温、恒压条件下增加一个单位表面积时所做的功，称为比表面能，
简称表面能，单位为J/m 。简化后其因次为N/m。
28.晶格能和表面张力的关系：结构类型相同的离子晶体，晶格能越
大，熔体表面张力越大；单位晶体边长越小熔体表面张力越大。（熔体
内部质点相互作用力越大，表面张力越大）
29.润湿是一种流体从固体表面置换另一种流体的过程。三种类型：沾
氧化二硼玻璃从原来二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，所以称之为硼反常反应。
27. 表面张力：作用于表面单位长度上与表面相切的力，单位是N/m。
表面能：通常将在熔体与另一接触的相界面上（一般另一相指空气），
r0=2|b|=2b以内的区域，滑移面两侧原子间的错排能即相当于
位错核心能。由于位错中心处原子位移太大，线弹性理论不适应， 不能采取连续介质模型，而需要借助于点阵模型直接考虑晶体结构 和原子间的相互作用。据估计，错排能约占位错能的1/10.②弹性 应变能，在位错核心区以外，长程应力场作用范围所具有的能量， 约占位错能的9/10。 20. 位错能否发生反应，取决于两个条件：其一，必须满足伯氏矢量的 守恒性，即反应前后各位错的伯氏矢量之和相等， 其二，必须满足能量条件，即反应后各位错的总能量应低于反应前各 位错的总能量，