無機(jī)材料習(xí)題答案匯總

1、真誠為您提供優(yōu)質(zhì)參考資料，若有不當(dāng)之處，請(qǐng)指正。第一章習(xí)題答案（二）6. 從結(jié)合鍵的角度分析金屬、陶瓷、高分子材料的主要性能特點(diǎn)。答案（要點(diǎn)）：金屬材料：以金屬鍵為主；大多數(shù)金屬強(qiáng)度和硬度較高，塑性較好。 陶瓷材料：以共價(jià)鍵和離子鍵為主(對(duì)于玻璃材料而言,更常見的是兼有共價(jià)鍵和離子鍵的“混合鍵”)；強(qiáng)度、硬度和熔點(diǎn)一般比金屬材料高；但比金屬材料脆性大，不易變形。 高分子材料：分子內(nèi)部?jī)r(jià)鍵以共價(jià)鍵為主，分子間為分子間力和氫鍵為主。高分子材料的主要性能特點(diǎn)：硬度、熔點(diǎn)都比陶瓷材料和金屬低一些，某些高分子材料韌性好、塑性好，成型較容易；耐熱比較差，高溫易分解揮發(fā)。7.請(qǐng)從顆粒（晶粒）尺寸的角度，討論

2、普通（傳統(tǒng)）陶瓷和精細(xì)陶瓷的主要區(qū)別是什么？（注：最好再從陶瓷材料的化學(xué)組成，所使用的原料、制備方法和主要設(shè)備，材料的性質(zhì)等方面，進(jìn)行較全面的討論）。答案（要點(diǎn)）: 普通陶瓷顆粒尺寸一般為100微米以上；精細(xì)陶瓷顆粒尺寸一般為亞微米至幾十微米之間。其他：（1）化學(xué)組成上，突破了傳統(tǒng)陶瓷為硅酸鹽的界限，精細(xì)陶瓷一般是氧化物、氮化物、碳化物，等。（2）在原料上，傳統(tǒng)陶瓷以天然粘土為主要原料、與產(chǎn)地關(guān)系極大；精細(xì)陶瓷一般以化工原料為主要，原料的成分與產(chǎn)地關(guān)系不大。 （3）在制備方法上，傳統(tǒng)陶瓷常采用液相燒結(jié)，以模壓和爐窯為主要生產(chǎn)手段；而精細(xì)陶瓷常采用固相燒結(jié)，廣泛采用冷等靜壓，真空燒結(jié)，氣氛燒結(jié)、

3、熱（等靜壓）壓等手段。 （4）在性能上，特種陶瓷有比傳統(tǒng)陶瓷優(yōu)越的高強(qiáng)度、高硬度、高韌性、耐高溫、耐腐蝕性等，還有磁、電、光、聲、生物等方面具有的特殊性質(zhì)。8. 參考本章正文和所列出的相關(guān)文獻(xiàn)，試簡(jiǎn)答:（1）一次顆粒的概念和英文名稱；（2）二次顆粒的概念；（3）粉末團(tuán)聚的概念和英文名稱；（4）團(tuán)聚參數(shù)的概念；（5）硬團(tuán)聚和軟團(tuán)聚的基本概念；（6）粉末團(tuán)聚所帶來的危害。（1）一次顆粒是指粉末團(tuán)聚前的顆粒。一次顆粒的英文名稱：primary particles（2）二次顆粒是指粉末團(tuán)聚后的顆粒。（3）粉體團(tuán)聚是指一次顆粒在制備、分離、處理及存放過程中相互連接形成較大二次顆粒的現(xiàn)象。團(tuán)聚的英文名稱：

