(完整word版)無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)課后答案

1、1第二章晶體結(jié)構(gòu)答案2-4定性描述晶體結(jié)構(gòu)的參量有哪些？定量描述晶體結(jié)構(gòu)的參量又有哪些？答：定性：對(duì)稱軸、對(duì)稱中心、晶系、點(diǎn)陣。定量：晶胞參數(shù)。2-5依據(jù)結(jié)合力的本質(zhì)不同，晶體中的鍵合作用分為哪幾類？其特點(diǎn)是什么？答：晶體中的鍵合作用可分為離子鍵、共價(jià)鍵、金屬鍵、范德華鍵和氫鍵。離子鍵的特點(diǎn)是沒有方向性和飽和性，結(jié)合力很大。共價(jià)鍵的特點(diǎn)是具有方向性和飽和性，結(jié)合力也很大。金屬鍵是沒有方向性和飽和性的的共價(jià)鍵，結(jié)合力是離子間的靜電庫(kù)侖力。范德華鍵是通過分子力而產(chǎn)生的鍵合，分子力很弱。氫鍵是兩個(gè)電負(fù)性較大的原子相結(jié)合形成的鍵，具有飽和性。2-6等徑球最緊密堆積的空隙有哪兩種？ 一個(gè)球的周圍有多少個(gè)

2、四面體空隙、多少個(gè)八面體空隙？答：等徑球最緊密堆積有六方和面心立方緊密堆積兩種，一個(gè)球的周圍有8個(gè)四面體空隙、6個(gè)八面體空隙。2-7n個(gè)等徑球作最緊密堆積時(shí)可形成多少個(gè)四面體空隙、多少個(gè)八面體空隙？不等徑球是 如何進(jìn)行堆積的？答：n個(gè)等徑球作最緊密堆積時(shí)可形成n個(gè)八面體空隙、2n個(gè)四面體空隙。不等徑球體進(jìn)行緊密堆積時(shí)， 可以看成由大球按等徑球體緊密堆積后， 小球按其大小分 別填充到其空隙中， 稍大的小球填充八面體空隙， 稍小的小球填充四面體空隙， 形成不 等徑球體緊密堆積。2-8寫出面心立方格子的單位平行六面體上所有結(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。答：面心立方格子的單位平行六面體上所有結(jié)點(diǎn)為：（000）、（001

3、）（100）（101）（110）I1I11I（010）（011）（111）（ 0）（ 01 1）（1 10）（ 11 1）（ 11 ）（1 11）。2-9計(jì)算面心立方、密排六方晶胞中的原子數(shù)、配位數(shù)、堆積系數(shù)。22-10根據(jù)最緊密堆積原理，空間利用率越高，結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，金剛石結(jié)構(gòu)的空間利用率很低 （只有34.01%），為什么它也很穩(wěn)定？答：最緊密堆積原理是建立在質(zhì)點(diǎn)的電子云分布呈球形對(duì)稱以及無方向性的基礎(chǔ)上的,適用于典型的離子晶體和金屬晶體，而不能用最密堆積原理來衡量原子晶體的穩(wěn)定性。另外,金剛石的單鍵個(gè)數(shù)為4,即每個(gè)原子周圍有4個(gè)單鍵（或原子），由四面體以共頂方式共價(jià) 結(jié)合形成三維空間結(jié)構(gòu)，所

4、以，雖然金剛石結(jié)構(gòu)的空間利用率很低（只有34.01%），但是它也很穩(wěn)定。2-11證明等徑圓球六方最密堆積的空隙率為25.9%。答：設(shè)球半徑為a,則球的體積為 二； ，球的z=4，則球的總體積（晶胞）- ，立方體晶胞體積：（2廠a）3=16a3，空間利用率=球所占體積/空間體積=74.1%，空隙率=1-74.1%=25.9%。2-12金屬鎂原子作六方密堆積，測(cè)得它的密度為1.74g/cm3，求它的晶胞體積。答：設(shè)晶胞的體積為V,相對(duì)原子質(zhì)量為M,則晶胞體積 一 訂丁一 -Jnm2-13根據(jù)半徑比關(guān)系，說明下列離子與OT配位時(shí)的配位數(shù)各是多少？已知廣=0.132nm,4+3+2+3 =0.039n

5、m,K=0.131 nm,AI=0.057nm,rMg=0.078nm。答：對(duì)于Si4+、K+、Al3+、Mg+來說，其1依次是0.295、0.99、0.43、0.59;依據(jù)正離子配 位數(shù)與正負(fù)離子半徑比的關(guān)系知配位數(shù)為：Si4+4;尺8;Al3+6;Md+6。答：面心：原子數(shù)4,配位數(shù)6，堆積密度六方：原子數(shù)6，配位數(shù)6，堆積密度故只32-14為什么石英不同系列變體之間的轉(zhuǎn)化溫度比同系列變體之間的轉(zhuǎn)化溫度高得多？4答：石英同一系列之間的轉(zhuǎn)變是位移性轉(zhuǎn)變，不涉及晶體結(jié)構(gòu)中鍵的破裂和重建，僅是鍵長(zhǎng)、鍵角的調(diào)整、需要能量較低，且轉(zhuǎn)變迅速可逆；而不同系列之間的轉(zhuǎn)變屬于重建性轉(zhuǎn)變，都 涉及到舊鍵的破裂

6、和新鍵的重建，因而需要較的能量，且轉(zhuǎn)變速度緩慢； 所以石英不同系列之間的轉(zhuǎn)化溫度比同系列變體之間轉(zhuǎn)化的溫度要高的多。2-15有效離子半徑可通過晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定算出。在下面NaCI型結(jié)構(gòu)晶體中，測(cè)得MgS和MnS的晶胞參數(shù)均為a=0.520nm(在這兩種結(jié)構(gòu)中，陰離子是相互接觸的)。若Ca(a=0.567nm)、CaO(a=0.480nm)和MgO(a=0.420nm)為一般陽(yáng)離子陰離子接觸，試求這些晶體中各 離子的半徑。答：MgS中a=0.502nm，陰離子相互接觸，a=2 r-,.rS2-=0.177nm;CaS中a=0.567nm,陰陽(yáng)離子相互接觸，a=2(r+rj,.rca2=0.107nm

7、；CaO中a=0.408nm,a=2(r+rj,/rO2-=0.097nm;MgO中a=0.420nm,a=2(r+r-),.rMg2+=0.113nm。2-16氟化鋰(LiF)為NaCI型結(jié)構(gòu)，測(cè)得其密度為2.6g/cm3，根據(jù)此數(shù)據(jù)計(jì)算晶胞參數(shù)，并將此值與你從離子半徑計(jì)算得到數(shù)值進(jìn)行比較。答：設(shè)晶胞的體積為V,相對(duì)原子質(zhì)量為M,對(duì)于NaCI型結(jié)構(gòu)來說，其n=4.嚴(yán)nM _4x263 6.023xl0a3x2.6則晶胞參數(shù):根據(jù)離子半徑計(jì)算：a=2(r+r-)=4.14nm/I 11 *i-&CaFa晶胞在（001）面上的投影圖(2)-J-a*A-$- &CaF2（110）面

8、上的離子排列簡(jiǎn)圖- 二0.19加2晶胞參數(shù)=0.373nm72-20計(jì)算Cdl2晶體中的 廠及CaTiO3晶體中 亍 的電價(jià)是否飽和?8解：Cdl2晶體中Cd2+W配位數(shù)CN=6 I-與三個(gè)在同一邊的CcT相連，且I-的配位數(shù)CN=3CaTiQ晶體中，Ca2+的配位數(shù)CN=12 Ti4+的配位數(shù)CN=6O的配位數(shù)CN=6所以，即O-電價(jià)飽和。2-21（1）畫出O2作面心立方堆積時(shí)，各四面體空隙和八面體空隙的所在位置（以一個(gè)晶胞為結(jié)構(gòu)基元表示出來）；（2）計(jì)算四面體空隙數(shù)、八而休空隙數(shù)與數(shù)之比解（1）略（2） 四面體空隙數(shù)與0數(shù)之比為2:1，八面體空隙數(shù)與 &數(shù)之比為1:12-22根據(jù)電

