材料科學(xué)作業(yè)習題及答案

1、緒論1、仔細觀察一下白熾燈泡，會發(fā)現(xiàn)有多少種不同的材料？每種材料需要何種熱學(xué)、電學(xué)性質(zhì)？2、 為什么金屬具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性？3、 為什么陶瓷、聚合物通常是絕緣體？4、 鋁原子的質(zhì)量是多少？若鋁的密度為2.7g/cm3，計算1mm3中有多少原子？5、 為了防止碰撞造成紐折，汽車的擋板可有裝甲制造，但實際應(yīng)用中為何不如此設(shè)計？說出至少三種理由。6、 描述不同材料常用的加工方法。7、 敘述金屬材料的類型及其分類依據(jù)。8、 試將下列材料按金屬、陶瓷、聚合物或復(fù)合材料進行分類：黃銅 鋼筋混凝土 橡膠 氯化鈉 鉛-錫焊料 瀝青 環(huán)氧樹脂 鎂合金 碳化硅 混凝土 石墨 玻璃鋼9、 Al2O3陶瓷既牢固

2、又堅硬且耐磨，為什么不用Al2O3制造鐵錘？晶體結(jié)構(gòu)1、解釋下列概念    晶系、晶胞、晶胞參數(shù)、空間點陣、米勒指數(shù)（晶面指數(shù)）、離子晶體的晶格能、原子半徑與離子半徑、配位數(shù)、離子極化、同質(zhì)多晶與類質(zhì)同晶、正尖晶石與反正尖晶石、反螢石結(jié)構(gòu)、鐵電效應(yīng)、壓電效應(yīng). 2、（1）一晶面在x、y、z軸上的截距分別為2a、3b、6c，求出該晶面的米勒指數(shù)；（2）一晶面在x、y、z軸上的截距分別為a/3、b/2、c，求出該晶面的米勒指數(shù)。3、在立方晶系的晶胞中畫出下列米勒指數(shù)的晶面和晶向：（001）與210，（111）與112，（110）與111，（322）

3、與236，（257）與111，（123）與121，（102），（112），（213）， 110，111，120，3214、寫出面心立方格子的單位平行六面體上所有結(jié)點的坐標。5、已知Mg2+半徑為0.072nm，O2-半徑為0.140nm，計算MgO晶體結(jié)構(gòu)的堆積系數(shù)與密度。6、計算體心立方、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)。7、從理論計算公式計算NaC1與MgO的晶格能。MgO的熔點為2800，NaC1為80l, 請說明這種差別的原因。8、根據(jù)最密堆積原理，空間利用率越高，結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，金鋼石結(jié)構(gòu)的空間利用率很低(只有34.01)，為什么它也很穩(wěn)定? 9、證明等徑圓球面心立方最

4、密堆積的空隙率為259；10、金屬鎂原子作六方密堆積，測得它的密度為1.74克/厘米3，求它的晶胞體積。11、根據(jù)半徑比關(guān)系，說明下列離子與O2配位時的配位數(shù)各是多? ro2-=0.132nm           rSi4+=0.039nm           rK+=0.133nm         

5、0; rAl3+=0.057nm         rMg2+=0.078nm12、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？13、有效離子半徑可通過晶體結(jié)構(gòu)測定算出。在下面NaCl型結(jié)構(gòu)晶體中，測得MgS和MnS的晶胞參數(shù)均為a=0.52nm(在這兩種結(jié)構(gòu)中，陰離子是相互接觸的)。若CaS(a=0.567nm)、CaO(a=0.48nm)和MgO(a=0.42nm)為一般陽離子陰離子接觸，試求這些晶體中各離子的半徑。14、氟化鋰(LiF)為NaCl型結(jié)構(gòu)，測得其密度為2.6gcm3，根據(jù)

6、此數(shù)據(jù)汁算晶胞參數(shù)，并將此值與你從離子半徑計算得到數(shù)值進行比較。15、Li2O的結(jié)構(gòu)是O2-作面心立方堆積，Li+占據(jù)所有四面體空隙位置。求：(1)計算四面體空隙所能容納的最大陽離子半徑，并與書末附表Li+半徑比較，說明此時O2-能否互相接觸。(2)根據(jù)離子半徑數(shù)據(jù)求晶胞參數(shù)。(3)求Li2O的密度。 16、試解釋對于AX型化合物來說，正負離子為一價時多形成離子化合物。二價時則形成的離子化合物減少(如ZnS為共價型化合物)，到了三價、四價(如AlN，SiC)則是形成共價化合物了。17、MgO和CaO同屬NaCl型結(jié)構(gòu)，而它們與水作用時則CaO要比MgO活潑，試解釋之。18、根據(jù)CaF2晶胞圖畫

