無機非金屬材料科學(xué)基礎(chǔ)答案最終

1、 長春理工大學(xué) 無機材料科學(xué)基礎(chǔ)教程 Inorganic materials science-based tutorial 制作人：左手天堂 班級：0906112 第三章3-1 名詞解釋（a）螢石型和反螢石型 （b）類質(zhì)同晶和同質(zhì)多晶（c）二八面體型與三八面體型 （d）同晶取代與陽離子交換（e）尖晶石與反尖晶石答：（a）螢石型：CaF2型結(jié)構(gòu)中，Ca2+按面心立方緊密排列，F(xiàn)-占據(jù)晶胞中全部四面體空隙。反螢石型：陽離子和陰離子的位置與CaF2型結(jié)構(gòu)完全相反，即堿金屬離子占據(jù)F-的位置，O2-占據(jù)Ca2+的位置。（b）類質(zhì)同象：物質(zhì)結(jié)晶時，其晶體結(jié)構(gòu)中部分原有的離子或原子位置被性質(zhì)相似的其它離子

2、或原子所占有，共同組成均勻的、呈單一相的晶體，不引起鍵性和晶體結(jié)構(gòu)變化的現(xiàn)象。同質(zhì)多晶：同一化學(xué)組成在不同熱力學(xué)條件下形成結(jié)構(gòu)不同的晶體的現(xiàn)象。（c）二八面體型：在層狀硅酸鹽礦物中，若有三分之二的八面體空隙被陽離子所填充稱為二八面體型結(jié)構(gòu)三八面體型：在層狀硅酸鹽礦物中，若全部的八面體空隙被陽離子所填充稱為三八面體型結(jié)構(gòu)。（d）同晶取代：雜質(zhì)離子取代晶體結(jié)構(gòu)中某一結(jié)點上的離子而不改變晶體結(jié)構(gòu)類型的現(xiàn)象。陽離子交換：在粘土礦物中，當(dāng)結(jié)構(gòu)中的同晶取代主要發(fā)生在鋁氧層時，一些電價低、半徑大的陽離子（如K+、Na+等）將進入晶體結(jié)構(gòu)來平衡多余的負(fù)電荷，它們與晶體的結(jié)合不很牢固，在一定條件下可以被其它陽離

3、子交換。（e）正尖晶石：在AB2O4尖晶石型晶體結(jié)構(gòu)中，若A2+分布在四面體空隙、而B3+分布于八面體空隙，稱為正尖晶石；反尖晶石：若A2+分布在八面體空隙、而B3+一半分布于四面體空隙另一半分布于八面體空隙，通式為B(AB)O4，稱為反尖晶石。3-2 （a）在氧離子面心立方密堆積的晶胞中，畫出適合氧離子位置的間隙類型及位置，八面體間隙位置數(shù)與氧離子數(shù)之比為若干？四面體間隙位置數(shù)與氧離子數(shù)之比又為若干？（b）在氧離子面心立方密堆積結(jié)構(gòu)中，對于獲得穩(wěn)定結(jié)構(gòu)各需何種價離子，其中：（1）所有八面體間隙位置均填滿；（2）所有四面體間隙位置均填滿；（3）填滿一半八面體間隙位置；（4）填滿一半四面體間隙位

4、置。并對每一種堆積方式舉一晶體實例說明之。解：（a）參見2-5題解答。（b）對于氧離子緊密堆積的晶體，獲得穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)所需電價離子及實例如下：填滿所有的八面體空隙，2價陽離子，MgO；（2）填滿所有的四面體空隙，1價陽離子，Li2O；（3）填滿一半的八面體空隙，4價陽離子，TiO2；（4）填滿一半的四面體空隙，2價陽離子，ZnO。3-3 MgO晶體結(jié)構(gòu)，Mg2+半徑為0.072nm，O2-半徑為0.140nm，計算MgO晶體中離子堆積系數(shù)（球狀離子所占據(jù)晶胞的體積分?jǐn)?shù)）；計算MgO的密度。解：在MgO晶體中，正負(fù)離子直接相鄰，a0=2(r+r-)=0.424(nm)體積分?jǐn)?shù)=4(4/3)(0.1