9、價(jià)規(guī)則，在下面情況下，空隙內(nèi)各需填入何種價(jià)數(shù)的陽(yáng)離子，并對(duì)每一種結(jié)構(gòu)舉出一個(gè)例子。（1）所有四面體空隙位置均填滿；（2）所有八面體空隙位置均填滿；（3）填滿一半四面體空隙位置；（4）填滿一半八面體空隙位置。答：分別為（1）陰陽(yáng)離子價(jià)態(tài)比應(yīng)為1:2如CaFa（2）陰陽(yáng)離子價(jià)態(tài)比應(yīng)為1:1如NaCI（3） 陰陽(yáng)離子價(jià)態(tài)比應(yīng)為1:1如ZnS（4）陰陽(yáng)離子價(jià)態(tài)比應(yīng)為1:2如TiO22-23化學(xué)手冊(cè)中給出NHCI的密度為1.5g/cm3,X射線數(shù)據(jù)說明NHCI有兩種晶體結(jié)構(gòu)，一 種為NaCl型結(jié)構(gòu)，a=0.726nm;另一種為CsCl結(jié)構(gòu)，a=0.387nm。上述密度值是哪一種 晶型的？（NH*離子作為

10、一個(gè)單元占據(jù)晶體點(diǎn)陣）。解：若NHCI為NaCl結(jié)構(gòu)若NHCI為NaCl結(jié)構(gòu),則可由公式=0.912g/cm則可由公式，即I-電價(jià)飽和可得:可得:9由計(jì)算可知NaCl型結(jié)構(gòu)的NHCI與化學(xué)手冊(cè)中給出NHCI的密度接近，所以該密度10NaCI晶型2-24MnS有三種多晶體，其中兩種為NaCI型結(jié)構(gòu)，一種為立方ZnS型結(jié)構(gòu)，當(dāng)有立方型2+結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)镹aCI型結(jié)構(gòu)時(shí)，體積變化的百分?jǐn)?shù)是多少？已知CN= 6時(shí)，rMn=0.08nm,=0.184nm;CN= 4時(shí)，rMn=0.073nm,rS=0.167nm。竺=1083對(duì)于Ba2+*丁.二一配位數(shù)為12符合鮑林第一規(guī)則鮑林第二規(guī)則電價(jià)規(guī)則24y-x4

11、+-x2=2ZnS2rS當(dāng)為NaCI型結(jié)構(gòu)時(shí):所以體積變化:a2 = 2+ r?丿=2(rM：+rs2-)=2(0.08+0.184)=0.384nm 打-討0.47?-0.3843If = _ = _=46.15%2-25鈦酸鋇是一種重要的鐵電陶瓷, 這個(gè)結(jié)構(gòu)中離子的配位數(shù)為若干？（其晶型是鈣鈦礦結(jié)構(gòu)， 試問：（1）屬于什么點(diǎn)陣?3）這個(gè)結(jié)構(gòu)遵守鮑林規(guī)則嗎？請(qǐng)作充分討論。(2)答：（1）屬于立方晶系（2）Ba2+、Ti4+和O-的配位數(shù)分別為12、6和6（3）這個(gè)結(jié)構(gòu)遵守鮑林規(guī)則鮑林第一規(guī)則r -0.132測(cè)= 0.064伽尸=0.143MM0.0640A32= 0.485配位數(shù)為6解：當(dāng)為

12、立方ZnS型結(jié)構(gòu)時(shí):11即負(fù)離子電荷Z=.則O2離子電荷 =:_ 一與O2-離子電荷相等，故符合鮑林第二規(guī)則，又根據(jù)鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)知其配位多面體不存在共棱或共面的情況，結(jié)構(gòu)情況也符合鮑林第四規(guī)則不同配位體連接方式規(guī)則和鮑林第五規(guī)則節(jié)約規(guī)則所以鈣鈦礦結(jié)構(gòu)遵守鮑林規(guī)則。2-26硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)有何特點(diǎn)？怎樣表征其學(xué)式？答：硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，但不同的結(jié)構(gòu)之間具有下面的共同特點(diǎn)：4+（1）結(jié)構(gòu)中的Si離子位于02-離子形成的四面體中心，構(gòu)成硅酸鹽晶體的基本結(jié)構(gòu)單元SiO4四面體。Si-0-Si是一條夾角不等的折線，一般在145左右。（2）SiO4四面體的每個(gè)頂點(diǎn)，即02-離子最多只能為兩個(gè)SiO4四

13、面體所共用。（3）兩個(gè)相鄰的SiO4四面體之間只能共頂而不能共棱或共面連接。（4）SiO4四面體中心的Si4+M子可以部分地被Al3+M子所取代，取代后結(jié)構(gòu)本身不發(fā)生太 大變化，即所謂的同晶取代，但晶體的性質(zhì)發(fā)生了很大的變化。這為材料的改性提供了可能。硅酸鹽的化學(xué)式表征方法主要有以下兩種：（1）氧化物表示法將構(gòu)成硅酸鹽晶體的所有氧化物按一定的比例和順序全部寫出來，先是1價(jià)的堿金屬氧化物，其次是2價(jià)、3價(jià)的金屬氧化物，最后是SiO2（2）無機(jī)絡(luò)合鹽表示法構(gòu)成硅酸鹽晶體的所有離子按一定的比例和順序全部寫出來，再把相關(guān)的絡(luò)陰離子用中括號(hào)括起來即可。先是1價(jià)、2價(jià)的金屬離子，其次是AI3+離子和Si

14、*離子，最后是O離子和OH離子。氧化物表示法的優(yōu)點(diǎn)在于一目了然的反應(yīng)出晶體的化學(xué)組成，可以按此配料來進(jìn)行晶體的實(shí)驗(yàn)室合成。用無機(jī)絡(luò)合鹽法則可以比較直觀的反應(yīng)出晶體所屬的結(jié)構(gòu)類型，進(jìn)而可以對(duì)晶體結(jié)構(gòu)及性質(zhì)作出一定程度的預(yù)測(cè)。兩種表示方法之間可以相互轉(zhuǎn)換。2-27硅酸鹽晶體的分類依據(jù)是什么？可分為那幾類，每類的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是什么？答：硅酸鹽晶體主要是根據(jù)SiO4在結(jié)構(gòu)中的排列結(jié)合方式來分類，具體可以分為五類：島 狀、組群狀、鏈狀、層狀和架狀。結(jié)構(gòu)和組成上的特征見下表：12結(jié)構(gòu)類型SiO4共用O2-數(shù)形狀絡(luò)陰離子團(tuán)Si:OI島狀0四面體4-SiO41:4組群狀1雙四面體Si 2Q6- 6-2:72二節(jié)環(huán)

15、Si 3Q8-1:32四節(jié)環(huán)Si4O281:32六節(jié)環(huán)Si6。812-1:3鏈狀2單鏈4-Si 2Q1:32、3雙鏈Si4O16-4:11層狀3平面層4-Si4O04:10架狀4骨架SiO44-1:4(AlxSi4-x)O8x-1:42-28下列硅酸鹽礦物各屬何種結(jié)構(gòu)類型：MgSiO4,KAISi3O,CaMgSi2G6,MgSi4O0(OH2,CstAIAISiO7。答：分別為島狀；架狀；單鏈；層狀（復(fù)網(wǎng)）；組群（雙四面體）。2-29根據(jù)MSiO4在（100）面的投影圖回答：（1）結(jié)構(gòu)中有幾種配位多面體，各配位多 面體間的連接方式怎樣？ （2）O的電價(jià)是否飽和？ （3）晶胞的分子數(shù)是多少？（