7、出CaF2晶胞的投影圖。19、算一算CdI2晶體中的I-及CaTiO3晶體中O2-的電價是否飽和。20、(1)畫出O2-作而心立方堆積時，各四面體空隙和八面體空隙的所在位置(以一個晶胞為結(jié)構(gòu)基元表示出來)。 (2)計算四面體空隙數(shù)、八而休空隙數(shù)與O2-數(shù)之比。 (3)根據(jù)電價規(guī)則，在下面情況下，空隙內(nèi)各需填入何種價數(shù)的陽離子，并對每一種結(jié)構(gòu)舉出個例子。（a）所有四面體空隙位置均填滿； (b) 所有八而體空隙位置均填滿；(c) 填滿半四面體空隙位置；(d) 填滿半八面休空隙位置。21、下列硅酸鹽礦物各屬何種結(jié)構(gòu)類型：Mg2SiO4，KAISi3O8，CaMgSi2O6， Mg3Si4O10(OH

8、)2，Ca2AlAlSiO7。22、根據(jù)Mg2SiO4在(110)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) O2-的電價是否飽和? (3) 晶胞的分子數(shù)是多少? (4) Si4+和Mg2+所占的四面體空隙和八面體空隙的分數(shù)是多少? 23、石棉礦如透閃石Ca2Mg5Si4O11(OH)2具有纖維狀結(jié)晶習性，而滑石Mg2Si4O10(OH)2卻具有片狀結(jié)晶習性，試解釋之。24、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。25、(1)在硅酸鹽晶體中，Al3+為什么能部分置換硅氧骨架中的Si4+；(2) Al3+置換Si4+

9、后，對硅酸鹽組成有何影響? (3)用電價規(guī)則說明Al3+置換骨架中的Si4+時，通常不超過一半，否則將使結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。晶體結(jié)構(gòu)缺陷1、 說明下列符號的含義：VNa，VNa，VCl，.(VNaVCl)，CaK，CaCa，Cai2、寫出下列缺陷反應(yīng)式：(1)NaCl溶入CaCl2中形成空位型固溶體；(2)CaCl2溶人NaC1中形成空位型固溶體；(3)NaCl形成肖脫基缺陷；(4)AgI形成弗侖克爾缺陷(Ag+進入間隙)。3、MgO的密度是3.58克厘米3，其晶格參數(shù)是0.42nm，計算單位晶胞MgO的肖脫基缺陷數(shù)。4、(a)MgO晶體中，肖脫基缺陷的生成能為6eV，計算在25和1600時熱缺陷的濃

10、度。(b)如果MgO晶體中，含有百萬分之一摩爾的A12O3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。5、MgO晶體的肖特基缺陷生成能為84kJmol，計算該晶體在1000K和1500K的缺陷濃度。 6、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。 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)生怎么樣的變化?增大還是減小?為什么?8、對于刃位錯和螺位錯，區(qū)別其位錯線方向、柏氏矢量和位錯運動方向的特點。 9、圖2.1是晶體二維圖形，內(nèi)含

11、有一個正刃位錯和一個負刃位錯。(a)圍繞兩個位錯柏格斯回路，最后得柏格斯矢量若干？(b)圍繞每個位錯分別作柏氏回路，其結(jié)果又怎樣? 10、有兩個相同符號的刃位錯，在同一滑移面上相遇，它們將是排斥還是吸引？11、晶界對位錯的運動將發(fā)生怎么樣的影響？能預(yù)計嗎？12、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的陣列來描述嗎？13、試述影響置換型固溶體的固溶度的條件。 14、從化學(xué)組成、相組成考慮，試比較固溶體與化合物、機械混合物的差別。15、試闡明固溶體、晶格缺陷和非化學(xué)計量化合物三者之間的異同點，列出簡明表格比較。16、在面心立方空間點陣中，面心位置的原子數(shù)比立方體頂角位置的原子數(shù)多三倍

12、。原子 B溶入A晶格的面心位置中，形成置換型固溶體，其成分應(yīng)該是A3B呢還是A2B？為什么?17、Al2O3在MgO中形成有限固溶體，在低共熔溫度1995時，約有18重量Al2O3溶入MgO中，假設(shè)MgO單位晶胞尺寸變化可忽略不計。試預(yù)計下列情況的密度變化。(a) O2-為填隙離子。(b) A13+為置換離子。18、對磁硫鐵礦進行化學(xué)分析：按分析數(shù)據(jù)的FeS計算，得出兩種可能的成分：Fe1-xS 和FeS1-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)想用一種實驗方法以確定該礦物究竟屬哪一類成分。19、說明為什么只有置換型固溶體的兩個組份之間才能相互完全溶解，而填隙型固溶體則不能。