4、agglomeration，agglomerates（4）團(tuán)聚參數(shù)：團(tuán)聚體平均包含粉末一次顆粒的數(shù)目，可以通過二次顆粒粒徑與一次顆粒粒徑之比求得。（5）軟團(tuán)聚能用化學(xué)法或一般的機(jī)械方法打開。硬團(tuán)聚能不用化學(xué)法或一般的機(jī)械方法打開。（6）在陶瓷燒結(jié)過程中，粉末團(tuán)聚形成的氣孔或空穴通常無法完全排除，從而形成微裂紋，根據(jù)改進(jìn)的格里菲斯（Griffith）微裂紋理論：造成材料斷裂所需要的臨界應(yīng)力與微裂紋的長(zhǎng)度2L有極大的關(guān)系，式中常數(shù)Y，所以，微裂紋的存在會(huì)導(dǎo)致材料強(qiáng)度的降低。此外，粉末團(tuán)聚還會(huì)影響材料的其他性能。9. 請(qǐng)簡(jiǎn)答：（1）陶瓷、硅酸鹽的英文名稱；（1）陶瓷:ceramics;硅酸鹽:sil

5、icate（2）適用于“精細(xì)陶瓷”的至少3種英文名稱；（2）fine ceramics；advanced ceramics；high performance ceramics;high tech. ceramics（3）XRD，SEM和TEM的英文全稱和中文名稱。（3）XRD: X-ray diffraction X射線衍射 SEM: scanning electronic microscope/-copy 掃描電子顯微鏡/法 TEM: transmission electronic microscope/-copy透射電子顯微鏡/法10 .在無機(jī)非金屬材料領(lǐng)域（如日用陶瓷、氧化鋁陶瓷、碳化硼

6、陶瓷、特種玻璃，等）里，常見一些的企業(yè)家，雖然沒有機(jī)會(huì)受到過本專業(yè)的正規(guī)訓(xùn)練；但是事業(yè)卻非常成功，而且還親自掌握了該企業(yè)的核心技術(shù)。試從學(xué)科的特點(diǎn)和技術(shù)的角度評(píng)述這一現(xiàn)象；也可以廈門及其周邊地區(qū)的知名企業(yè)為例。答案（要點(diǎn)）: 無機(jī)非金屬材料領(lǐng)域的最重要的學(xué)科之一“材料科學(xué)基礎(chǔ)”或“無機(jī)材料化學(xué)”，有如下明顯的特點(diǎn)：1、跳躍性思維：與基礎(chǔ)理論演繹法不同，由于演繹法還無法解決無機(jī)材料化學(xué)的許多重大問題，“猜測(cè)”的跳躍性思維往往是最常用的方法；2、綜合性：無機(jī)材料化學(xué)是材料化學(xué)家從材料科學(xué)、材料工藝與技術(shù)的角度出發(fā)，把固體物理、固體化學(xué)、相關(guān)理論（例如固體力學(xué)，生物學(xué)， 甚至醫(yī)學(xué)，等）和工程方面有關(guān)

7、無機(jī)材料研究的化學(xué)內(nèi)容集中起來，加以分析、綜合和提高，形成的一門獨(dú)立學(xué)科。3、應(yīng)用性：無機(jī)材料化學(xué)是把與物理、化學(xué)、相關(guān)理論、材料科學(xué)中與化學(xué)有關(guān)的內(nèi)容，“直接”應(yīng)用到無機(jī)材料中，把理論和實(shí)際“直接”XXX起來，表現(xiàn)了很強(qiáng)的應(yīng)用性。由于演繹法還無法推導(dǎo)出無機(jī)非金屬材料的制備條件，相關(guān)的制備關(guān)鍵往往是（在一定原則指導(dǎo)下）通過實(shí)踐摸索出來的。在無機(jī)非金屬材料領(lǐng)域，一些企業(yè)家雖然沒有機(jī)會(huì)受到過本專業(yè)的正規(guī)訓(xùn)練，但有大量的實(shí)踐，也通過各種方式掌握了材料制備與性能的一定原則，并對(duì)該領(lǐng)域有較好的宏觀了解，因而事業(yè)能成功，并且親自掌握了該企業(yè)的核心技術(shù)。從從學(xué)科的特點(diǎn)和技術(shù)的角度上來講，上述企業(yè)家的成功也是