16、4）Si+和Mg+所占的四面體空隙和八面體空隙的分?jǐn)?shù)是多少？解：（1）有兩種配位多面體，SQ4,MgQ，同層的MgO6八面體共棱，如59MgQ和2 2 249MgO6共棱75O和27O，不同層的MgQ八面體共頂，女口1MgO和51MgQ共頂是22O,同層的MgQ與SiO4共頂，如TMgQ和7SiO4共頂22O,不同層的MgQ與SiO4共棱，TMgO和43SiO4共28&和28O2-；(2)（3）z=4；（4）Si4+占四面體空隙=1/8,Mg+占八面體空隙=1/2。2-30石棉礦如透閃石CstMgSi4O1（OH2具有纖維狀結(jié)晶習(xí)性，而滑石MgSi4O0（OH2卻具有片狀結(jié)晶習(xí)性，試解

17、釋之。&與3個(gè)MgO6和1個(gè)SiO4,，所以O(shè)h包和13解：透閃石雙鏈結(jié)構(gòu)，鏈內(nèi)的Si-O鍵要比鏈5的Ca-O Mg-O鍵強(qiáng)很多，所以很容易沿鏈間 結(jié)合力較弱處劈裂成為纖維狀； 滑石復(fù)網(wǎng)層結(jié)構(gòu)，復(fù)網(wǎng)層由兩個(gè)SiO4層和中間的水鎂石層 結(jié)構(gòu)構(gòu)成，復(fù)網(wǎng)層與復(fù)網(wǎng)層之間靠教弱的分之間作用力聯(lián)系，因分子間力弱，所以易沿分子間力聯(lián)系處解理成片狀。2-31石墨、滑石和高嶺石具有層狀結(jié)構(gòu)，說明它們結(jié)構(gòu)的區(qū)別及由此引起的性質(zhì)上的差異。解：石墨與滑石和高嶺石比較，石墨中同層C原子進(jìn)行SP2雜化，形成大n鍵，每一層都是六邊形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。由于間隙較大，電子可在同層中運(yùn)動(dòng)，可以導(dǎo)電，層間分子間力作用， 所以石墨比

18、較軟。滑石和高嶺石區(qū)別主要是滑石是Mg2+取代AI3+的2:1型結(jié)構(gòu)八面體層為三八面體型結(jié)構(gòu)而高嶺石為1:1型二八面體結(jié)構(gòu)2-32（1）在硅酸鹽晶體中，AI3+為什么能部分置換硅氧骨架中的Si4+;（2）Al3+置換Si后，對(duì)硅酸鹽組成有何影響？ （3）用電價(jià)規(guī)則說明AI3置換骨架中的Si4時(shí)，通常不超 過一半，否則將使結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。解：（1）Al3+可與&形成AlOj5-;AI3+與Si4+處于第二周期，性質(zhì)類似，易于進(jìn)入硅酸鹽晶 體結(jié)構(gòu)中與Si4+發(fā)生同晶取代，由于遵循鮑林規(guī)則，所以只能部分取代；（2）A|3+置換Si4是部分取代，Al3+取代Si4+時(shí)，結(jié)構(gòu)單元AlSiO4ASiO

19、5，失去了電中性，有過剩的負(fù)電荷， 為了保持電中性，將有一些半徑較大而電荷較低的陽(yáng)離子如K+、Ca2+、Ba2+進(jìn)入結(jié)構(gòu)中；（3）設(shè)人3+置換了一半的Si4+,則O-與一個(gè)Si4+一個(gè)A|3+相連，陽(yáng)離子靜電鍵強(qiáng)度=3/4X1+4/4X仁7/4,O-電荷數(shù)為-2,二者相差為1/4,若取代超過一半，二者相差必然1/4, 造成結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。14第三章 晶體結(jié)構(gòu)缺陷答案3-2試述位錯(cuò)的基本類型及其特點(diǎn)。解：位錯(cuò)主要有兩種：刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)。刃型位錯(cuò)特點(diǎn)：滑移方向與位錯(cuò)線垂直，符號(hào)丄，有多余半片原子面。 螺型位錯(cuò)特點(diǎn)：滑移方向與位錯(cuò)線平行， 與位錯(cuò)線垂直的面不是平 面，呈螺施狀，稱螺型位錯(cuò)。3-3非化

20、學(xué)計(jì)量化合物有何特點(diǎn)？為什么非化學(xué)計(jì)量化合物都是n型或p型半導(dǎo)體材料？解：非化學(xué)計(jì)量化合物的特點(diǎn)：非化學(xué)計(jì)量化合物產(chǎn)生及缺陷濃度與氣氛性質(zhì)、壓力有關(guān)； 可以看作是高價(jià)化合物與低價(jià)化合物的固溶體； 缺陷濃度與溫度有關(guān)， 這點(diǎn)可以從平衡常數(shù) 看出；非化學(xué)計(jì)量化合物都是半導(dǎo)體。 由于負(fù)離子缺位和間隙正離子使金屬離子過剩產(chǎn)生金 屬離子過剩 （n型）半導(dǎo)體，正離子缺位和間隙負(fù)離子使負(fù)離子過剩產(chǎn)生負(fù)離子過剩（p型）半導(dǎo)體。3-4影響置換型固溶體和間隙型固溶體形成的因素有哪些？解：影響形成置換型固溶體影響因素：（1）離子尺寸：15%規(guī)律：1.（R-R2）/R115%不連 續(xù)。2.40%不能形成固熔體。 （2

21、）離子價(jià)：電價(jià)相同，形成連續(xù)固熔體。（3）晶體結(jié)構(gòu)因素：基質(zhì)，雜質(zhì)結(jié)構(gòu)相同，形成連續(xù)固熔體。（4）場(chǎng)強(qiáng)因素。（5）電負(fù)性：差 值小，形成固熔體。差值大形成化合物。影響形成間隙型固溶體影響因素： （1）雜質(zhì)質(zhì)點(diǎn)大?。杭刺砑拥脑佑。仔纬晒倘荏w， 反之亦然。（2）晶體（基質(zhì)）結(jié)構(gòu)：離子尺寸是與晶體結(jié)構(gòu)的關(guān)系密切相關(guān)的，在一定程 度上來說， 結(jié)構(gòu)中間隙的大小起了決定性的作用。 一般晶體中空隙愈大，結(jié)構(gòu)愈疏松， 易形 成固溶體。 （3）電價(jià)因素：外來雜質(zhì)原子進(jìn)人間隙時(shí)，必然引起晶體結(jié)構(gòu)中電價(jià)的不平衡， 這時(shí)可以通過生成空位，產(chǎn)生部分取代或離子的價(jià)態(tài)變化來保持電價(jià)平衡。3-5試分析形成固溶體后對(duì)晶體

22、性質(zhì)的影響。解：影響有：（1）穩(wěn)定晶格，阻止某些晶型轉(zhuǎn)變的發(fā)生；（2）活化晶格，形成固溶體后，晶格結(jié)構(gòu)有一定畸變，處于高能量的活化狀態(tài)，有利于進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)；（3）固溶強(qiáng)化，溶質(zhì)原子的溶入，使固溶體的強(qiáng)度、硬度升高；（4）形成固溶體后對(duì)材料物理性質(zhì)的影響：固溶體的電學(xué)、 熱學(xué)、磁學(xué)等物理性質(zhì)也隨成分而連續(xù)變化， 但一般都不是線性關(guān)系。 固溶 體的強(qiáng)度與硬度往往高于各組元，而塑性則較低3-6說明下列符號(hào)的含義：VNa,VNa,VC1,（VNaVci）,Ca,Caca,Ca解：鈉原子空位；鈉離子空位，帶一個(gè)單位負(fù)電荷；氯離子空位，帶一個(gè)單位正電荷；最鄰近的Na+空位、Cl-空位形成的締合中心；ca2

