材料物理化学习题

第三章熔体与非晶态固体

知识点：

1.黏度与组成的关系

答：组成是通过改变熔体构造而影响黏度的。

①一价金属氧化物

碱金属氧化物R2O引入到硅酸盐熔体中，使熔体黏度降低。在简单碱金属硅酸盐系统

〔R2O—SiO2〕中，碱金属离子R+对黏度的影响与其本身的含量有关。当R2O含量较低

时(O/Si比值较低)，参加的正离子的半径越小，降低黏度的作用就越大，起次序是：Li+

＞Na+＞K+；当熔体中R2O含量较高(O/Si比值较高)时，R2O对黏度影响的次序是：Li+

＞Na+＞K+。

②二价金属氧化物

二价碱土金属氧化物对黏度的影响比拟复杂，综合各种效应，R2+降低黏度的次序是：

Pb2+＞Ba2+＞Sr2+＞Cd2+＞Ca2+＞Zn2+＞Mg2+.

③高价金属氧化物

一般地，在熔体中引入SiO2、Al2O3、B2O3、ZrO2等高价氧化物时，会导致黏度升高。

2.硼反常现象：当数量不多的碱金属氧化物同B2O3一起熔融时，碱金属所提供的氧不像熔

融SiO2玻璃中作为非桥氧出现在构造中，而是使硼氧三角体转变为由桥氧组成的硼氧四面体，致使B2O3玻璃从原来两度空间的层状构造局部转变为三度空间的架状构造，从而加强了网络构造，并使玻璃的各种物理性能变好。这与一样条件下的硅酸盐玻璃相比，其性能随碱金属或碱土金属参加量的变化规律相反，所以称之为硼反常现象。

3.非晶态固体——玻璃的通性

①各项同性：无内应力存在的均质玻璃在各个方向的物理性质，如折射率、硬度、导

电性、弹性模量、热膨胀系数、导热系数等都是一样的；

②热力学介稳性：玻璃具有析晶不稳定性与析晶困难相对稳定性的统一；

③熔融态向玻璃态转化的可逆性与渐变性：熔体向玻璃体转化的过程是在较宽的温度

范围内完成得，随着温度的下降，熔体的黏度越来越大，且变化是连续的，最后形

成固相的玻璃，其间没有新相出现，因此具有渐变性；由玻璃加热变为熔体的过程

也是渐变的，因此具有可逆性。

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

⑤物理、化学性质随成分变化的连续性。

4.桥氧与非桥氧

在熔体中，与两个Si相连的氧〔O〕称为桥氧〔O b〕，仅与一个Si相连的氧(O)称为非桥

氧〔O nb〕。

5.玻璃转变温度或脆性温度Tg，对应黏度为1×1012Pa·s；玻璃软化温度Tf对应的黏度

为1×108Pa·s。玻璃转变温度Tg是区分玻璃与其它非晶态固体〔如硅胶、树脂〕的重要

特征。Tg＜Tf

课后问答题：

22

答：构造差异：

硅酸盐玻璃：石英玻璃是硅酸盐玻璃的根底。石英玻璃是硅氧四面体[SiO 4]以顶角

相连而组成的三维架状构造。由于Si —O —Si 键角变动范围大，使石英玻璃中[SiO 4]四面体排列成无规那么网络构造。SiO 2是硅酸盐玻璃中的主要氧化物。

硼酸盐玻璃：B 和O 交替排列的平面六角环的B —O 集团是硼酸盐玻璃的重要基元，

这些环通过B —O —B 链连成三维网络。B 2O 3是网络形成剂。这种连环构造与石英玻璃硅氧四面体的不规那么网络不同，任何O —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。

性能差异：

硅酸盐玻璃：试剂和气体介质化学稳定性好、硬度高、生产方法简单等优点。

硼酸盐玻璃：硼酸盐玻璃有某些优异的特性。例如：硼酐是唯一能用以制造有吸收

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；硼对中子射线的灵敏度高，硼酸盐玻璃作为原子反响堆的窗口对材料起屏蔽中子射线的作用。

第四章 晶体中的点缺陷和线缺陷

知识点：

1. 热缺陷〔本征缺陷〕的根本类型：

①费仑克尔缺陷：当某个原子由于能量涨落而获得足够大的动能时，它就可能脱离正常点阵格点位置，调到邻近的原子间隙中去，形成一个填隙离子，并在原位置留下一个空位，于是在晶体构造中便产生了点缺陷。特点：空位和填隙原子是成对产生的、等量的。 ②肖特基缺陷：晶体内部正常格点上的原子获取额外动能，脱离格点并迁移至晶体的外表，而使晶体内部留下空位的另一种点缺陷。特点：正离子空位和负离子空位成对产生，晶体体积增大。