5、43+0.0723)/0.4243=68.52%密度=4(24.3+16)/6.0231023(0.42410-7)3=3.5112(g/cm3)3-5 試解釋：在AX型晶體結(jié)構(gòu)中，NaCl型結(jié)構(gòu)最多；答：（a）在AX型晶體結(jié)構(gòu)中，一般陰離子X的半徑較大，而陽離子A的半徑較小，所以X做緊密堆積，A填充在其空隙中。大多數(shù)AX型化合物的r+/r-在0.4140.732之間，應(yīng)該填充在八面體空隙，即具有NaCl型結(jié)構(gòu)；并且NaCl型晶體結(jié)構(gòu)的對稱性較高，所以AX型化合物大多具有NaCl型結(jié)構(gòu)。3-6敘述硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)分類原則及各種類型的特點，并舉一例說明之。解：硅酸鹽礦物按照硅氧四面體的連接方式進行

6、分類，具體類型見表3-1。 表3-1 硅酸鹽礦物的結(jié)構(gòu)類型結(jié)構(gòu)類型 共用氧數(shù) 形狀 絡(luò)陰離子 氧硅比 實例 島狀 0 四面體 SiO44- 4 鎂橄欖石Mg2SiO4 組群狀 12 六節(jié)環(huán) Si6O1812- 3.53 綠寶石Be3Al2Si6O18 鏈狀 23 單鏈 Si2O64- 32.5 透輝石CaMgSi2O6 層狀 3 平面層 Si4O104- 2.5 滑石Mg3Si4O10(OH)2 架狀 4 骨架 SiO2 2 石英SiO2 3-7 堇青石與綠寶石有相同結(jié)構(gòu)，分析其有顯著的離子電導(dǎo)，較小的熱膨脹系數(shù)的原因。答：堇青石Mg2Al3AlSi5O18具有綠寶石結(jié)構(gòu)，以（3Al3+2Mg

7、2+）置換綠寶石中的（3Be2+2Al3+）。6個SiO4通過頂角相連形成六節(jié)環(huán)，沿c軸方向上下迭置的六節(jié)環(huán)內(nèi)形成了一個空腔，成為離子遷移的通道，因而具有顯著的離子電導(dǎo)；另外離子受熱后，振幅增大，但由于能夠向結(jié)構(gòu)空隙中膨脹，所以不發(fā)生明顯的體積膨脹，因而熱膨脹系數(shù)較小。3-11 金剛石結(jié)構(gòu)中C原子按面心立方排列，為什么其堆積系數(shù)僅為34%。答：為了分析晶體結(jié)構(gòu)方便起見，金剛石結(jié)構(gòu)中C原子可以看成按面心立方排列。但實際上由于C原子之間是共價鍵，具有方向性和飽和性，每個C原子只與4個C原子形成價鍵（緊密相鄰），所以并沒有達(dá)到緊密堆積（緊密堆積時每個原子同時與12個原子緊密相鄰），其晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在

8、很多空隙。所以其堆積系數(shù)僅為34%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于緊密堆積的74.05%。 第四章4.1 名詞解釋 （a）弗倫克爾缺陷與肖特基缺陷 （b）刃型位錯和螺型位錯解：（a）當(dāng)晶體熱振動時，一些能量足夠大的原子離開平衡位置而擠到晶格點的間隙中，形成間隙原子，而原來位置上形成空位，這種缺陷稱為弗倫克爾缺陷。如果正常格點上原子，熱起伏后獲得能量離開平衡位置，躍遷到晶體的表面，在原正常格點上留下空位，這種缺陷稱為肖特基缺陷。（b）滑移方向與位錯線垂直的位錯稱為刃型位錯。位錯線與滑移方向相互平行的位錯稱為螺型位錯。4.2試述晶體結(jié)構(gòu)中點缺陷的類型。以通用的表示法寫出晶體中各種點缺陷的表示符號。試舉例寫出CaCl2中

9、Ca2+置換KCl中K+或進入到KCl間隙中去的兩種點缺陷反應(yīng)表示式。解：晶體結(jié)構(gòu)中的點缺陷類型共分：間隙原子、空位和雜質(zhì)原子等三種。在MX晶體中，間隙原子的表示符號為MI或XI；空位缺陷的表示符號為：VM或VX。如果進入MX晶體的雜質(zhì)原子是A，則其表示符號可寫成：AM或AX（取代式）以及Ai（間隙式）。當(dāng)CaCl2中Ca2+置換KCl中K+而出現(xiàn)點缺陷，其缺陷反應(yīng)式如下：CaCl2+2ClClCaCl2中Ca2+進入到KCl間隙中而形成點缺陷的反應(yīng)式為：CaCl2+2+2ClCl4.3在缺陷反應(yīng)方程式中，所謂位置平衡、電中性、質(zhì)量平衡是指什么？解：位置平衡是指在化合物MaXb中，M格點數(shù)與X

