無機材料科學(xué)基礎(chǔ)

1、問答題第一章1. 晶體的基本性質(zhì)晶體是具有格子構(gòu)造的固體，凡是由于格子構(gòu)造所決定的并為一切晶體所共有 的性質(zhì)，稱為晶體的基本性質(zhì)。（1）自限性一一晶體具有自發(fā)的形成封閉的幾何多面體外形能力的性質(zhì)。（晶面、晶棱和角頂分別與空間格子的面網(wǎng)、行列和結(jié)點相對應(yīng)。）（2）均一性 同一晶體的不同部位，在相同方向上具有相同的物理化學(xué)性 質(zhì)（與非晶體的均一性有本質(zhì)的區(qū)別）。（3）異向性同一晶體在不同方向上具有不同的性質(zhì)。如晶體的膨脹性、 機械強度、解理、導(dǎo)電性、折射率等。（4）對稱性晶體中的相同部分或性質(zhì)能夠在不同方向或部位上有規(guī)律的 重復(fù)出現(xiàn)。（5）穩(wěn)定性一一在相同的熱力學(xué)條件下，晶體的內(nèi)能最小，最穩(wěn)定（與

2、化學(xué) 組成相同的非晶體相比）。2. 晶體的三個簡單對稱要素，其相應(yīng)變換是什么？操作類型對稱操作假想的輔助幾何要素對稱要素簡單反伸（倒反）占 八、對稱中心（C）反映面對稱面（P或m）旋轉(zhuǎn)線對稱軸（Ln或n）3. 根據(jù)對稱性，晶體是如何分類的，分類的依據(jù)是什么？在晶體的對稱型中，根據(jù)有無高次軸和高次軸多少，把32個對稱型劃分出三個晶族；又根據(jù)旋轉(zhuǎn)軸和倒轉(zhuǎn)軸的軸次和數(shù)目劃分為7個晶系。咼級晶族（咼次軸多于一個，n > 2 ）» 立方晶系晶體中級晶族（高次軸只有一個）六方晶系 四方晶系 *三方晶系二斜晶系低級晶族（無高次軸）券單斜晶系正交晶系4如何確定晶面符號，晶棱符號？略5單位平行六

3、面體的劃分原則（1）平行六面體的對稱性應(yīng)符合整個空間點陣的對稱性。（2）在不違反對稱的條件下，應(yīng)選擇棱與棱之間的直角關(guān)系為最多的平行六面 體。（3）在遵循前兩條的前提下，所選的平行六面體之體積應(yīng)為最小。（4）當(dāng)對稱性規(guī)定棱間交角不為直角時，在遵循前三條的前提下，應(yīng)選擇結(jié)點間 距小的行列作為平行六面體的棱，且棱間交角接近于直角的平行六面體。6對應(yīng)于七個晶系，單位平行六面體的類型，其點陣常數(shù)是怎樣的？1）等軸晶系：對應(yīng)于等軸晶系的空間格子是一個立方格子，單位平行六面體是一個立方體，單位平行六面體參數(shù)為：ao=bo=co, a = B = y =90°2）四方晶系：對應(yīng)于四方晶系的空間格子

4、是一個四方格子，單位平行六面體是橫截面是正方形的四方柱，規(guī)定棱面相交的棱為co，單位平行六面體參數(shù)為：ao=bo0工 co, a = B = Y =903）正交晶系：對應(yīng)于正交晶系的空間格子是一個正交格子，單位平行六面體是 長寬高都不等的長方體，單位平行六面體參數(shù)為： aoM bo工co, a = B = Y =9004）單斜晶系：對應(yīng)于單斜晶系的空間格子是一個單斜格子，單位平行六面體的 三對面中有兩對時矩形，另一對是非矩形。兩對矩形平面都垂直于非矩形平面， 而它們之間的夾角為B,但B工900兩矩形面相交的棱為二次軸方向， 規(guī)定此相 交棱b。單位平行六面體參數(shù)為：aoMco, a =丫 =90