8、一種很正常的現(xiàn)象。氣）氣孔排除。11.名詞解釋：粉末顆粒表面的-電位和功用。答案（要點(diǎn)）: 固體顆粒表面因?yàn)槠奇I而帶電荷，與固體表面接觸的液體（吸附層）帶相反的電荷，產(chǎn)生雙電層；（可隨固體顆粒運(yùn)動(dòng)的）吸附層和液體不動(dòng)層之間的電位差，稱為電位。由于電位的存在，帶同種電荷的陶瓷微粒之間存在著排斥力。電位較高時(shí)，顆粒間的排斥力較大；會(huì)抵消顆粒間的范德華吸引力，使顆粒呈分散狀態(tài)。12 .試簡(jiǎn)答：粉末顆粒在液體中分散的兩種主要方法。答案（要點(diǎn)）: 1、調(diào)節(jié)體系的pH值或電解質(zhì)的濃度，獲得較高的-電位絕對(duì)值，使粉末顆粒在液體中分散；此即靜電穩(wěn)定機(jī)制。2、控制（兩親結(jié)構(gòu)的）高分子分散劑的種類（鏈的長(zhǎng)度等）和

9、濃度（有個(gè)最佳值），即利用高分子的空間位阻作用使粉末顆粒在液體中分散。13.試評(píng)述：用納米粉制備結(jié)構(gòu)陶瓷。（提示：從粉末團(tuán)聚和晶界兩方面討論）答案（要點(diǎn)）: 即使采用無團(tuán)聚的納米粉并嚴(yán)格控制燒結(jié)條件，燒結(jié)后晶粒大小仍然在納米級(jí)，也會(huì)因其晶界過多、玻璃態(tài)的比例過大，導(dǎo)致高溫蠕變和高溫強(qiáng)度等其相關(guān)性能不佳。14 .試評(píng)述：有人認(rèn)為利用斯賓那多分解（Spinodal decomposition）的原理，可以制備復(fù)合材料。答案（要點(diǎn)）: 一般來說，材料發(fā)生“斯賓那多分解”后，會(huì)成為2個(gè)相，即分解成為物理和化學(xué)完全相同的2個(gè)部分。此現(xiàn)象常被應(yīng)用到高硅氧玻璃（二氧化硅含量高的玻璃）制備中。斯賓那多分解后的

10、多（兩）相結(jié)構(gòu)，可直接作為制備（亞微觀層次）復(fù)合材料的基礎(chǔ)。15 .（1986年6月，Bednorz和Mller先發(fā)現(xiàn)了LaBaCuO系統(tǒng)、接著于1987年9月發(fā)現(xiàn)了YBaCuO系統(tǒng)的鈣鈦礦型高溫超導(dǎo)陶瓷）。試設(shè)計(jì)一個(gè)方案，用玻璃陶瓷（glass ceramics，即微晶玻璃）法，也獲得高溫超導(dǎo)電性；并稍解釋方案設(shè)計(jì)的思路。答案（要點(diǎn)）: 例如，把YBaCuO系統(tǒng)熔化，再快速冷卻以制成玻璃，然后微晶化，滲流效應(yīng)使各個(gè)微晶體形成超導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)。16 .試評(píng)述溫度、壓力和氣氛對(duì)精細(xì)陶瓷制備過程的意義。答案（要點(diǎn)）: 高溫使固體質(zhì)點(diǎn)能充分進(jìn)行（擴(kuò)散）運(yùn)動(dòng)，以順利完成固相反應(yīng)和燒結(jié)。壓力使氣孔易于排除，使燒

11、結(jié)得以順利完成。氣氛（例如H2氣氛下N2和O2的分壓為零）以利于（空氣）氣孔排除。17、簡(jiǎn)述料漿水系統(tǒng)分散的靜電穩(wěn)定性原理（zeta-pH關(guān)系）.（選擇性地答一些文字性的東西就好）根據(jù)1941年蘇聯(lián)學(xué)者德查金（Darjaguin）、朗道（Landan）以及1948年荷蘭學(xué)者維韋（Verwey）和奧氟比克（Overbeek）分別獨(dú)立提出來的DLVO理論：帶電膠粒之間存在這二種相互作用力：雙電層重疊時(shí)的靜電斥力和粒子間的長(zhǎng)程范德華吸引力，它們的相互作用決定了膠體的穩(wěn)定性。當(dāng)吸引力占優(yōu)勢(shì)時(shí)，溶膠發(fā)生聚沉；而當(dāng)排斥占優(yōu)勢(shì)，并大到足以阻礙膠粒由于布朗運(yùn)動(dòng)而發(fā)生碰撞聚集沉?xí)r，則膠體處于穩(wěn)定狀態(tài)。熱力學(xué)電位