10、格點數(shù)保持正確的比例關(guān)系，即M：X=a：b。電中性是指在方程式兩邊應(yīng)具有相同的有效電荷。質(zhì)量平衡是指方程式兩邊應(yīng)保持物質(zhì)質(zhì)量的守恒。4.4（a）在MgO晶體中，肖特基缺陷的生成能為6ev，計算在25和1600時熱缺陷的濃度。 （b）如果MgO晶體中，含有百萬分之一mol的Al2O3雜質(zhì)，則在1600時，MgO晶體中是熱缺陷占優(yōu)勢還是雜質(zhì)缺陷占優(yōu)勢？說明原因。解：（a）根據(jù)熱缺陷濃度公式：exp（）由題意 G=6ev=61.60210-19=9.61210-19J K=1.3810-23 J/K T1=25+273=298K T2=1600+273=1873K 298K： exp =1.9210

11、-51 1873K：exp=810-9（b）在MgO中加入百萬分之一的Al2O3雜質(zhì)，缺陷反應(yīng)方程為： 此時產(chǎn)生的缺陷為 雜質(zhì)。而由上式可知：Al2O3= 雜質(zhì)當(dāng)加入10-6 Al2O3時，雜質(zhì)缺陷的濃度為 雜質(zhì)=Al2O3=10-6由（a）計算結(jié)果可知：在1873 K，熱=810-9顯然： 雜質(zhì) 熱，所以在1873 K時雜質(zhì)缺陷占優(yōu)勢。4.5對某晶體的缺陷測定生成能為84KJ/mol，計算該晶體在1000K和1500K時的缺陷濃度。解：根據(jù)熱缺陷濃度公式： exp（）由題意 G=84KJ/mol=84000J/mol 則 exp（）其中R=8.314J/molK當(dāng)T1=1000K時，exp（

12、）= exp=6.410-3當(dāng)T2=1500K時，exp（）= exp=3.4510-24.6試寫出在下列二種情況，生成什么缺陷？缺陷濃度是多少？（a）在Al2O3中，添加0.01mol%的Cr2O3，生成淡紅寶石（b）在Al2O3中，添加0.5mol%的NiO，生成黃寶石。解：（a）在Al2O3中，添加0.01mol%的Cr2O3，生成淡紅寶石的缺陷反應(yīng)式為： Cr2O3生成置換式雜質(zhì)原子點缺陷。其缺陷濃度為：0.01%0.004%410-3 %（b）當(dāng)添加0.5mol%的NiO在Al2O3中，生成黃寶石的缺陷反應(yīng)式為： 2NiO2OO生成置換式的空位點缺陷。其缺陷濃度為：0.5%0.3 %

13、4.7非化學(xué)計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壓，非化學(xué)計量化合物Fe1-xO及Zn1+xO的密度將發(fā)生怎樣變化？增大？減少？為什么？解：（a）非化學(xué)計量化合物Fe1-xO，是由于正離子空位，引起負(fù)離子過剩： 2Fe Fe+ O2(g)2Fe+ V+OO O2(g)OO + V+2h按質(zhì)量作用定律，平衡常數(shù) K=由此可得 V PO1/6即：鐵空位的濃度和氧分壓的1/6次方成正比，故當(dāng)周圍分壓增大時，鐵空位濃度增加，晶體質(zhì)量減小，則Fe1-xO的密度也將減小。（b）非化學(xué)計量化合物Zn1+xO，由于正離子填隙，使金屬離子過剩： ZnO+2e+ O2(g)根據(jù)質(zhì)量作

14、用定律 K= e2得 PO-1/6即：間隙離子的濃度與氧分壓的1/6次方成反比，故增大周圍氧分壓，間隙離子濃度減小，晶體質(zhì)量減小，則Zn1+xO的密度也將減小。4.8非化學(xué)計量化合物FexO中，F(xiàn)e3+/Fe2+=0.1，求FexO中的空位濃度及x值。解： 非化學(xué)計量化合物FexO，可認(rèn)為是(mol)的Fe2O3溶入FeO中，缺陷反應(yīng)式為： Fe2O32Fe+ V+3OO 2 此非化學(xué)計量化合物的組成為： Fe FeO已知：Fe3+/Fe2+0.1 則： 0.044 x2+(13)10.956又： V3+ 0.044正常格點數(shù) N1+x1+0.9561.956空位濃度為4.9 非化學(xué)計量氧化物