13、20、如果(1)溶劑和溶質(zhì)原子的原子半徑相差超過±15；(2)兩元素的電負性相差超過 ±0.4，通常這一對元素將不利于形成置換型固溶體，其中前一因素往往起主導(dǎo)作用。僅根據(jù)提供的資料提出哪一對金屬大概不會形成連續(xù)固溶體：TaW，PtPbCo一Ni，CoZn，TiTa。 金屬 原子半徑 (nm) 晶體結(jié)構(gòu) 金屬 原子半徑 (nm) 晶體結(jié)構(gòu) Ti   Co   Ni 0.1461   0.1251   0.1246 六方 (<883 ) 體心立方 (>883 ) 六方 (<427 ) 面心立方 (427 ) 面心立方 Z

14、n Ta W Pt Pd 0.1332 0.1430 0.1370 0.1387 0.1750 六方 體心立方 體心立方 面心立方 面心立方 21、對于MgO、Al2O3，和Cr2O3203和Cr23形成連續(xù)固溶體。 (a)這個結(jié)果可能嗎?為什么? (b)試預(yù)計，在MgOCr2O3系統(tǒng)中的固溶度是有限的還是無限的?為什么?22、某種NiO是非化學(xué)計量的，如果NiO中Ni3+/Ni2+=10-4，問每m3中有多少載流子。23、在MgO-Al2O3和PbTiO2-PbZrO3中哪一對形成有限固溶體，哪一對形成無限固溶體，為什么? 24、將CaO外加到ZrO2中去能生成不等價置換固溶體，在1600時

15、，該固體具有立方螢石結(jié)構(gòu)，經(jīng)x射線分析測定，當溶入0.15摩爾CaO時，晶胞參數(shù)a=5.131A，實驗測定密度D=0.5477克cm3，對于CaO-Zr02固溶體來說，從滿足電中性來看，可以形成氧離子空位的固溶體也可形成Ca2+嵌入陰離子間隙中的固溶體，其固溶方程為： 請寫出兩種固溶體的化學(xué)式，并通過計算密度，判斷生成的是哪一種固溶體。非晶態(tài)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)1試述石英晶體、石英熔體、Na2O2SiO2熔體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上的區(qū)別。2某熔體粘度在727時是108泊，1156時是104泊，要獲得粘度為107泊的熔體，要加熱到什么溫度? 3在Na2OSiO2系統(tǒng)及ROSiO2系統(tǒng)中隨著SiO2含量的增加，熔體的

16、粘度將升高而表面張力則降低，說明原因。4說明在一定溫度下同組成的玻璃比晶體具有較高的內(nèi)能及晶體具有一定的熔點而玻璃體沒有固定熔點的原因。5某窗玻璃含14Na2O14CaO72SiO2(重量百分數(shù))，求非橋氧百分數(shù)。 6網(wǎng)絡(luò)外體(如Na2O)加到SiO2熔體中，使氧硅比增加，當O/Si2.53時，即達到形成玻璃的極限，O/Si>3時，則不能形成玻璃，為什么? 7按照在形成氧化物玻璃中的作用，把下列氧化物分為網(wǎng)絡(luò)變體，中間體和網(wǎng)絡(luò)形成體： SiO2，Na2O，B2O3，CaO，Al2O3，P2O5，K2O，BaO。8以B203為例解釋具有混合鍵氧化物容易形成玻璃的原因。9試述微晶學(xué)說與無規(guī)則

17、網(wǎng)絡(luò)學(xué)說的主要觀點，并比較兩種學(xué)說在解釋玻璃結(jié)構(gòu)上的共同點和分歧。10什么是硼反?，F(xiàn)象? 為什么會產(chǎn)生這些現(xiàn)象? 11已知石英玻璃的密度為2.3g/cm3，假定玻璃中原子尺寸與晶體SiO2相同，試計算該玻璃的原于堆積系數(shù)是多少?12根據(jù)教材的TTT曲線，計算A、B、C三種物質(zhì)的臨界冷卻速度，哪一種物質(zhì)易形成玻璃?哪一種難形成玻璃?表面結(jié)構(gòu)與性質(zhì)1 什么叫表面張力和表面能 ? 在固態(tài)下和液態(tài)下這兩者有何差別 ? 2 一般說來，同一種物質(zhì)，其固體的表面能要比液體的表面能大，試說明原因。 3 什么叫吸附、粘附 ? 當用焊錫來焊接銅絲時，用銼刀除去表面層，可使焊接更加牢固，請解釋這種現(xiàn)象。 4 方鎂石

