2022年无机材料科学基础复习题 .pdf

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1、1、我们把基本上能为同一点阵所贯穿的晶体叫做单晶(体)。由许多小的单晶体按照不同的取向聚集而成的晶体称为多晶；结构重复的周期很少的称为微晶。2、晶胞参数确定了晶胞的大小与形状。3、根据晶体的对称性，按照有无某种特征对称元素将晶体分为7 个晶系，晶系按对称性的高低分为 三个晶族。4、晶面指数越大，则该种平面点阵点密度越小，且相邻两平面点阵间的距离越小。5、在离子晶体中，一般阴离子半径较大，主极化能力较低阳离子半径相对较小，当电价较高时其主极化作用大，而被极化程度较 低。6、聚合体的种类、大小和数量随熔体组成和温度而变化。7、Tg是玻璃 形成温度，又称 脆性温度、 Tf 是软化温度。8、网络形成体

2、的键强比网络改变体高，在一定温度和组成时，键强愈高，熔体中负离子集团也愈牢固。因此键的破坏和重新组合也愈困难，成核势垒也愈高，故不易析晶而形成玻璃。9、熔体中质点间化学键的性质对玻璃的形成也有重要的作用。一般地说具有 极性共价 键和半金属共价 键的离子才能生成玻璃。10、范得华力来源三方面： 定向作用力(静电力 )、诱导作用力 、分散作用力(色散力) 11、空位扩散活化能包括 空位形成 能和空位迁移 能。12、产生二次再结晶的重要原因是粒度不均匀和烧结温度偏高，防止二次再结晶的有效方法是加添加剂。13、晶界结构按两个晶粒之间夹角分为小角度晶界和大角度晶界；按晶界两边原子排列的连贯性可分为共格、

3、半共格、非共格14、按润湿的程度，润湿可分为浸渍润湿、附着润湿、铺展润湿三种情况。名词解释： 18 分6 题非稳定扩散：扩散过程中任一点浓度随时间变化；稳定扩散：扩散质点浓度分布不随时间变化。无序扩散：无化学位梯度、 浓度梯度、无外场推动力， 由热起伏引起的扩散。质点的扩散是无序的、随机的。本征扩散：主要出现了肖特基和弗兰克尔点缺陷，由此点缺陷引起的扩散为本征扩散（空位来源于晶体结构中本征热缺陷而引起的质点迁移）；非本征扩散：空位来源于掺杂而引起的质点迁移。一级相变：相变时两相化学势相等， 但化学势的一级偏微商不相等。发生一级相变时有潜热和体积的变化；名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载

4、- - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 11 页 - - - - - - - - - 二级相变：相变时两相化学势相等， 其一阶偏微商也相等， 但二阶偏微商不相等。发生二级相变时无潜热和体积变化，只有热容量、 膨胀系数和压缩系数的变化。（1）烧结：粉料受压成型后在高温作用下而致密化的物理过程。烧成：坯体经过高温处理成为制品的过程，烧成包括多种物理变化和化学变化。烧成的含义包括的范围广，烧结只是烧成过程中的一个重要部分。（2）晶粒生长：无应变的材料在热处理时，平均晶粒尺寸在不改变其分布的情况下，连续增大的过程

5、。二次再结晶：少数巨大晶粒在细晶消耗时成核长大过程。（3）固相烧结：固态粉末在适当的温度、压力、气氛和时间条件下，通过物质与气孔之间的传质，变为坚硬、致密烧结体的过程。液相烧结：有液相参加的烧结过程。晶体的基本特征：自范性、对称性、各向异性、晶体的均匀性、晶体确定的熔点、晶体对的 X-射线衍射、最小内能性对称操作： 一个物体运动或变换， 使得变换后的物体与变换前不可区分（复原，重合）配位数：在络合物中配位数指的是与中心离子直接成键的配位原子数目。固体表面力： 晶体中每个质点周围都存在着一个力场，在晶体内部， 质点力场是对称的。 但在固体表面， 质点排列的周期重复性中断，使处于表面边界上的质点力