15、TiO2-x的制備強烈依賴于氧分壓和溫度：（a）試列出其缺陷反應(yīng)式。（b）求其缺陷濃度表達(dá)式。解：非化學(xué)計量氧化物TiO2-x，其晶格缺陷屬于負(fù)離子缺位而使金屬離子過剩的類型。（a）缺陷反應(yīng)式為： 2Ti Ti?/FONTO22+3OO OO+2e+O2（b）缺陷濃度表達(dá)式： V4.10試比較刃型位錯和螺型位錯的異同點。解：刃型位錯和螺型位錯的異同點見表4-1所示。 表4-1 刃型位錯和螺型位錯的異同點刃型位錯螺型位錯與柏格斯矢量的位置關(guān)系柏格斯矢量與刃性位錯線垂直柏格斯矢量與螺型位錯線平行位錯分類刃性位錯有正負(fù)之分螺形位錯分為左旋和右旋位錯是否引起晶體畸變和形成應(yīng)力場引起晶體畸變和形成應(yīng)力場

16、，且離位錯線越遠(yuǎn)，晶格畸變越小引起晶體畸變和形成應(yīng)力場，且離位錯線越遠(yuǎn)，晶格畸變越小位錯類型只有幾個原子間距的線缺陷只有幾個原子間距的線缺陷 第六章6-1 說明熔體中聚合物形成過程？ 答：聚合物的形成是以硅氧四面體為基礎(chǔ)單位，組成大小不同的聚合 可分為三個階段 初期：石英的分化； 中期：縮聚并伴隨變形 后期：在一定時間和一定溫度下，聚合和解聚達(dá)到平衡。 6-2 簡述影響熔體粘度的因素？ 答：影響熔體粘度的主要因素：溫度和熔體的組成。堿性氧化物含量增加，劇烈降低粘度。隨溫度降低，熔體粘度按指數(shù)關(guān)系遞增。 6-3 名詞解釋（并比較其異同） 晶子學(xué)說和無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說 單鍵強 分化和縮聚 網(wǎng)絡(luò)形成劑和

17、網(wǎng)絡(luò)變性劑 答：晶子學(xué)說：玻璃內(nèi)部是由無數(shù)“晶子”組成，微晶子是帶有晶格變形的有序區(qū)域。它們分散在無定形介中質(zhì)，晶子向無定形部分過渡是逐漸完成時，二者沒有明顯界限。 無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說：凡是成為玻璃態(tài)的物質(zhì)和相應(yīng)的晶體結(jié)構(gòu)一樣，也是由一個三度空間網(wǎng)絡(luò)所構(gòu)成。這種網(wǎng)絡(luò)是由離子多面體（三角體或四面體）構(gòu)筑起來的。晶體結(jié)構(gòu)網(wǎng)是由多面體無數(shù)次有規(guī)律重復(fù)構(gòu)成，而玻璃中結(jié)構(gòu)多面體的重復(fù)沒有規(guī)律性。 單鍵強：單鍵強即為各種化合物分解能與該種化合物配位數(shù)的商。 分化過程：架狀SiO4斷裂稱為熔融石英的分化過程。 縮聚過程：分化過程產(chǎn)生的低聚化合物相互發(fā)生作用，形成級次較高的聚合物，次過程為縮聚過程。 網(wǎng)絡(luò)形成劑：

18、正離子是網(wǎng)絡(luò)形成離子，對應(yīng)氧化物能單獨形成玻璃。即凡氧化物的單鍵能/熔點0.74kJ/mol.k 者稱為網(wǎng)絡(luò)形成劑。 網(wǎng)絡(luò)變性劑：這類氧化物不能形成玻璃，但能改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而使玻璃性質(zhì)改變，即單鍵強/熔點 0.125kJ/mol.k者稱為網(wǎng)絡(luò)變形劑。 6-4 試用實驗方法鑒別晶體SiO2、SiO2玻璃、硅膠和SiO2熔體。它們的結(jié)構(gòu)有什么不同？ 答：利用X射線檢測。 晶體SiO2質(zhì)點在三維空間做有規(guī)律的排列，各向異性。 SiO2熔體內(nèi)部結(jié)構(gòu)為架狀，近程有序，遠(yuǎn)程無序。 SiO2玻璃各向同性。 硅膠疏松多孔。6-5 玻璃的組成是13wt%Na2O、13wt%CaO、74wt%SiO2，計算橋氧