23、+占據(jù)CaNa +2CIci+VNa(3)O VNa+VCl(4)AgAgT VAg+Agi3-8MgO的密度是3.58g/cm3,其晶格參數(shù)是0.42nm，計(jì)算單位晶胞MgO勺肖特基缺陷數(shù)。解：設(shè)有缺陷的MgO晶胞的晶胞分子數(shù)為x，晶胞體積V=(4.20)3,x=pVN0/M=3.96,單位 晶胞的肖脫基缺陷數(shù)=4-x=0.04。3-9MgO(NaCI型結(jié)構(gòu))和Li2O(反螢石型結(jié)構(gòu))均以氧的立方密堆為基礎(chǔ)，而且陽(yáng)離子都 在這種排列的間隙中，但在MgO中主要的點(diǎn)缺陷是肖特基缺陷，而在Li20中是弗倫克爾型，請(qǐng)解釋原因。解：Mg占據(jù)四面體空隙，Li占據(jù)八面體空隙。3-10MgO晶體的肖特基缺陷

24、生成能為84kJ/mol，計(jì)算該晶體1000K和1500K的缺陷濃度。_3一2(答：6.4X10_,3.5X10_)32解：n/N=exp(-E/2RT),R=8.314,T=1000k:n/N=6.4X10-；T=1500k:n/N=3.5X10-。3-11非化學(xué)計(jì)量化合物FexO中，F(xiàn)e3+/Fe2+=0.1，求FexO中的空位濃度及x值。(答:2.25X10_5；0.956)解：Fe2Qv2FeFe+3OO+VFey2yyX=1-y=1-0.0435=0.9565,Fe0.9565OVFe=2.22X10-23-12非化學(xué)計(jì)量缺陷的濃度與周圍氣氛的性質(zhì)、壓力大小相關(guān)，如果增大周圍氧氣的分

25、壓非化學(xué)計(jì)量化合物Fei-xO及Zni+x0的密度將發(fā)生怎么樣的變化？增大還是減小？為什么？3+2+Fe2yFe1-3yO,1一=0.l-0,3yy=0.1/2. 3=0.043516解：Zn(g) Zn+eZn(g)+1/2O2=ZnOZne+1/20ZnOZnO=e PQ Znip1.C2(g):- OO+VFe +2hk=OcVFeh/PO2l/2=4OOVFe3/PO21/2VFexPO2-1/6,PQ VFep3-13對(duì)于刃位錯(cuò)和螺位錯(cuò)，區(qū)別其位錯(cuò)線方向、伯氏矢量和位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向的特點(diǎn)。-Mfr解：刃位錯(cuò)：位錯(cuò)線垂直于位錯(cuò)線垂直于位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向；螺位錯(cuò)：位錯(cuò)線平行于 位錯(cuò)線平行于位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)

26、方向。3-15有兩個(gè)相同符號(hào)的刃位錯(cuò)，在同一滑移面上相遇，它們將是排斥還是吸引？解：排斥，張應(yīng)力重疊，壓應(yīng)力重疊。3-16晶界對(duì)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)將發(fā)生怎么樣的影響？能預(yù)計(jì)嗎？解：晶界對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)起阻礙作用。3-17晶界有小角度晶界與大角度晶界之分，大角度晶界能用位錯(cuò)的陣列來描述嗎？解：不能，在大角度晶界中，原子排列接近于無序的狀態(tài)，而位錯(cuò)之間的距離可能只有1、2個(gè)原子的大小，不適用于大角度晶界。3-18從化學(xué)組成、相組成考慮，試比較固溶體與化合物、機(jī)械混合物的差別。17固溶體機(jī)械混合物化合物形成原因以原子尺寸“溶解”生成粉末混合原子間相互反映生成相數(shù)均勻單相多相單相均勻化學(xué)計(jì)量不遵守定比定律遵守定比定

27、律化學(xué)組成不確定有幾種混合物就有多少化學(xué)組成確定以AO溶質(zhì)溶解在BQ溶劑中為例:比較項(xiàng)固溶體化合物機(jī)械混合物化學(xué)組成BgAj：0（x=02）AB2O4AO+BC3相組成均勻單相單相兩相有界面13-19試闡明固溶體、晶格缺陷和非化學(xué)計(jì)量化合物三者之間的異同點(diǎn)，列 出 簡(jiǎn) 明 表 格 比 較 。解：固溶體、晶格缺陷、非化學(xué)計(jì)量化合物都是點(diǎn)缺陷，是晶體結(jié)構(gòu)缺陷，都是單相均勻的 固體，結(jié)構(gòu)同主晶相。熱缺陷本征缺陷；固溶體非本征缺陷；分類形成原因形成條件缺陷反應(yīng)化學(xué)式溶解度、缺陷濃度熱缺陷肖特基弗倫克爾熱起伏T0k顯哺+監(jiān)M +MMXMX只受溫度控制固溶體無限，有限，置換，間隙攙雜溶解大小，電負(fù)性，電價(jià)

28、，結(jié)構(gòu)無：受溫度控制 有：攙雜量 固溶度受固溶度控制非化學(xué)計(jì)量化合物缺間間缺日日tn?NoNo NoNo環(huán)境中氣氛性質(zhì)和壓力變化Fei-xOUO+xZni+xOTiO2-xh 況弁W *卩 向用”陽(yáng)腫183-21AI 2Q在MgO中形成有限固溶體，在低共熔溫度1995C時(shí).約有18wt%AI2Q溶入MgO中，假設(shè)MgO單位晶胞尺寸變化可忽略不計(jì)。試預(yù)計(jì)下列情況的密度變化。1）AI3+為填隙離子；2）人3+為置換離子。解：（a）Al3+為填隙離子：缺陷反應(yīng)為J：- ：，（1）（b）Al為置換離子:固溶式分子式: 取100g試樣為基準(zhǔn)：（為摩爾數(shù)）呼廠忑古山為摩爾數(shù)） MgO中固溶18%wt的Al

29、203后的分子式為:2.035MgO- 0.176AI 2Q或Mg.o35AI0.352O2.563(4)(4)式各項(xiàng)除以2.563得Mg.794AI0.1370 ( 5)由（5）式得x=0.137代入（2）（3）式,（b）有宀迢-固溶式分子式:缺陷反應(yīng)為:19設(shè)：固溶前后晶胞體積不變，則密度變化為：p 0 176MAL2O3-b2.035MMgp0 17fi xl02 4- 2.035 x 40 3-=- - = -1二T- - = G9UOPMgQ2.563MMgp2.563 x40.3分別代表固溶前后密度）所以，固溶后的密度小于固溶前的密度。3-22對(duì)硫鐵礦進(jìn)行化學(xué)分析：按分析數(shù)據(jù)的Fe

30、/S計(jì)算，得出兩種可能的成分：Fe1-xS和FeS-x,前者意味著是Fe空位的缺陷結(jié)構(gòu)， 后者是Fe被置換。 設(shè)想用一種實(shí)驗(yàn)方法以確定該礦物 究竟屬哪一類成分？解：Fei-xS中存在Fe空位，非化學(xué)計(jì)量，存在i P型半導(dǎo)體；FeS-x中金屬離子過剩，存在S2-空位，存在：N型半導(dǎo)體；因Fei-xS、FeS-x分屬不同類型半導(dǎo)體，通過實(shí)驗(yàn)確定其半導(dǎo)體性質(zhì)即可。3-23說明為什么只有置換型固溶體的兩個(gè)組分之間才能相互完全溶解，而填隙型固溶體則 不能。解：（1）晶體中間隙位置是有限的，容納雜質(zhì)質(zhì)點(diǎn)能力10%（2）間隙式固溶體的生成， 一般都使晶格常數(shù)增大，增加到一定的程度，使晶格變得不穩(wěn)定而離解；置