12、：固-液兩相之間的電位差，是體系的熱力學(xué)性質(zhì)。當(dāng)溫度和壓力一定時(shí)，其只與固相本性及吸附在固相表面并建立平衡的離子活度決定。Zeta電位：固體顆粒表面因?yàn)槠奇I而帶電荷，與固體表面接觸的液體（吸附層）帶相反的電荷，產(chǎn)生雙電層；（可隨固體顆粒運(yùn)動(dòng)的）吸附層和液體不動(dòng)層之間的電位差，稱為Zeta電位，或電位或電動(dòng)電位。（1） Zeta電位-pH值關(guān)系理論曲線圖2 不同離子化特征物質(zhì)Zeta電位（由電泳遷移率數(shù)據(jù)計(jì)算獲得）隨pH變化的變化關(guān)系（a）碳?xì)浠衔镉偷?；（b）磺化聚苯乙烯油滴；（c）阿拉伯酸（羧酸聚合物）吸附的油滴（d）血清白蛋白吸附的油滴（2） 電解質(zhì)的影響從圖3可見，當(dāng)pH9時(shí)（堿性介質(zhì)）

13、，-電位為負(fù)值。而且在pH=3時(shí)，-電位單位達(dá)到最大正值，為183mV；而在pH=12時(shí)，-電位達(dá)到最大負(fù)值。試樣的pH值控制在堿性范圍，以使粒子帶負(fù)電荷電解質(zhì)對(duì)其影響見曲線3、4。隨著高價(jià)電解質(zhì)濃度的增加，x值增大，而-電位減小 ，導(dǎo)致位能曲線下降 ，穩(wěn)定性降低 。同時(shí)出現(xiàn)第二最小值，因而呈現(xiàn)出觸變性。當(dāng)電解質(zhì)濃度進(jìn)一步增加，x值進(jìn)一步增大，-電位進(jìn)一步減小，而導(dǎo)致發(fā)生聚沉。臨界聚沉濃度在曲線23相應(yīng)的電解質(zhì)濃度之間。圖3 pH=10.4下，不同電解質(zhì)、不同濃度下的高嶺石總位能曲線（3）氧化鋁料漿體系的zeta-電位pH關(guān)系曲線不同料漿體系其zeta-電位pH關(guān)系曲線不同。圖1給出了Al2O

14、3料件的zeta電位-pH曲線和粘度-pH曲線。圖1 Al2O3漿料的-電位（實(shí)線），粘度（虛線）和pH值的關(guān)系從圖可見，當(dāng)pH9時(shí)（堿性介質(zhì)），zeta電位為負(fù)值。而且在pH=3時(shí)，zeta電位單位達(dá)到最大正值，為183mV；而在pH=12時(shí)，zeta電位達(dá)到最大負(fù)值。pH=9時(shí)，zeta電位為0，是體系的等電位點(diǎn)（即IEP點(diǎn)）。出現(xiàn)這種情況是由于Al2O3在低溫情況下（500）是兩性氧化物。在酸性介質(zhì)中，Al2O3呈堿性，它可以與算發(fā)生如下反應(yīng)：由于AlCl3是水溶性的，且在水中會(huì)發(fā)生水解而生成AlOH2+、Al(OH)2+、H+和Cl-。Al2O3粒子優(yōu)先吸附AlOH2+和Al(OH)2