19、分?jǐn)?shù)？ 解： Na2O CaO SiO2 wt% 13 13 74 mol 0.21 0.23 1.23 mol% 12.6 13.8 73.6 R=(12.6+13.8+73.6 2)/ 73.6=2.39 Z=4 X=2RZ=2.3924=0.72 Y=ZX= 40.72=3.28 氧橋%=3.28/（3.280.5+0.72） =69.5%6-6 有兩種不同配比的玻璃，其組成如下： 序號 Na2O(wt%) Al2O3(wt%) SiO2(wt%) 1 8 12 80 2 12 8 80 試用玻璃結(jié)構(gòu)參數(shù)說明兩種玻璃高溫下粘度的大??？ 解：對于1：Z=4 R1=O/Si=2.55 X1=

20、2R14=1.1 Y1=ZX1= 41.1=2.9 對于2：R2= O/Si=2.45 X2=2R24=0.9 Y2= 4X2= 40.9=3.1 Y1Y2 序號1的玻璃組成的粘度比序號2的玻璃小。6-7 在SiO2中應(yīng)加入多少Na2O，使玻璃的O/Si=2.5，此時析晶能力是增強還是削弱？ 解：設(shè)加入x mol的Na2O，而SiO2的量為y mol。 則O/Si=（x+2y）/ y =2.5 x=y/2 即二者的物質(zhì)量比為1:2時，O/Si=2.5。 因為O/Si增加了，粘度下降，析晶能力增強了。 6-8 有一種平板玻璃組成為14Na2O13CaO73SiO2（wt%重量百分比），其密度為2

21、.5g/cm3, 計算玻璃的原子堆積系數(shù)（AFP）為多少？計算該玻璃的結(jié)構(gòu)參數(shù)值？ 解：該玻璃的平均分子量 GM=0.1462+0.1356+0.7360.02=59.77 在13中原子數(shù)為 n=No/GM=2.510-246.021023/59.77 =0.252個/3 在13原子所占體積 V=0.02524/30.1420.983+0.131.063+0.730.393+（0.14+0.13+0.732）1.323 =0.4685 AFP=0.46 結(jié)構(gòu)參數(shù)： Na2O CaO SiO2 wt% 14 13 73 mol 0.23 0.23 1.22 mol% 13.7 13.7 72.6

22、 R=(13.7+13.7+72.6 2)/ 72.6=2.38 Z=4 X=2RZ=2.3824=0.76 Y=ZX= 40.76=3.24 6-9 試比較硅酸鹽玻璃與硼酸鹽玻璃在結(jié)構(gòu)與性能上的差異。 答：結(jié)構(gòu)差異：硅酸鹽玻璃：石英玻璃是硅酸鹽玻璃的基礎(chǔ)。石英玻璃是硅氧四面體SiO4以頂角相連而組成的三維架狀結(jié)構(gòu)。由于SiOSi鍵角變動范圍大，使石英玻璃中SiO4四面體排列成無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。SiO2是硅酸鹽玻璃中的主要氧化物。 硼酸鹽玻璃：B和O交替排列的平面六角環(huán)的BO集團是硼酸鹽玻璃的重要基元，這些環(huán)通過BOB鏈連成三維網(wǎng)絡(luò)。B2O3是網(wǎng)絡(luò)形成劑。這種連環(huán)結(jié)構(gòu)與石英玻璃硅氧四面體的不規(guī)則

23、網(wǎng)絡(luò)不同，任何OB三角體的周圍空間并不完全被臨接的三角體所填充，兩個原子接近的可能性較小。 性能差異：硅酸鹽玻璃：試劑和氣體介質(zhì)化學(xué)穩(wěn)定性好、硬度高、生產(chǎn)方法簡單等優(yōu)點。 硼酸鹽玻璃：硼酸鹽玻璃有某些優(yōu)異的特性。例如：硼酐是唯一能用以制造有吸收慢中子的氧化物玻璃；氧化硼玻璃的轉(zhuǎn)化溫度比硅酸鹽玻璃低得多；硼對中子射線的靈敏度高，硼酸鹽玻璃作為原子反應(yīng)堆的窗口對材料起屏蔽中子射線的作用。 6-10 解釋硼酸鹽玻璃的硼反?，F(xiàn)象？ 答：硼反?，F(xiàn)象：隨著Na2O（R2O）含量的增加，橋氧數(shù)增大，熱膨脹系數(shù)逐漸下降。當(dāng)Na2O含量達(dá)到15%16%時，橋氧又開始減少，熱膨脹系數(shù)重新上升，這種反?，F(xiàn)象就是硼反