31、換固溶體形成是 同號(hào)離子交換位置，不會(huì)對(duì)接產(chǎn)生影響，所以可形成連續(xù)固溶體。3-24對(duì)于MgO Al2O和CaQ,其正、負(fù)離子半徑比分別為0.47、0.36和0.40，貝UAI2O和AI2Q形成連續(xù)固溶體。（1）這個(gè)結(jié)果可能嗎？為什么？（2）試預(yù)計(jì)，在MgO- 62Q系統(tǒng)中的固溶度是有限的還是無限的？為什么？解：（1）AI2Q與C2Q能形成連續(xù)固溶體，原因：1）結(jié)構(gòu)內(nèi)型相同，同屬于剛玉結(jié)構(gòu)。（2）MgO與Cr2O3的固溶度為有限原因：結(jié)構(gòu)類型不同MgO屬于NaCl型結(jié)構(gòu)，Cr2O3屬剛玉結(jié)構(gòu)。也不可能形成連續(xù)固溶體。0.40-036040= 10% 15%解：MgO-ALQ：1，即rMgrA半徑

32、相差大，MgO（NaCI型）、AL?Q（剛玉）結(jié)構(gòu)類型差別大，形成有限固溶體；PbTiO3-PbZrO3形成無限固溶體，因?yàn)楸M管Ti4+、Zr4+半徑相差較大（15.28）,但都是（ABO）鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)，Ti4+、Zr4+都填充八面體空隙，該空隙體積較大，可填入的陽(yáng)離子的半徑r值可在一定范圍內(nèi)變化，而不至于使結(jié)構(gòu)變化。3-27CeQ為螢石結(jié)構(gòu)，其中加入15mol%CaO形成固溶體，測(cè)得固溶體密度d=7.01g/cm3,晶胞參數(shù)a=0.5417nm,試通過計(jì)算判斷生成的是哪一種類型固溶體。已知原子量Ce140.12,Ca40.08,O16.00。解：對(duì)于CaO-CeO固溶體來說，從滿足電中性來看

33、，可以形成氧離子空位的固溶體也可形 成Cci+a入陰離子間隙中的固溶體，其固溶方程為：CaOMCa；+O0+V2CQ亠TC壷+26+C可對(duì)于置換式固溶體有x=0.15,1-x=0.85 ,2-x=1.85，所以置換式固溶體化學(xué)式CaCeO。有因?yàn)镃eO屬于螢石結(jié)構(gòu)，晶胞分子數(shù)Z=4,晶胞中有Ca2+、Ce4+、O-三種質(zhì)點(diǎn)。晶胞質(zhì)量Ni2O2+3、1 +21對(duì)于間隙固溶體，其化學(xué)式Ca2yCe-yQ,與已知組成Ca）.i5CeO相比，（O不同,Ca）.15Cea.85Ql.85Cc0.15X2/1.85C&.83X2/1.85Q0.15x20 85x2尸135=間隙式固溶體化學(xué)式Ca0

34、 .13X2/1.85Ce.7/1.85Q同理可得實(shí)測(cè)密度為d=7.01匚匸幻，接近于d2形成間隙固溶體，存在間隙Ca!+離子322第五章固體表面與界面答案5-2何謂表面張力和表面能？在固態(tài)和液態(tài)這兩者有何差別？解：表面張力：垂直作用在單位長(zhǎng)度線段上的表面緊縮力或?qū)⑽矬w表面增大一個(gè)單位所需作 的功；d=力/總長(zhǎng)度（N/m）表面能：恒溫、恒壓、恒組成情況下，可逆地增加物系表面積須對(duì)物質(zhì)所做的非體積功稱為表面能；J/m2=N/m液體：不能承受剪應(yīng)力，外力所做的功表現(xiàn)為表面積的擴(kuò)展，因?yàn)楸砻鎻埩εc表面能數(shù)量是相同的；固體：能承受剪切應(yīng)力，外力的作用表現(xiàn)為表面積的增加和部分的塑性形變，表面張力與表面能

35、不等。_835-3在石英玻璃熔體下20cm處形成半徑5X10 m的氣泡，熔體密度為2200kg/m，表面張 力為0.29N/m，大氣壓力為1.01x105Pa,求形成此氣泡所需最低內(nèi)壓力是多少？解：R（熔體柱靜壓力）=hpg=0.2x2200X9.81=4316 .4Pa87附加壓力. =2x0.29/5x10-=1.16x10 Pa_755故形成此氣泡所需壓力至少為F=R+AP+P大氣=4316.4+1.16x10 +1.01x10 =117.04x10 Pa5-4（1）什么是彎曲表面的附加壓力？其正負(fù)根據(jù)什么劃分？（2）設(shè)表面張力為0.9J/m2,計(jì)算曲率半徑為0.5卩m 5卩m的曲面附加

36、壓力？解：（1）由于表面張力的存在，使彎曲表面上產(chǎn)生一個(gè)附加壓力，如果平面的壓力為R,彎曲表面產(chǎn)生的壓力差為P,則總壓力為F=F0+P。附加壓力的正負(fù)取決于曲面的曲率， 凸面為正，凹面為負(fù)。5-5什么是吸附和粘附？當(dāng)用焊錫來焊接銅絲時(shí)，用挫刀除去表面層，可使焊接更加牢固, 請(qǐng)解釋這種現(xiàn)象？解：吸附：固體表面力場(chǎng)與被吸附分子發(fā)生的力場(chǎng)相互作用的結(jié)果，發(fā)生在固體表面上，分 物理吸附和化學(xué)吸附；粘附：指兩個(gè)發(fā)生接觸的表面之間的吸引，發(fā)生在固液界面上；銅絲放在空氣中，其表面層被吸附膜（氧化膜）所覆蓋，焊錫焊接銅絲時(shí)，只是將吸附膜粘 在一起，錫與吸附膜粘附的粘附功小，銼刀除去表面層露出真正銅絲表面（去掉

37、氧化膜）， 錫與銅相似材料粘附很牢固。(2)根據(jù)Laplace公式:勺丿可算得P=0.9x(1/0.5+1/5)=1.98x106Pa235-6在高溫將某金屬熔于AI2Q片上。（1）若AI2Q的表面能估計(jì)為1J/m2,此熔融金屬的表面能也與之相似，界面能估計(jì)約為0.3J/m2，問接觸角是多少？（2）若液相表面能只有Al2O3表面能的一半，而界面能是Al2O3表面張力的2倍，試估計(jì)接觸角的大?。克?二寶盤解：（1）根據(jù)Yong方程：將已知數(shù)據(jù)代入上式8 吩匕空一=0.7，所以可算得接觸角約為45.6度（2）將已知數(shù)據(jù)代入Yong方程II . =0.8，可算得接觸角約為36.9度。5-7在20C及

38、常壓下，的功是多少？已知20C時(shí)汞的表面張力0.47N/m。將半徑為103m的汞分散成半徑為109m的小汞滴，求此過程所需作解：此過程所需作的功應(yīng)等于系統(tǒng)表面能的增加，即W -yxj-冥4加?2口0.47X22LX4X3.14X103=1盧=59w5-8在2080C的Al2Q （L） 內(nèi)有一半徑為108m的小氣泡， 求該氣泡所受的附加壓力是多大？ 已知2080C時(shí)Al2O3（L）的表面張力為0.700N/m。解：根據(jù)公式，可算得厶P=2X0.7/10一8=1.4X108N5-9 20C時(shí)苯的表面張力為0.0289N/m，其飽和蒸氣壓為10013Pa,若在20C時(shí)將苯分散成半徑為106m的小滴，