6、场对称性破坏，表现出剩余的键力。问答题： 20 分4 题1、什么叫表面张力和表面能? 在固态下和液态下这两者有何差别? 答：表面张力：垂直作用在单位长度线段上的表面紧缩力或将物体表面增大一个单位所需作的功。表面能：恒温、恒压、恒组成情况下，可逆地增加物系表面积须对物质所做的非体积功称为表面能；液体：不能承受剪应力， 外力所做的功表现为表面积的扩展，因为表面张力与表面能数量是相同的；固体： 能承受剪切应力，外力的作用表现为表面积的增加和部分的塑性形变，表面张力与表面能不等。2、一般说来，同一种物质，其固体的表面能要比液体的表面能大，试说明原因。解：同一种物质，其液体固体的表面结构不同，液体分子可

7、自由移动，总是通过形成球形表面来降低其表面能；固体则不能， 固体质点不能自由移动， 只能通过表面质点的极化、 变形、重排来降低系统的表面能， 固体表面处于高能量状态（由于表面力的存在）。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 11 页 - - - - - - - - - 3、浓度差会引起扩散，扩散是否总是从高浓度处向低浓度处进行?为什么? 解：扩散的基本推动力是化学位梯度，只不过在一般情况下以浓度梯度的方式表现出来；扩散是从高化学位处流向低化学位处， 最终系统各处

8、的化学位相等。如果低浓度处化学势高，则可进行负扩散，如玻璃的分相过程。4、试比较杨德尔方程和金斯特林格方程的优缺点及其适用条件。解：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。5、说明影响烧结的因素？答：（1）粉末的粒度。细颗粒增加了烧结推动力，缩短原子扩散距离，提高颗粒在液相中的溶解度，从而导致烧结过程的加速；（2）外加剂的作用。 在固相烧结中， 有少量外加剂可与主晶相形成固

9、溶体，促进缺陷增加，在液相烧结中，外加剂改变液相的性质（如粘度，组成等），促进烧结。（3）烧结温度：晶体中晶格能越大，离子结合也越牢固，离子扩散也越困难，烧结温度越高。（4）保温时间：高温段以体积扩散为主，以短时间为好，低温段为表面扩散为主，低温时间越长，不仅不引起致密化，反而会因表面扩散，改变了气孔的形状而给制品性能带来损害， 要尽可能快地从低温升到高温， 以创造体积扩散条件。（5）气氛的影响：氧化，还原，中性。（6）成形压力影响：一般说成型压力越大颗粒间接触越紧密，对烧结越有利。6、固相烧结与液相烧结的主要传质方式？固相烧结与液相烧结之间有何相同与不同之处？答：固相烧结的主要传质方式有蒸发

10、-凝聚传质和扩散传质，液相烧结的主要传质方式有溶解 -沉淀传质和流动传质。固相烧结与液相烧结的共同点是烧结的推动力都是表面能； 烧结过程都是由颗粒重排、 物质传递与气孔充填、 晶粒生长等阶段组成。不同点是：由于流动传质比扩散传质速度快， 因而致密化速率高；固相烧结主要与原料粒度和活性、烧结温度、 气氛成型压力等因素有关， 液相烧结与液相数量、液相性质、液-固润湿情况、固相在液相中的溶解度等有关。7、烧结过程是怎样产生的，各阶段的特征是什么? 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - -

11、 第 3 页，共 11 页 - - - - - - - - - 解：烧结过程是经过成型的固体粉状颗粒在加热到低于熔点温度的温度下，产生颗粒粘结； 通过物质传递， 使成型题逐渐变成具有一定几何形状和性能的整体的过程。烧结初期：颗粒仅发生重排和键和， 颗粒和空隙形状变化很小， 颈部相对变化 x/r90 ，不能润湿。10、当锌向铜内扩散时，已知在x 点处锌的含量为 2.5 1017个锌原子 /cm3，300时每分钟每 mm2要扩散 60 个锌原子，求与 x 点相距 2mm 处锌原子的浓度。（已知锌在铜内的扩散体系中D0=0.34 10-14m2s；Q=18.5kJmol）解 ： 看 成 一 维 稳

12、定 扩 散 ， 根 据 菲 克 第 一 定 律 ：xdCJDdx，22xxCCJDxx,Cx=2.5 1017个/cm3，x-x2=2mm，Jx=60 个/60S mm2，扩散系数宏 观 表 达 式0exp()QDDRT， D0=0.34 10-14m2/s ， Q=1.85 104J/mol ，R=8.314J/mol K，T=300+273=573K，D=0.34 10-14exp（-3.88）=0.34 10-14 0.02=6.8 10-17m2/s，22xxCCJDmm，163222.9410/xxJmmCCmD个，Cx=2.5 1017/10-6=2.5 1023，C2=cx-2.