24、?，F(xiàn)象。 硼反?，F(xiàn)象原因：當(dāng)數(shù)量不多的堿金屬氧化物同B2O3一起熔融時，堿金屬所提供的氧不像熔融SiO2玻璃中作為非橋氧出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)中，而是使硼轉(zhuǎn)變?yōu)橛蓸蜓踅M成的硼氧四面體。致使B2O3玻璃從原來二度空間層狀結(jié)構(gòu)部分轉(zhuǎn)變?yōu)槿瓤臻g的架狀結(jié)構(gòu)，從而加強了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并使玻璃的各種物理性能變好。這與相同條件下的硅酸鹽玻璃性能隨堿金屬或堿土金屬加入量的變化規(guī)律相反。 第七章7-2 MgOAl2O3SiO2系統(tǒng)的低共熔物放在Si3N4 陶瓷片上，在低共熔溫度下，液相的表面張力為90010-3N/m，液體與固體的界面能為60010-3N/m，測得接觸角為70.52， 求Si3N4的表面張力。 把Si3N4在

25、低共熔溫度下進行熱處理，測試其熱腐蝕的槽角60，求Si3N4的晶界能？ 解：已知LV=90010-3N/m SL=60010-3N/m =70.52 SV=SL+LVCOS=60010-3+90010-3COS70.25=900.1310-3N/m 已知=60 SS=2SV COS/2 =290010-3COS60/2 =1.559N/m 7-3 氧化鋁瓷件中需要被銀，已知1000時(Al2O3(S)=1.010-3N/m,(Ag (L)=0.9210-3N/m, (Ag (L) /Al2O3（S）)=1.7710-3N/m,問液態(tài)銀能否濕潤氧化鋁瓷件表面？用什么方法改善它們之間的濕潤性？ 解

26、：由于SV=SL+LVCOS COS= -0.84 = 14790 液態(tài)銀不能濕潤氧化鋁瓷件表面，但可以通過降低SL使其小于SV，從而達(dá)到濕潤的目的。 方法如下：加入一些金屬降低SL。 7-4 影響濕潤的因素有那些？ 答： 固體表面粗糙度 當(dāng)真實接觸角小于90時，粗糙度越大，表面接觸角越小，就越容易濕潤；當(dāng)大于90，則粗糙度越大，越不利于濕潤。 吸附膜 吸附膜的存在使接觸角增大，起著阻礙作用。 7-5 說明吸附的本質(zhì)？ 答：吸附是固體表面力場與吸附分子發(fā)出的力場相互作用的結(jié)果，它是發(fā)生在固體上的。根據(jù)相互作用力的性質(zhì)不同，可分為物理吸附和化學(xué)吸附兩種。 物理吸附：由分子間引力引起的，這時吸附物

27、分子與吸附劑晶格可看作是兩個分立的系統(tǒng)。 化學(xué)吸附：伴隨有電子轉(zhuǎn)移的鍵合過程，這時應(yīng)把吸附分子與吸附劑晶格作為一個統(tǒng)一的系統(tǒng)來處理。 7-6 什么是晶界結(jié)構(gòu)？ 答：晶界結(jié)構(gòu)是指晶界在多晶體中的形狀、結(jié)構(gòu)和分布。 7-7 試說明晶粒之間的晶界應(yīng)力的大小對晶體性能的影響？ 答：兩種不同熱膨脹系數(shù)的晶相，在高溫燃燒時，兩個相完全密合接觸，處于一種無應(yīng)力狀態(tài)，但當(dāng)它們冷卻時，由于熱膨脹系數(shù)不同，收縮不同，晶界中就會存在應(yīng)力。晶界中的應(yīng)力大則有可能在晶界上出現(xiàn)裂紋，甚至使多晶體破裂，小則保持在晶界內(nèi)。 第十章1. 解釋下列名詞：凝聚系統(tǒng)，介穩(wěn)平衡，低共熔點，雙升點，雙降點，馬鞍點，連線規(guī)則，切線規(guī)則，三