③反肖特基缺陷：与肖特基缺陷过程相反，晶体外表的正常原子脱离格点并迁移进入晶体内部成为填隙离子的点缺陷。

2.平衡态热缺陷浓度：

3.固溶体的分类：溶质原子进入晶体后，可以占据基质晶体中正常格点的位置，生成取代〔置换〕型固溶体；假设杂质原子或离子进入溶剂晶格中的间隙位置，那么生成的固溶体称为填隙型固溶体。

4.当晶体中原子或离子排列的周期性在一维线状区域内遭到破坏时，晶体的缺陷将具有线状几何特征，常称为线缺陷或位错。线缺陷又分为刃型位错，螺型位错，混合位错。

5.位错的滑移：位错沿着滑移面的移动。

刃型位错的攀移：刃型位错在垂直滑移面的方向上运动。

6.位错增殖：经剧烈变形后，金属晶体中位错密度可增加4—5个数量级的现象说明晶体在变形过程中位错不仅能运动，而且能大量增殖。

课后问答题：

4.5试阐述机械混合物、固溶体、化合物和非化学计量化合物之间的异同点。P127

答：假设晶态固相A ，B 形成的机械混合物那么通常是指A ，B 相以颗粒态混合，A 和B 分别保持原有的构造和性能A ，B 不是均匀的单相而是两相或多相。

)2exp(T

k W N n c B s －==

固溶体：假设晶相A，B形成固溶体，那么A，B中相关的原子或离子间发生原子尺度的混合，形成具有A，B相晶体构造的均匀单晶态物质。

假设晶态固相A，B形成的机械混合物那么通常是指A，B相以颗粒态混合，A和B分别保持原有的构造和性能A，B不是均匀的单相而是两相或多相。

假设形成化合物，那么所形成的化合物在组成构造和性能上可以完全不同于A或B相，其相关原子或离子在数量上将有固定的化学计量比。

组成化合物的组分原子数间不存在整数比的固态化合物称为非化学计量化合物。化学计量化合物可以看成是变价元素高价态与低价态氧化物之间由于环境中氧分压的变化形成的固溶体，它是不等价置换型固溶体的一个特例。

第五章外表与界面

知识点：

1．无机材料相界面的润湿与黏附

根据润湿的程度不同可将润湿分为附着润湿，铺展润湿，浸渍润湿三种。

①附着润湿指液体和固体接触后，变液—气界面和固—气界面为固—液界面，其单位面积吉布斯自由焓变化为：ΔG1 ＝γSL －(γLV ＋γSV )，附着功为：W＝γLV＋γSV －γSL，W愈大表示固液界面结合愈牢，即附着润湿愈强。

②液滴在固体外表上的铺展是由固—气，固—液和液—气三个界面X力所决定的，有γSV=γSL+γLVcosθ；F=γLV cosθ＝γSV －γSL〔式中，θ—润湿角；F—润湿X力〕。润湿的先决条件是γSV>γSL或γSL很小。θ>90°，不润湿；θ<90°，润湿；θ＝0°，液体铺开，完全润湿。

③浸渍润湿指固体浸入液体中的过程。浸渍润湿比外表自由能的变化：－ΔG＝γLV cos θ＝γSV －γSL。假设γSV > γSL ,那么θ<90°,浸渍润湿过程将自发进展，此时ΔG<0；假设γSV < γSL，那么θ>90°，要将固体浸入液体之中必须做功，此时ΔG>0。

④润湿的共同点是：液体将气体从固体外表排挤开，使原有的固—气〔或气—液〕界面消失，取而代之的是固—液界面。铺展是润湿的最高标准，能铺展那么必能附着和浸渍。2．吸附是一种物质的原子或分子附着在另一种物质外表现象。外表改性：是利用固体外表的吸附特性，通过各种外表处理技术来改变固体的构造和性质，以适应个种预期的要求。

课后问答题：

5.8什么叫润湿？试分析影响润湿的条件并简述改善润湿的措施。

答：定义：固液接触后，体系〔液体+固体〕吉布斯自由能降低时就称为润湿。

影响润湿的条件及改善润湿的措施：

①γSV↑，一般采用外表处理，提高外表光洁度，除去吸附物。

②γSL↓，采用两相化学性质一样物质。

③γLV↓，采用外表活性剂

④外表粗糙度系数n↑或↓

5.9陶瓷原料球磨时，湿磨的效率往往高于干磨，如果再参加外表活性剂，那么可进一步提高球磨效率，试分析这些现象的机理。

答：湿磨时，磨与原料之间发生润湿，液体将气体从固体外表排挤开，使原有的固—气界面消失，取而代之的是固—液界面，体系吉布斯自由焓降低，外表X力也降低，因此可以提高球磨效率；而外表活性剂是指能够降低体系的外表X力的物质，因此可以进一步提高球磨效率。

5.16试解释黏土构造水、结合水〔结实结合水、疏松结合水〕、自由水的区别，分析后两种水对泥浆流动性和黏土可塑性的影响。