13、94 1019=2.5 102311、在制造硅半导体器体中，常使硼扩散到硅单晶中，若在1600K 温度下，保持硼在硅单晶表面的浓度恒定（恒定源半无限扩散），要求距表面10-3cm 深度 处 硼 的 浓 度 是 表 面 浓 度 的 一 半 ， 问 需 要 多 长 时 间 （ 已 知D1600 =8 10-12cm2/sec）？解 ： 不 稳 定 扩 散 恒 定 源 半 无 限 扩 散(,)0()2x txcc erfcDt， 已 知31 220( 1 0,)/ 2 ,81 0/ s e c ,tccDc m00()0.50 5,/ 2(),0 52222xxxxerfccc erfcDtDtDt

14、Dt时， . .，已知 x=10-3cm，D，求解 t=1.25 105s=34.7h。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 11 页 - - - - - - - - - 12、当一种纯液体过冷到平衡凝固温度（T0）以下时，固相与液相间的自由 焓差 越来 越 负 。试 证明 在 温 度 T0附 近 随温 度变化 的关 系近 似 地 为：00()VVHGTTT，式中(0)VH为凝固潜热。解： GHT S，平衡温度 T0时，000,TVHGHTSS，TT0时，000

15、00VTTHGHTSHTHTT13、为什么在成核一生成机理相变中，要有一点过冷或过热才能发生相变? 什么情况下需过冷，什么情况下需过热。解： 由热力学，GHT S，平衡时，0,mmHGHTSST， Tm：相 变 平 衡 温 度 ； H 相 变 热 ， 温 度 T 时 ， 系 统 处 于 不 平 衡 状 态 ， 则0GHTS，mmmmTTHTGHTHHTTT，要使相变自发进行，0,0mTGHT则，对放热过程如结晶， 凝聚 H0,Tm0，必须过冷；对吸热过程如蒸发，熔融 H0，则 T0，必须过热。14、如在液相中形成边长为a 的立方体晶核时，求出“临界核胚”立方体边长 a*和 G*。为什么立方体的

16、G*大于球形G*? 解：326aVSVLSGGGaGa, 203120aVLSGaGaa，则，*4LSVaG，而3*2163()LSVaVGGG，333*3226416326LSLSLSaVVVVGGGGG，当形成体积相同的核时（334,3arar），立方体表面积（6a3）球形的表面积（24 r） ，则*GG立方体球体，*aVGG。15、试证明均相成核临界状态下， 新相界面能 与单位体积中旧相和新相之间的自由能差 Gv有如下关系： = -r*/ （2Gv）（晶胚为球形， r*为晶胚的临界半径）解：单位体积中半径为r的晶胚数为n ，则3224()44,38033VVdGGrnGrnrnGr nd

17、r， 得 临 界 半径：*2VrG名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 11 页 - - - - - - - - - 16、由 Al2O3和 SiO2粉末反应生成莫来石，过程由扩散控制，扩散活化能为 50 千卡/摩尔， 1400下，一小时完成10%，求 1500下，一小时和四小时各完成多少？（应用扬德方程计算）解：由杨德尔方程，2131(1)Gkt，exp()QkcRT，代入 T=1400，G=10% t=1h，Q=50kcal/mol，求得 k1673=0.

18、001191，根据177312211673lnkRTTGTTk求得k1773=0.002791，代入杨德方程求出G1h=15.03，G4h=28.47。17、由 Al2O3和 SiO2粉末形成莫来石反应，由扩散控制并符合扬德方程，实验在温度保持不变的条件下， 当反应进行 1 小时的时候， 测知已有 15%的反应物起反应而作用掉了。（1）将在多少时间内全部反应物都生成产物？（2）为了加速莫来石的生产应采取什么有效措施？解：（1）由杨德尔方程2131(1)Gkt，已知 t=1h，G=0.15 求得 k0.00278，反应完全（ G1）所需时间为1359.63thk。（2）影响扩散的因素：减小粒度、采用活性反应物，如Al2O3 3H2O、适当加压等等。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 11 页 - - - - - - - - -