28、角形規(guī)則，重心規(guī)則。解：凝聚系統(tǒng)：不含氣相或氣相可以忽略的系統(tǒng)。介穩(wěn)平衡：即熱力學(xué)非平衡態(tài)，能量處于較高狀態(tài)，經(jīng)常出現(xiàn)于硅酸鹽系統(tǒng)中。低共熔點：是一種無變量點，系統(tǒng)冷卻時幾種晶相同時從熔液中析出，或加熱時同時融化。雙升點：處于交叉位的單轉(zhuǎn)熔點。雙降點：處于共軛位的雙轉(zhuǎn)熔點。馬鞍點：三元相圖界線上溫度最高點，同時又是二元系統(tǒng)溫度的最低點。連線規(guī)則：將一界線（或其延長線）與相應(yīng)的連線（或其延長線）相交，其交點是該界線上的溫度最高點。切線規(guī)則：將界線上某一點所作的切線與相應(yīng)的連線相交，如交點在連線上，則表示界線上該處具有共熔性質(zhì)；如交點在連線的延長線上，則表示界線上該處具有轉(zhuǎn)熔性質(zhì)，遠(yuǎn)離交點的晶相被

29、回吸。三角形規(guī)則：原始熔體組成點所在副三角形的三個頂點表示的物質(zhì)即為其結(jié)晶產(chǎn)物；與這三個物質(zhì)相應(yīng)的初初晶區(qū)所包圍的三元無變量點是其結(jié)晶結(jié)束點。重心規(guī)則：如無變點處于其相應(yīng)副三角形的重心位，則該無變點為低共熔點：如無變點處于其相應(yīng)副三角形的交叉位，則該無變點為單轉(zhuǎn)熔點；如無變點處于其相應(yīng)副三角形的共軛位，則該無變點為雙轉(zhuǎn)熔點。2. 從SiO2的多晶轉(zhuǎn)變現(xiàn)象說明硅酸鹽制品中為什么經(jīng)常出現(xiàn)介穩(wěn)態(tài)晶相？解：在573以下的低溫，SiO2的穩(wěn)定晶型為b 石英，加熱至573轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷匦偷腶 石英，這種轉(zhuǎn)變較快；冷卻時在同一溫度下以同樣的速度發(fā)生逆轉(zhuǎn)變。如果加熱速度過快，則a 石英過熱而在1600時熔融。如果

30、加熱速度很慢，則在870轉(zhuǎn)變?yōu)閍 鱗石英。a 鱗石英在加熱較快時，過熱到1670時熔融。當(dāng)緩慢冷卻時，在870仍可逆地轉(zhuǎn)變?yōu)閍 石英；當(dāng)迅速冷卻時，沿虛線過冷，在163轉(zhuǎn)變?yōu)榻榉€(wěn)態(tài)的b 鱗石英，在117轉(zhuǎn)變?yōu)榻榉€(wěn)態(tài)的g 鱗石英。加熱時g 鱗石英仍在原轉(zhuǎn)變溫度以同樣的速度先后轉(zhuǎn)變?yōu)閎 鱗石英和a 鱗石英。a 鱗石英緩慢加熱，在1470時轉(zhuǎn)變?yōu)閍 方石英，繼續(xù)加熱到1713熔融。當(dāng)緩慢冷卻時，在1470時可逆地轉(zhuǎn)變?yōu)閍 鱗石英；當(dāng)迅速冷卻時，沿虛 線過冷，在180270轉(zhuǎn)變?yōu)榻榉€(wěn)狀態(tài)的b 方石英；當(dāng)加熱b 方石英仍在180270迅速轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定狀態(tài)的a 方石英。熔融狀態(tài)的SiO2由于粘度很大，冷卻時

31、往往成為過冷的液相石英玻璃。雖然它是介穩(wěn)態(tài)，由于粘度很大在常溫下可以長期不變。如果在1000以上持久加熱，也會產(chǎn)生析晶。熔融狀態(tài)的SiO2，只有極其緩慢的冷卻，才會在1713可逆地轉(zhuǎn)變?yōu)閍 方石英。對SiO2的相圖進行分析發(fā)現(xiàn)，SiO2的所有處于介穩(wěn)狀態(tài)的熔體的飽和蒸汽壓都比相同溫度范圍內(nèi)處于熱力學(xué)穩(wěn)定態(tài)的熔體的飽和蒸汽壓高。而理論和實踐證明，在給定的溫度范圍，具有最小蒸汽壓的相一定是最穩(wěn)定的相。所以由于晶型轉(zhuǎn)變速度不同，在不同的加熱或冷卻速率下，硅酸鹽制品中經(jīng)常出現(xiàn)介穩(wěn)態(tài)晶相。3. SiO2具有很高的熔點，硅酸鹽玻璃的熔制溫度也很高?，F(xiàn)要選擇一種氧化物與SiO2在800的低溫下形成均一的二元