5、0 B工9007.三種微觀對稱要素1）平移軸、2）相移軸、3）螺旋軸8晶體中最常見的兩種最緊密堆積方式是什么？等徑球體的最緊密堆積方式有兩種：六方和立方最緊密堆積。9鮑林規(guī)則的內(nèi)容是什么？并加以解釋。探負(fù)離子多面體規(guī)則在每一個正離子的周圍形成一負(fù)離子配位多面體，每一個負(fù)離子占據(jù)著多 面體的一個角頂；正負(fù)離子間的距離取決于它們的半徑之和；正離子的配 位數(shù)取決于它們的半徑之比，而與離子的價態(tài)無關(guān)。探靜電價規(guī)則在一個穩(wěn)定的離子化合物晶體結(jié)構(gòu)中，每一個負(fù)離子的電價等于或近似等 于相鄰正離子分配給這個負(fù)離子的靜電鍵強度的總和（偏差小于1/4）。探同種配位多面體共頂共棱規(guī)則在配位結(jié)構(gòu)中，兩個配位多面體以共

6、棱，特別是共面方式存在時，結(jié)構(gòu)的 穩(wěn)定性會降低。對于高電價低配位數(shù)的正離子來說，此效應(yīng)更顯著。探多種配位多面體相聯(lián)規(guī)則若晶體中有一種以上的正離子，則電價高而配位數(shù)低的正離子的配位多面體之間有盡可能彼此不結(jié)合的趨勢。（原理與第三規(guī)則相同）探節(jié)省規(guī)則在同一晶體中，本質(zhì)上不同的結(jié)構(gòu)單元的種類，趨向于數(shù)目最少。第二章1幾種典型的晶體結(jié)構(gòu)類型1）金剛石結(jié)構(gòu)：金剛石的化學(xué)式為 C,晶體結(jié)構(gòu)為立方晶系，立方面心格子結(jié)構(gòu)：立方面心結(jié)構(gòu)，8個C處于角頂，6個C在面心，4個C交錯分部于 4個小立方體的體心位置，兩連線互相垂直。2）石墨結(jié)構(gòu)：化學(xué)式是C,晶體結(jié)構(gòu)是立方晶系結(jié)構(gòu)：同一層內(nèi)的C原子之間是共價鍵，層與層之

7、間是范德華力作用3）NaCI型結(jié)構(gòu)：立方晶系，面心立方點陣。陰離子按立方最緊密堆積，陽離子充填于八面體空隙中4） CsCI型結(jié)構(gòu)：立方晶系，簡單立方點陣。CI處于立方點陣的8個角頂上，Cs+處于簡單立方體中心位置。5） 立方ZnS （閃鋅礦）型結(jié)構(gòu)：立方晶系，面心立方點陣。S2位于立方面心的點陣位置，而Zn2+交錯的分布于立方體的4個小立方體的中心，兩連 線互相垂直。同金剛石6） CaF2 （螢石）型結(jié)構(gòu)：立方晶系，面心立方點陣。Ca+處于面心立方的結(jié)點位置，F(xiàn)則位于立方體內(nèi)的8個小立方體的中心位置。7）CaTiO 3 （鈣鈦礦）型結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)通式為 ABO3。氧離子和較大的正離子 A按立方最緊

8、密排列，較小的 B離子在八面體空隙中。2硅酸鹽結(jié)構(gòu)主要有哪幾種，并試描述1）島狀結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)中的硅氧四面體以孤立狀存在，硅氧四面體沒有共用的氧， 硅氧四面體中的氧離子，除了與硅相連外，剩下的一價將于其他金屬陽離子相 連。（0個共用氧）2）組群狀結(jié)構(gòu)：硅氧四面體以兩個，三個，四個或六個，通過共用氧連成硅氧 四面體群體，這些群體之間由其他陽離子按一定的配位形式把它們連接。如果 把這些群體看成一個單元，那么，這些單元就像島狀結(jié)構(gòu)中的硅氧四面體一樣 是以孤立的狀態(tài)存在的。（2個共用氧）3）鏈狀：硅氧四面體通過共用氧離子相連，在一維方向上延伸成鏈狀。這種鏈又可以分為單鏈和雙鏈，鏈與鏈之間通過其他陽離子按一

9、定的配位關(guān)系連接起 來，這種硅酸鹽結(jié)構(gòu)稱為鏈狀結(jié)構(gòu)（單鏈：2個共用氧；雙鏈：3個共用氧）4）層狀：硅氧四面體通過三個共用氧在二維平面上延伸成硅氧四面體層（3個共用氧）5）架狀：每個硅氧四面體的四個頂角，都與相鄰的硅氧四面體共頂。（4個共用氧）3點缺陷的類型及劃分依據(jù)是什么？一、按偏離理想晶格的幾何位置及成分劃分：（1）填隙原子（2）空位（3）雜質(zhì)原子二、按點缺陷產(chǎn)生原因劃分：（1）熱缺陷（2）雜質(zhì)缺陷（3）非化學(xué)計量結(jié)構(gòu)缺陷4什么叫弗侖克爾缺陷，肖特基缺陷，各自的特點是什么？（1）弗侖克爾Frankel缺陷：在晶格熱振動中，一些能量足夠大的原子離開平 衡位置后，知道晶格的間隙中，形成間隙原子，