15、+，從而使它帶正電荷。反號(hào)離子Cl-則吸附在它的周圍而形成擴(kuò)散雙電層。在較低的pH值下，由于Cl-較多，會(huì)將雙電層壓縮，Zeta電位下降；而在較高pH值下，由于HCl較少，生成定位離子AlOH2+及Al(OH)2+較少，離子的表面電位較低，Zeta電位也下降，故在其中必然出現(xiàn)一最大值。17、簡(jiǎn)述料漿水系統(tǒng)分散的靜電穩(wěn)定性原理.Zeta電位：固體顆粒表面因破鍵而帶電荷，稱熱力學(xué)電位；與固體表面接觸的液體（吸附層）帶相反的電荷，產(chǎn)生雙電層；（可隨固體顆粒運(yùn)動(dòng)的）吸附層和液體不動(dòng)層之間的電位差，稱為（讀成zeta）電位或電動(dòng)電位。 圖1 膠體粒子的結(jié)構(gòu)及電位示意圖據(jù)DLVO理論：帶電膠粒之間存在2種

16、相互作用力：雙電層重疊時(shí)的靜電斥力和粒子間的長(zhǎng)程范德華吸引力，它們的相互作用決定了膠體的穩(wěn)定性。當(dāng)吸引力占優(yōu)勢(shì)時(shí)，溶膠發(fā)生聚沉；而當(dāng)排斥占優(yōu)勢(shì)，并大到足以阻礙膠粒由于布朗運(yùn)動(dòng)而發(fā)生碰撞聚集沉?xí)r，則膠體處于穩(wěn)定狀態(tài)。（1） Zeta電位-pH值關(guān)系理論曲線圖2 Zeta電位-pH值關(guān)系理論曲線（2） 電解質(zhì)的影響如下圖，出現(xiàn)極值的原因，是電解質(zhì)（離子強(qiáng)度）的影響（3）氧化鋁料漿體系的zeta-電位pH關(guān)系曲線圖1給出了Al2O3料件的zeta電位-pH曲線和粘度-pH曲線。圖3 Al2O3漿料的-電位（實(shí)線），粘度（虛線）和pH值的關(guān)系由圖可見，當(dāng)pH9時(shí)（堿性介質(zhì)），zeta電位為負(fù)值，在pH

17、=12時(shí)，zeta電位的絕對(duì)值達(dá)最大。pH=9時(shí)，zeta電位為0，是體系的等電位點(diǎn)（即iep點(diǎn)）。出現(xiàn)這種情況是由于Al2O3是兩性氧化物；在酸性介質(zhì)中，存在Al(OH)2+或/和Al(OH)2+ 等堿性基團(tuán)，Al2O3顆粒表面因“優(yōu)先吸附”它們而帶正電。在堿性介質(zhì)中，類似的分析可知Al2O3顆粒表面帶負(fù)電；在電性逆轉(zhuǎn)時(shí)，出現(xiàn)iep點(diǎn)。當(dāng)pH9時(shí)（堿性介質(zhì)），隨著pH增大，zeta電位變大，也可用類似的方法解釋。Zeta電位出現(xiàn)極值，是因?yàn)閜H過大或過小時(shí)，（酸、堿）電解質(zhì)的濃度過大，離子強(qiáng)度過高，壓縮雙電層，使zeta電位下降。 19、碳化硼是一種超硬材料、其晶體會(huì)比陶瓷硬骨還高，有人問，

18、為什么不把它制成晶體？因?yàn)樘蓟鹬瞥蓡尉Х浅＠щy。1、所需溫度非常高、對(duì)設(shè)備的要求高2、晶體難以長(zhǎng)成較大單晶，難以達(dá)到應(yīng)用的要求3、單晶加工困難。20、早在二十年前，英國(guó)大部分材料專業(yè)，其碩、博士生課題，已經(jīng)不再研究普通陶瓷，試評(píng)述這一現(xiàn)象。普通陶瓷其在性能方面存在極限，開發(fā)研究相對(duì)較簡(jiǎn)單。碩博研究生不再研究普通陶瓷基于如下2個(gè)方面：一方面這是滿足社會(huì)和科技發(fā)展對(duì)陶瓷材料性能要求的需要；普通陶瓷在性能方面已經(jīng)不能滿足科技發(fā)展對(duì)其的要求；另一方面，相對(duì)更簡(jiǎn)單的普通陶瓷的開發(fā)和研究，已不滿足碩博研究生畢業(yè)所需的水平要求。21、畫出表示：?jiǎn)尉?；玻璃；特種陶瓷；普通陶瓷簡(jiǎn)圖單晶 玻璃 特種陶瓷 普通陶