39、計(jì)算：（1）苯滴上的附加壓力；（2）苯滴上的蒸氣壓與平面上苯液 飽和蒸氣壓之比。解：（1）根據(jù)公式，可算得厶P=2X0.0289/106=5.78X104NT? My 1TP MhP（2）根據(jù)開爾文方程廠；-：丄，簡(jiǎn)化為 三 .-匕丄查得苯的密度為879kg/m3242578xltr冬5,78x12莊呂將已知數(shù)據(jù)代入公式右邊_.二；=0.002=苯滴上的蒸氣壓與平面上苯液飽和蒸氣壓之比I=1.00235-10 20C時(shí)，水的飽和蒸氣壓力為2338Pa,密度為998.3kg/m，表面張力為0.07275N/m,求半徑為10_9m的水滴在20C時(shí)的飽和蒸氣壓為多少？解：根據(jù)公式，可算得厶P=2X0

40、.07275/10一9=1.455X108N/m2P _MA?根據(jù)開爾文方程V 二I”，簡(jiǎn)化為：，將已知條件代入可算得：丁P18xl03xl.455xl03in-=-匕二 ._： -=1.077P=6864Pa最后算得半徑為109m的水滴在20C時(shí)的飽和蒸氣壓P為6864Pa_85-11若在101325Pa,100C的水中產(chǎn)生了一個(gè)半徑為10 m的小氣泡，問該小氣泡能否存在并長(zhǎng)大？此時(shí)水的密度為958kg/m3，表面張力為0.0589N/m。解：根據(jù)公式，可算得附加壓力為P=2X0.0589/10_8=1.178X107Pa對(duì)于液體中的氣泡，氣泡的壓力為P=PGP=1013251.178X10

41、790，所以不能潤(rùn)濕。5-13在某一定溫度下，對(duì)H2在Cu(s)上的吸附測(cè)得以下數(shù)據(jù):PHX103Pa)5.06610.1315.2020.2725.33p/V(X10 Pa/L)4.2567.60011.6514.8917.73其中V是不同壓力下每克Cu上吸附Hz的體積(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，求朗格繆爾公式中的VSo1 1 1=+-解：根據(jù)朗格繆爾公式 丨W - :丄+丄公式兩邊乘以p,得.所作圖基本為直線，證明符合朗格繆爾等溫式，斜率為0.0007,則Vs=1428.6L5-14 20C時(shí)，乙醚水、汞乙醚及汞水的界面張力分別為0.0107、0.379及0.375N/m,在乙醚與汞的界面上滴一滴水，求

42、其接觸角。C0S=22dk_ 0.379-0,375解：，II.：.卩止二山材；5-15在真空下的氧化鋁表面張力約為0.9N/m，液態(tài)鐵的表面張力為1.72N/m，同樣條件下液態(tài)鐵-氧化鋁的界面張力為2.3N/m，問接觸角有多大？液態(tài)鐵能否潤(rùn)濕氧化鋁?解:285-16考慮四種聯(lián)接作用：焊接、燒結(jié)、粘附接合和玻璃金屬的封接，請(qǐng)從原子尺度考慮， 解釋這些聯(lián)接作用相互間有何差異？解：焊接：兩種或兩種以上材質(zhì) （同種或異種）,通過加熱或加壓或二者并用,來達(dá)到原 子之間的結(jié)合而形成永久性連接的工藝過程叫焊接.焊接時(shí)周圍的條件，包括：母材材質(zhì)、 板厚、坡口形狀、接頭形式、拘束狀態(tài)、環(huán)境溫度及濕度、清潔度以

43、及根據(jù)上述諸因素而確 定的焊絲（或焊條）種類及直徑、焊接電流、電壓、焊接速度、焊接順序、熔敷方法、運(yùn)槍 （或運(yùn)條）方法等。焊件坡口及表面如果有油（油漆）、水、銹等雜質(zhì)，熔入焊縫中會(huì)產(chǎn)生 氣孔、夾雜、夾渣、裂紋等缺陷，給焊接接頭帶來危害和隱患。燒結(jié)：是賦予材料性能的一種高溫處理工藝， 原子向接觸點(diǎn)的擴(kuò)散使顆粒間行形成粘結(jié)， 進(jìn)一步擴(kuò)散最終填滿各種剩下的孔隙并使材料的致密度提高。 是粉末或粉末壓坯加熱到低于 其中基本成分的熔點(diǎn)的溫度，然后以一定的方法和速度冷卻到室溫的過程。 燒結(jié)的結(jié)果是粉 末顆粒之間發(fā)生粘結(jié)， 燒結(jié)體的強(qiáng)度增加， 把粉末顆粒的聚集體變成為晶粒的聚結(jié)體， 從而 獲得所需的物理、機(jī)械

44、性能的制品或材料。低溫預(yù)燒階段:在此階段主要發(fā)生金屬的回復(fù)及 吸附氣體和水分的揮發(fā)，壓坯內(nèi)成形劑的分解和排除等。中溫升溫?zé)Y(jié)階段:此階段開始出 現(xiàn)再結(jié)晶，在顆粒內(nèi)，變形的晶粒得以恢復(fù)，改組為新晶粒，同時(shí)表面的氧化物被還原，顆 粒界面形成燒結(jié)頸。 高溫保溫完成燒結(jié)階段:此階段中的擴(kuò)散和流動(dòng)充分的進(jìn)行和接近完成， 形成大量閉孔，并繼續(xù)縮小，使孔隙尺寸和孔隙總數(shù)有所減少，燒結(jié)體密度明顯增加。粘附現(xiàn)象的本質(zhì)和吸附一樣都是兩種物質(zhì)之間表面力作用的結(jié)果。 粘附作用可通過兩相 相對(duì)滑動(dòng)時(shí)的摩擦、固體粉末的聚集和燒結(jié)等現(xiàn)象表現(xiàn)出來。玻璃和金屬的封接，受許多因素的支配。影響封接件最主要的因素有如下四方面： （1

45、）金屬的氧化 在玻璃與金屬氣密封接前，通常把金屬適度氧化，健金屬氧化物處于玻璃與金屬之間。 這一步驟對(duì)封接是十分必要的， 也是玻璃封接的一種微觀調(diào)控手段。 金屬的氧化處理， 是影 響玻璃與金屬封接最重要的因素，其中氧化機(jī)理是探討封接技術(shù)的關(guān)鍵問題。（2）玻璃和金屬的膨脹系數(shù)玻璃和金屬膨脹系數(shù)的一致性， 是形成良好封接的宏觀調(diào)控手段。 當(dāng)玻璃熔體與金屬封 接時(shí)， 處于高溫下的玻璃有足夠的粘滯流動(dòng)性。它一面變形， 一面隨著金屬的熱收縮曲線而收縮。 然而，隨著溫度的降低， 玻璃逐漸失去其流動(dòng)性， 以致跟不上金屬的熱收縮而逐漸從 金屬的收縮曲線上分離開來。 該變化既連續(xù)， 又取決于冷卻速率， 因而無法

46、確定哪一點(diǎn)溫度 是玻璃從金屬收縮曲線上分出來的特定溫度。通常為方便起見，用一特定溫度TM來表示玻璃固著于金屬時(shí)的狀態(tài)。這就是說，當(dāng)T TM,玻璃具有完全的流動(dòng)性，且不產(chǎn)生應(yīng)力。當(dāng)TSr2+ Ca)Mg2、NH+K+ Na+) Li+(9)泥漿澆注時(shí)間：Li+Na、K+)NH+、Mg+、Ca2+- Sr2+- Ba2+- Al3+- H+(10)坯體形成速率：-H+- Al3 +-、Ba2+- ) Sr2+、+ Mcj+NH+ K+Na+) Li+5-24用N&CO和NazSiOs分別稀釋同一種粘土(以高嶺石礦物為主)泥漿，試比較電解質(zhì)加 入量相同時(shí)，兩種泥漿的流動(dòng)性、注漿速率、觸變性和