10、而在原來的位置上形成空 位，這種缺陷叫弗侖克爾缺陷。特點-空位和間隙成對產(chǎn)生；填隙原子與空位是等量的。（2）肖特基Schottky缺陷：正常格點上的原子，熱起伏過程獲得能量而離開 平衡位置，遷移到晶體的表面上，在晶體內(nèi)部正常格點位置上留下空位， 這種缺陷叫肖特基缺陷。特點：對離子晶體，為保持電中性，正離子空位和負(fù)離子空位成對產(chǎn)生， 體積增大5什么叫固溶體？固溶體，化合物，機械混合物的區(qū)別是什么？固溶體的定義：把含有外來雜質(zhì)原子（或離子，分子），但并不破壞晶體結(jié)構(gòu)，仍然保持一個晶相的晶體稱為固體溶液，簡稱固溶體。固溶體與機械混合物、化合物的區(qū)別名稱相組成混合尺度組成結(jié)構(gòu)固溶體單相均勻原子尺度有一

11、定范圍主晶相結(jié)構(gòu)化合物AB不同于A和B的均勻 單相原子尺度一定比例化合物AB的晶相結(jié)構(gòu)機械混合物A相和B相不均勻顆粒任意顆粒堆積6形成固溶體的四個影響因素是什么，試解釋之廠v 15%連續(xù)固溶（1）離子大 小 |匕7|15%30%有限置換型固溶> 30% 不形成固溶（2）晶體的結(jié)構(gòu)類型晶體結(jié)構(gòu)相同有利于形成連續(xù)固溶體離子電價離子電價相同或總價相等有利于形成連續(xù)固溶體電負(fù)性電負(fù)性之差土 0.4是衡量固溶度大小的邊界第三章1簡述硅酸鹽熔體聚合物結(jié)構(gòu)形成的過程和結(jié)構(gòu)特點。1）聚合物的形成階段：初期：主要是石英顆粒的分化； 中期：縮聚反應(yīng)并伴隨聚合物的變形；后期：在一定溫度（高溫）和一定時間（足夠

12、長）下達到聚合二 解聚平衡。2）最終熔體組成：聚合程度不同的各種聚合體的混合物，包括低聚物、高聚物、三維碎片、游離堿、吸附物。2試分析影響熔體粘度的因素有哪些?1） O/Si 比1）當(dāng)R2O含量較低時（O/Si較低），熔體中硅氧負(fù)離子團較大，對粘度起主要 作用的是四面體SiO4間的鍵力。這時，加入的正離子的半徑越小，降低粘度的 作用越大，其次序是 Li + >Na+ >K +。這是由于 R +除了能提供 游離”氧，打 斷硅氧網(wǎng)絡(luò)以外，在網(wǎng)絡(luò)中還對一 Si O Si-鍵有反極化作用，減弱了上述鍵 力。Li +離子半徑最小，電場強度最強，反極化作用最大，故它降低粘度的作用最大。2）當(dāng)熔

13、體中 R2O 含量較高時，熔體中硅氧負(fù)離子團接訴最簡單的 SiO4形式， 同時熔體中有大量 O2-存在，SiO4四面體之間主要依靠 R O鍵力連接，這時作用力矩最大的 Li+就具有較大的粘度。在這種情況下，R2O 對粘度影響的次 序是 Li+vNa+vK+ 。3玻璃的四個通性是什么?ouIvV亞穩(wěn)區(qū)/2T析晶區(qū)oooo一、各向同性二、介穩(wěn)性三、熔融態(tài)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化的過程是可逆與漸變的四、熔融態(tài)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化時物理、化學(xué)性質(zhì)隨溫度變化的連續(xù)性4物質(zhì)結(jié)晶過程有哪兩個因素控制？這兩個因素與過冷度有什么關(guān)1）在亞穩(wěn)區(qū)，過冷度過大或過小均不利于熔體析晶2）在析晶區(qū)，IV和u都有一個較大的數(shù)值，既有利成核，又