32、氧化物玻璃，請問，選何種氧化物？加入量是多少？解：根據(jù)Na2OSiO2系統(tǒng)相圖可知最低共熔點為799。故選擇Na2O能與SiO2在800的低溫下形成均一的二元氧化物玻璃。4. 具有不一致熔融二元化合物的二元相圖圖10-12（c）在低共熔點E發(fā)生如下析晶過程：LA+C，已知E點的B含量為20%，化合物C的B含量為64%。今有C1，C2兩種配料，已知C1中B含量是C2中B含量的1.5倍，且在高溫熔融冷卻析晶時，從該二配料中析出的初相（即達(dá)到低共熔溫度前析出的第一種晶體）含量相等。請計算C1，C2的組成。解：設(shè)C2中B含量為x, 則C1中B含量為1.5x，由題意得：所以C1組成B含量為26，C2組成

33、B含量為17.3。5. 已知A，B兩組分構(gòu)成具有低共熔點的有限固溶體二元相圖圖10-12（i）。試根據(jù)下列實驗數(shù)據(jù)繪制相圖的大致形狀：A的熔點為1000，B的熔點為700。含B為0.25mol的試樣在500完全凝固，其中含0.733 mol初相和0.267mol（）共生體。含B為0.5mol的試樣在同一溫度下完全凝固，其中含0.4 mol初相和0.6mol（）共生體，而相總量占晶相總量的50%。實驗數(shù)據(jù)均在達(dá)到平衡狀態(tài)時測定。解：設(shè)C點含B為x%,E點含B為y%，D點含B為z%，由題意借助杠桿規(guī)則得關(guān)系式： 解得：x=5.1y=79.9z=94.9由此可確定C、D、E三點的位置，從而繪出其草圖

34、。6. 在三元系統(tǒng)的濃度三角形上畫出下列配料的組成點，并注意其變化規(guī)律。1. A=10%, B=70%, C=20%（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，下同） 2. A=10%, B=20%, C=70% 3. A=70%, B=20%, C=10% 今有配料（1）3kg，配料（2）2kg，配料（3）5kg，若將此三配料混合加熱至完全熔融，試根據(jù)杠桿規(guī)則用作圖法求熔體的組成。解：根據(jù)題中所給條件，在濃度三角形中找到三個配料組成點的位置。連接配料（1）與配料（2）的組成點，按杠桿規(guī)則求其混合后的組成點。再將此點與配料（3）的組成點連接，此連線的中點即為所求的熔體組成點。7. 圖10-24（e）是具有雙降升點的生成一個

35、不一致熔融三元化合物的三元相圖。 請分析1，2，3點的析晶路程的各自特點，并在圖中用陰影標(biāo)出析晶時可能發(fā)生穿相區(qū)的組成范圍。組成點n在SC連線上，請分析它的析晶路程。解：熔體1的析晶路程：熔體2的析晶路程：熔體3的析晶路程；8. 在（圖10-36）中：(1).劃分副三角形； (2).用箭頭標(biāo)出界線上溫度下降的方向及界線的性質(zhì)； (3).判斷化合物的性質(zhì)； (4).寫出各無變量點的性質(zhì)及反應(yīng)式；分析M點的析晶路程，寫出剛到達(dá)析晶終點時各晶相的含量。 解：（1）、（2）見圖解；（3）S1不一致熔融化合物，S2一致熔融化合物，S3不一致熔融化合物，S4不一致熔融化合物，S5一致熔融化合物，S6一致熔融化合物。（4） E為單轉(zhuǎn)熔點：LC S6S5F為雙轉(zhuǎn)熔點：L S4S6S5G為單轉(zhuǎn)熔點：LS6 S3S4H為單轉(zhuǎn)熔點：LS4 S3S59. 分析相圖（圖10-37）中點1、2熔體的析晶路程。( 注：S、1、E 在一條直線上)。解：熔體1具有穿相區(qū)的特征，液