47、坯體致密度有何差別？ 解：不同陰離子的Na鹽電解質(zhì)對(duì)粘土膠溶效果是不相同的。含有聚合陰離子的鈉鹽能使粘 土的Z-電位值升至-60mV。所以加入NaCO基本上對(duì)粘土的各項(xiàng)性能沒有影響，而加入Na2SiO3后，泥漿的流動(dòng)性升高，注漿速率升高，觸變性降低，坯體致密度升高。5-25影響粘土可塑性的因素有那些？生產(chǎn)上可以來用什么措施來提高或降低粘土的可塑性 以滿足成形工藝的需要？解：當(dāng)粘土與適當(dāng)?shù)乃旌暇鶆蛑瞥赡鄨F(tuán)，該泥團(tuán)受到高于某一個(gè)數(shù)值剪應(yīng)力作用后，可以塑造成任何形狀，當(dāng)去處應(yīng)力泥團(tuán)能保持其形狀，這種性質(zhì)稱為可塑性。影響因素有：1.礦物組成，礦物組成不同，顆粒間的作用力也不同。2.吸附的陽(yáng)離子種類，

48、陽(yáng)離子的電價(jià)越高可塑性越好。3.顆粒的大小和形狀，顆粒越細(xì)，比表面積越大，顆粒間的接觸點(diǎn)越多，則 可塑性增加。4.含水量等。生產(chǎn)上可以增大礦物組分的比表面積來增大電細(xì)管力，從而增大可塑性；也可增大或減小吸附的陽(yáng)離子的電價(jià)，從而改變粘土可塑性；或者將礦物的顆粒減小增大接觸點(diǎn)來增大粘土的 可塑性；33第六章相平衡與相圖答案6-2什么是吉布斯相律？它有什么實(shí)際意義？解：相律是吉布斯根據(jù)熱力學(xué)原理得出的相平衡基本定律，又稱吉布斯相律，用于描述達(dá)到相平衡時(shí)系統(tǒng)中自由度數(shù)與組分?jǐn)?shù)和相數(shù)之間的關(guān)系。一般形式的數(shù)學(xué)表達(dá)式為F=C P+2。其中F為自由度數(shù)，C為組分?jǐn)?shù)，P為相數(shù)，2代表溫度和壓力兩個(gè)變量。應(yīng)用相

49、率可以 很方便地確定平衡體系的自由度數(shù)。6-3固體硫有兩種晶型，即單斜硫、斜方硫，因此，硫系統(tǒng)可能有四個(gè)相，如果某人實(shí)驗(yàn)得 到這四個(gè)相平衡共存，試判斷這個(gè)實(shí)驗(yàn)有無問題？解：有問題，根據(jù)相律，F(xiàn)=C-P+2=1-P+2=3-P，系統(tǒng)平衡時(shí)，F(xiàn)=0,則P=3,硫系統(tǒng)只能是三相平衡系統(tǒng)。6-4如圖6-1是鈣長(zhǎng)石（CaAbSizQ）的單元系統(tǒng)相圖，請(qǐng)根據(jù)相圖回解：（1）六方、正交和三斜鈣長(zhǎng)石的熔點(diǎn)各是多少？ （2）三斜和六方晶型的轉(zhuǎn)變是可逆的還是不可逆的？你是如何判斷出來的？ （3）正交晶型是熱力學(xué)穩(wěn)定態(tài)？還是介穩(wěn)態(tài)？解：（1）六方鈣長(zhǎng)石熔點(diǎn)約1300C（B點(diǎn)），正鈣長(zhǎng)石熔點(diǎn)約1180C（C點(diǎn)），三斜

50、鈣長(zhǎng) 石的熔點(diǎn)約為1750C（A點(diǎn)）。（2）三斜與六方晶型的轉(zhuǎn)變是可逆的。因?yàn)榱骄图訜岬睫D(zhuǎn)變溫度會(huì)轉(zhuǎn)變成三斜晶型，而高溫穩(wěn)定的三斜晶型冷卻到轉(zhuǎn)變溫度又會(huì)轉(zhuǎn)變成六方晶型。（3）正交晶型是介穩(wěn)態(tài)。6-5圖6-2是具有多晶轉(zhuǎn)變的某物質(zhì)的相圖，其中DEF線是熔體的蒸發(fā)曲線。KE是晶型I的升華曲線；GF是晶型II的升華曲線；JG是晶型III的升華曲線，回答下列問題：（1） 在圖中標(biāo)明各相的相區(qū)，并寫出圖中各無變量點(diǎn)的相平衡關(guān)系；（2）系統(tǒng)中哪種晶型為穩(wěn)定相？哪種晶型為介穩(wěn)相？ （3）各晶型之間的轉(zhuǎn)變是可逆轉(zhuǎn)變還是不可逆轉(zhuǎn)變？圖6-2圖6-134解：（1）KEC為晶型I的相區(qū)，EFBC冷液體的介穩(wěn)區(qū)，

51、AGFB晶型n的介穩(wěn)區(qū)，JGA晶型川的介穩(wěn)區(qū)，CED是液相區(qū)，KED是氣相區(qū)；35(2)晶型i為穩(wěn)定相，晶型n、川為介穩(wěn)相；因?yàn)榫蚽、川的蒸汽壓高于晶型I的，即 它們的自由能較高，有自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂赡茌^低的晶型I的趨勢(shì)；(3)晶型i轉(zhuǎn)變?yōu)榫蚽、川是單向的，不可逆的，多晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)的溫度高于兩種晶型的熔 點(diǎn)；晶型n、川之間的轉(zhuǎn)變是可逆的，雙向的，多晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)溫度低于n、川的熔點(diǎn)。6-6在SiO2系統(tǒng)相圖中，找出兩個(gè)可逆多晶轉(zhuǎn)變和兩個(gè)不可逆多晶轉(zhuǎn)變的例子。解：可逆多晶轉(zhuǎn)變：3-石英一a-石英a-石英一a-鱗石英 不可逆多晶轉(zhuǎn)變：3-方石英 一3-石英丫-鱗石英 一3-石英6-7C2S有哪幾種晶型？在加

52、熱和冷卻過程中它們?nèi)绾无D(zhuǎn)變? 丫-C2S?在生產(chǎn)中如何防止3-C2S轉(zhuǎn)變?yōu)?丫-C2S?解：C2S有二、四種晶型，它們之間的轉(zhuǎn)變?nèi)缬覉D所示。由于3-C2S是一種熱力學(xué)非平衡態(tài)，沒有能穩(wěn)定存在的溫度區(qū)間，因而在相圖上沒有出現(xiàn)3-C2S的相區(qū)。GS和3-C2S是硅酸鹽水泥中含量最高的兩種水硬性礦物，但當(dāng)水泥熟料緩慢冷卻時(shí)，GS將會(huì)分解，3 -C2S將轉(zhuǎn)變?yōu)闊o水硬活性的丫-C2S0為了避免這種情況的發(fā)生，生產(chǎn)上采取急冷措施，將GS和3-C2S迅速越過分解溫度或晶型轉(zhuǎn)變溫度，在低溫下以介穩(wěn)態(tài)保存下來。6-8今通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得如圖6-3所示的各相圖，試判斷這些相圖的正確性。如果有錯(cuò)，請(qǐng)指出錯(cuò)在何處？并說明理