14、有利生長3）如果IV和 u的極大值所處的溫度很靠近，熔體易析晶而不易形成玻璃5根據(jù)單鍵能的大小，將不同的氧化物分為哪幾類？具體劃分標(biāo)準(zhǔn)是什么?1）單鍵強度335 kJ/mol （或80 kcal/mol）的氧化物 網(wǎng)絡(luò)形成體（Si02、B2O3）2）單鍵強度250 kJ/mol （或 60 kcal/mol）的氧化物 網(wǎng)絡(luò)變性體（大部分堿或堿 土金屬氧化物）。3）在250335 kJ/mol為中間體，作用介于玻璃形成體和網(wǎng)絡(luò)形成體之間（Al2O3 ）。成核、生長速率與過冷度的關(guān)系:系？試解釋之影響析晶因素：成核速率Iv和晶體生長速率u6晶子假說和無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說的內(nèi)容是什么?第四章1范德華力起源

15、于哪幾種力，試解釋之a(chǎn)）定向作用力（靜電力）一一極性分子的永久偶極矩之間的相互靜電作用；b）誘導(dǎo)力一一發(fā)生在永久偶極矩（極性分子）與誘導(dǎo)偶極矩（非極性分子）間的 相互作用；c）色散力（分散作用力）一一非極性分子的瞬變偶極矩之間的相互作用；2試解釋粘土結(jié)構(gòu)水，結(jié)合水（牢固結(jié)合水，松結(jié)合水），自由水的區(qū)別第五章1固體表面的不均一性（1）由于晶體是各向異性的，因而同一個晶體可以有許多性能不同的表面。（2）同一種固體物質(zhì)由于制備和加工條件不同也會有不同的表現(xiàn)性質(zhì)。（3）實際晶體的表面由于晶格缺陷，空位或位錯，而造成表面的不均一性。（4）由于表面會吸附外來原子而引起固體表面的不均一性。2降低表面能的兩種

16、方法是什么？表面質(zhì)點自行調(diào)整將低表面能的晶面暴露在表面上通過表面弛豫通過表面重構(gòu)表面的成分偏析和表面對外來原子的的吸附以及這兩種的相互作用3影響潤濕的因素有哪些？（1）固、液的成分和結(jié)構(gòu)對潤濕的影響（2）表面粗糙度的影響（3）吸附膜的影響4改善潤濕的方法有哪幾種（1）降低SL； （2）去除固體表面吸附膜，提高SV； （3）改變粗糙度。5粘土的陽離子交換性質(zhì)是什么？粘土顆粒帶電，在溶液中可吸附異號離子，吸附的這些異號離子可被濃度更大, 交換能力更強的離子交換出來，并不破壞粘土本身的結(jié)構(gòu)，這種性質(zhì)叫做粘土 的離子交換性質(zhì)。由于粘土顆粒一般帶負(fù)電，將吸附陽離子，所以又稱為粘土 的陽離子交換性質(zhì)。6粘

17、十離子交換的特點有哪些？（1）同號離子進行交換；（2）離子交換是等當(dāng)量的；（3）交換與吸附過程是可逆的；（4）交換不破壞粘土本身的結(jié)構(gòu)。7粘土的帶電機理是什么？1 同晶置換 2斷鍵 3 吸附有機質(zhì)8泥漿的膠溶（稀釋）需要具備幾個條件？1、介質(zhì)呈堿性2、提高Z -電位3、陰離子的作用 、選擇陰離子 、聚合陰離子在膠溶過程中的特殊作用第六章1為什么不能用純 ZrO 2燒制成氧化鋯陶瓷，試解釋之ZrO2是特種陶瓷的重要原料。由于其單斜型與四方型之間的晶型轉(zhuǎn)變伴隨有顯 著的體積變化，造成ZrO2制品在燒成過程中容易開裂，生產(chǎn)上需采取穩(wěn)定措施 通常加入適量的CaO或丫2。32分析二元相圖的結(jié)晶過程（一個低共熔點，一個不一致熔，形成有限固溶體）3分析三元相圖的結(jié)晶過程（低共熔，一致和不一致熔）4杠桿規(guī)則的兩層含義1）在三元系統(tǒng)內(nèi)，由兩個相（或混合物）合成一個新相（或新的混合物）時， 新相的組成點必在原來二相組成點的連線上；2）新相組成點與原來二相組成點的距離和二相的量成反比。5解釋判讀三元相圖的四個重要原則1）連線規(guī)則：用于判斷界線的溫度走向的。將一條界線（或其延長線