19、瓷（黑處表示玻璃態(tài)物質(zhì)）23制造石英玻璃時(shí)，常把天然水晶（主要成分是SiO2）燒到一定溫度，冷卻時(shí)可以發(fā)現(xiàn)其已破裂。試解釋這一原料破碎的工藝原理，并說明應(yīng)如何選擇適當(dāng)?shù)臒崽幚項(xiàng)l件。這一原料破碎的工藝原理是：從SiO2的相圖可以看出，當(dāng)溫度達(dá)到846K即573時(shí)，石英與石英之間的轉(zhuǎn)變，伴隨著0.82%的體積膨脹，同時(shí)由于轉(zhuǎn)變速度較快，而且無法阻止，造成了晶體的破裂。適當(dāng)?shù)臒崽幚項(xiàng)l件是：講天然水晶加熱到1000，保溫一段時(shí)間后，迅速冷卻。24有硅磚的新窯開始使用時(shí)，在846K的溫度時(shí)應(yīng)如何控制升溫速率？為什么？在846K應(yīng)該保溫一段時(shí)間或降低升溫速率。從SiO2的相圖可以看出，當(dāng)溫度達(dá)到846K即

20、573時(shí)，石英與石英之間的轉(zhuǎn)變，伴隨著0.82%的體積膨脹，同時(shí)由于轉(zhuǎn)變速度較快，而且無法阻止，如果在這一溫度點(diǎn)升、降溫速度過快，會(huì)造成硅磚的破裂。25提煉單晶硅時(shí)，硅石（主要成分SiO2）放在原料的頂部，為防止硅石成粉碎狀，工藝上應(yīng)采用什么溫度制度？工藝上，應(yīng)根據(jù)氧化硅相圖來制定單晶硅提煉的溫度制度，具體為：在可能發(fā)生位移式相變的幾個(gè)溫度下長(zhǎng)期保溫，使此類相變充分進(jìn)行，防止在這些溫度點(diǎn)升、降過快，造成SiO2的破裂。26新窯/爐使用時(shí)，為防止耐火材料在使用過錯(cuò)中炸/開裂，往往需要先進(jìn)行烤窯/爐。試制定烤窯/爐的溫度制度（以窯/爐內(nèi)有硅磚討論）。新窯/爐常使用的耐火材料為硅磚，若硅磚在1743

21、K以上使用則會(huì)方石英化。此外，在XXX過程中也會(huì)有少量的方石英殘存于硅磚中，在窯爐冷卻時(shí)，由于溫度降到室溫左右，方石英的多晶轉(zhuǎn)變，常會(huì)引起窯磚的炸裂。因此，新窯在點(diǎn)火時(shí)，應(yīng)根據(jù)氧化硅相圖來制定烤窯升溫制度，在可能發(fā)生位移式相變的幾個(gè)溫度下長(zhǎng)期保溫，使此類相變充分進(jìn)行，防止它們?cè)谄渌麥囟认略俅伟l(fā)生。同時(shí)，在保溫階段采取工程上的措施，使相變產(chǎn)生的體積變化在力學(xué)上得到平衡。27試評(píng)述：第二相處于晶界中引起的“釘扎效應(yīng)”。第二相在晶界中引起的“釘扎效應(yīng)”可以起到如下兩方面的作用：（1）阻止晶粒異常長(zhǎng)大；（2）在一定程度上阻止相變的發(fā)生。因此，可以合理地設(shè)計(jì)配方，利用第二相在晶界處的“釘扎效應(yīng)”來阻止主晶相晶粒的異常長(zhǎng)大和相變的發(fā)生。 28簡(jiǎn)述純堿的（至少兩個(gè)）基本用途。玻璃工業(yè)：玻璃工業(yè)是純堿的最大消費(fèi)部門，每噸玻璃消耗純堿0