53、由。圖6-3解：第一圖錯(cuò)，B組元有一個(gè)固定的熔點(diǎn)，因此液相線和固相線在B側(cè)應(yīng)交于一點(diǎn)。3-C2S為什么能自發(fā)地轉(zhuǎn)變成36第二圖錯(cuò)，A、B組元具有一個(gè)低共熔點(diǎn)，因此AB的兩條液相線應(yīng)交于一點(diǎn)。37第三圖錯(cuò)，析晶過程中，達(dá)到共熔點(diǎn)后，系統(tǒng)進(jìn)入低共熔過程，從液相中析出固溶體3，系統(tǒng)進(jìn)入三相平衡狀態(tài)，系統(tǒng)的溫度不能變，因此中間的那條線應(yīng)與AB平行。第四圖錯(cuò)，具有低共熔點(diǎn)的有限固溶體二元系統(tǒng)相圖中丫固溶體不可能存在。第五圖錯(cuò)，具有轉(zhuǎn)熔點(diǎn)的有限固溶體二元系統(tǒng)相圖中丫固溶體不可能存在。6-9根據(jù)圖6-4所示的二元系統(tǒng)相圖回解：（1）注明各相區(qū)；（2）寫出無變量點(diǎn)的性質(zhì)及 其相平衡關(guān)系；（3）寫出M和M熔體的

54、平衡冷卻析晶過程；（4）計(jì)算從熔體剛冷至 TP溫 度及離開 TP溫度時(shí)系統(tǒng)中存在各相的百分含量。解：（1）相區(qū)如圖所示：（2）轉(zhuǎn)熔點(diǎn)PL+P0D低共熔點(diǎn)E:二一-（3）1液:?-i3L + AD、MF-l Y消失，F(xiàn) = 0固:A A+DHTT嚴(yán)Q兒圖6-4液:iA71 dAAn偽。L B i D叫；驚*)S( ”)0 皿能失，F(xiàn) = 0ZY軼F=0固:ADfE(4)點(diǎn)，剛到 T 時(shí)(X、38/% = X100%TfP二乂xlOO%TrP離開/% = xlOO%T.0D%二厶xlOO%T.C兒點(diǎn)，剛到 r 時(shí)DD/% = X100%TfPZ% = _xlOO%T離開二時(shí)，廣RZ% = xlOO

55、%PC ppD%=X100%PC6-10圖6-5為具有一個(gè)不一致熔融化合物的二元系統(tǒng)，在低共熔點(diǎn)E發(fā)生如下析晶的過程：LA+AK。E點(diǎn)B含量為20%，化合物AK含B量為64%,今有C和C2兩種配料，其配 料點(diǎn)分置于E點(diǎn)兩側(cè)。已知C中B含量是C2中B含量的1.5倍，且在達(dá)低共熔點(diǎn)溫度前的 冷卻析晶過程中，從該二配料中析出的初晶相含量相等。試計(jì)算C和Q的組成。圖6-5解：設(shè)AB二元相圖中組成以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示。和兩種配料量均為G（ kg）。據(jù)題意，初相在低共溶點(diǎn)前析出，則和二配料組成必在AP之間（若在PB之間，初相比在轉(zhuǎn)熔點(diǎn)P前析出）。又該二配料組成不同，而析出的初相含量相等，可知二配料點(diǎn)一定分置于

56、低共溶點(diǎn)E兩側(cè)，析出初相分別為和Ao39設(shè) 含B的量為x%,G含B量為y%,則根據(jù)桿杠規(guī)則可以建立下面方程：x = 1.5jx- 20 - 20-64- 20 20解聯(lián)立方程，得x=26%,y=17.3%。所以，組成為含B的量26% G組成為含B17.3%6-11圖6-6是一個(gè)未完成的具有一個(gè)不一致熔化合物并形成固溶體的二元系統(tǒng)相圖。請(qǐng)根據(jù)已給出的諸點(diǎn)完成此相圖的草圖。解：草圖如下：圖6-66-12已知A和B兩組成構(gòu)成具有低共熔點(diǎn)的有限固溶體的二元系統(tǒng)。試根據(jù)下列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制粗略相圖。已知A的熔點(diǎn)為1000C,B熔點(diǎn)為700C。含B為25mol%的試樣在500C完全凝固，其中含73.3mol%

57、初晶相SA（B）和26.7mol% （S（B）+ SB（A）共生體。含B為50mol% 的試樣在同一溫度下凝固完畢，其中含40mol%初晶相 SA（B）和60mol%（ SA（B）+ S（A）共生體，而 SA（B）相總量占晶相總量的50%。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均在達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)測(cè)定。解：因a、b點(diǎn)溫度及低共熔溫度已知，欲繪此相圖之草圖，關(guān)鍵是求出C E、D三點(diǎn)之組成。由于二個(gè)試樣析出初晶相均為上，且在同一溫度下凝固完畢（此溫度顯然即低共熔溫度，可知該二試樣的組成必都落在CE間。設(shè)C點(diǎn)含B量為x,E點(diǎn)含B量為z。根據(jù)題意借助杠桿規(guī)則可以獲得下面關(guān)系式。40y-解上述聯(lián)立方程， 得x=0.051,y=0.79

58、9,z=0.949,據(jù)此，可確定C點(diǎn)含B量0.05mol,E點(diǎn)含B量為0.80mol,D點(diǎn)含B量為0.95mol。這樣相圖中C E、D位置可以找到，從而繪出相圖的草圖如下：6-13根據(jù)AI2QSiO2系統(tǒng)相圖說明：（1）鋁硅質(zhì)耐火材料：硅磚（含SiO298%）、粘土磚（含AI2Q35%50%）、高鋁磚（含AI2Q6O%90%）、剛玉磚（含Al2Q90%）內(nèi), 各有哪些主要的晶相？（2）為了保持較高的耐火度，在生產(chǎn)硅磚時(shí)應(yīng)注意什么？（3）若耐火材料出現(xiàn)40%的液相便軟化不能使用，試計(jì)算含40mol%Al2Q的粘土磚的最高使用溫度。解：（1）硅磚（含SiO298%主要晶相：SiO2、2AI2O32

59、SiO3固溶體（莫來石），粘土磚 （含Al20335-50%主要晶相：SiO2、AS,高鋁磚（含Al20360-90%主要晶相：6072%能72 90%Ab03A3S2。= 0.73y-50040z-50= 0.50416-14根據(jù)CaO- SiO2系統(tǒng)相圖回答下列問題：(1)若以含CaO8班的熔體1000g冷卻到2150C以后(溫度即將離開2150C時(shí))，會(huì)獲得何種產(chǎn)物？這些產(chǎn)物的量各為多少？ (2)若以CaO SiO2二組元配料，加熱至熔融后再冷卻，要求產(chǎn)物中只有C2S和GS,則配料范圍應(yīng)選在哪里？若平衡冷卻能達(dá)到目的嗎？為什么？應(yīng)采取什么措施？ 解：CaO- SiO2系統(tǒng)如下:AjS,

60、UdMffU50*AJSJ固梆體I：4060mol %(2)為了保持硅磚的耐火度，要嚴(yán)格防止原料中混如 很陡，加入少量的A1203后，硅磚中會(huì)產(chǎn)生大量的液相,Al2030SiO2熔點(diǎn)為1723C,SiO2液相SiO2的熔點(diǎn)劇烈下降。如加入1wt%Al203,在低共熔點(diǎn)(1595C)時(shí)產(chǎn)生的液相量為 下降；1/5.5=18.2%，會(huì)使硅磚的耐火度大大(3)根據(jù)相圖，當(dāng)出現(xiàn)40%液相時(shí)，由桿杠規(guī)則可知,0.6- x得x=0.1,在相圖中作出析晶路線，可以估計(jì)出粘土磚的最高溫度約為1670C。Al203-SiO2系統(tǒng)相圖42(2)若要求產(chǎn)物中只有C2S和GS,據(jù)相圖可知，配料范圍應(yīng)選在含CaO65%r 74%之間。平 衡冷卻不能達(dá)到目的，因?yàn)槠胶饫鋮s得到的