18、的表面能為1000爾格/cm2，如果密度為3.68克/cm3，求將其粉碎為1u顆粒時，每克需能量多少卡 ? 5 試說明晶界能總小于兩個相鄰晶粒的表面能之和的原因。 7 1克石英在粉碎機中軋成粒度為1u的粉末時，重量增至1.02克，若這是吸附了空氣中水分的結(jié)果，試求吸附水膜的厚度 ( 假定破碎后顆粒為立方體 ) 。 8 真空中Al2O3的表面張力約為900ergcm2，液態(tài)鐵的表面張力為1729erg/cm2，同樣條件下，界面張力 ( 液態(tài)鐵氧化鋁 ) 約為 2300erg/cm2，問接觸角有多大 ? 液態(tài)鐵能否潤濕氧化鋁 ?9 表面張力為500erg/cm2的某液態(tài)硅酸鹽與某種多晶氯化物表面相

19、接觸，接觸角 =45 °；若與此氧化物相混合，則在三晶粒交界處，形成液態(tài)小球，二面角平均為 90 °，假如沒有液態(tài)硅酸鹽時，氧化物氧化物界面的界面張力為 1000dyn/cm ，試計算氧化物的表面張力。10 MgO-Al2O3-SiO2系統(tǒng)的低共熔物，放在 Si3N4陶瓷片上，在低共溶溫度下，液相的表面張力為 900erg/cm2，液體與固體的界面能為 600erg/cm2，測得接觸角為 70.52 °， (1) 求Si3N4的表面張力。 (2) 把Si3N4在低共熔溫度下進行熱處理，測得其腐蝕的槽角為 123.75 °，求Si3N4的晶界能。 (3)

20、如果把 20 的低共熔物與Si3N4 粉末混合，加熱到低共溶溫度下，試畫出由低共熔物與Si3N4混合組成的陶瓷顯微結(jié)構(gòu)示意圖。 復(fù) 習 提 綱 1 基本概念：表面、晶界、相界、弛豫表面、重構(gòu)表面、黏附、潤濕、吸附 2 固體是如何降低系統(tǒng)的表面能的，為什么相同組成的固體的表面能總是高于液體的表面能； 3 固體的表面力場的分類和本質(zhì)，晶體的表面結(jié)構(gòu)特點，表面粗糙度、表面微裂紋對表面力場的影響； 4 固體的界面行為對固體表面結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響；粗糙表面的潤濕行為；相平衡與相圖1 固體硫有兩種晶型 ( 單斜硫、斜方硫 ) ，因此硫系統(tǒng)可能有四個相，如果某人實驗得到這四個相平衡共存，試判斷這個實驗有無問題

21、。 2 圖（ 1 ）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 是晶型的升華曲線，回答下列問題： (1) 在圖中標明各相的相區(qū)，并把圖中各無變點的平衡特征用式子表示出來。 (2) 系統(tǒng)中哪種晶型為穩(wěn)定相 ? 那種晶型為介穩(wěn)相 ? (3) 各晶型之間的轉(zhuǎn)變是單向轉(zhuǎn)變還是雙向轉(zhuǎn)變 ? 3 在SiO2系統(tǒng)相圖中，找出兩個可逆多晶轉(zhuǎn)變和兩個不可逆多晶轉(zhuǎn)變的例子。 4 根據(jù)Al2O3SiO2 系統(tǒng)相圖說明： (1) 鋁硅質(zhì)耐火材料，硅磚 ( 含 SiO2>98 ) 、粘土磚 ( 含 Al2O3 35 50

22、 ) 、高鋁磚 ( 含 Al2O3 60 90 ) 、剛玉磚 ( 含 Al2O3>90 ) 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)硅磚時應(yīng)注意什么 ? (3) 若耐火材料出現(xiàn) 40 液相便軟化不能使用，試計算含 40(mol) Al2O3的粘土磚的最高使用溫度。 5 在 CaO-SiO2系統(tǒng)與 Al2O3-SiO2系統(tǒng)中SiO2的液相線都很陡，為什么在硅磚中可摻人約 2 的 CaO 作礦化劑而不會降低硅磚的耐火度，但在硅磚中卻要嚴格防止原料中混入 Al2O3 否則會使硅磚耐火度大大下降。 6 加熱粘土礦物高嶺石 (Al2O3· 2SiO2· 2

23、H2O) 至 600 時，高嶺石分解為水蒸氣和Al2O3·2SiO2，繼續(xù)加熱到 1595 時會發(fā)生什么變化？在這溫度下長時間保溫達到平衡，系統(tǒng)的相組成如何？當系統(tǒng)生成 40 液相時，應(yīng)達到什么溫度？在什么溫度下該粘土完全熔融 ? 7 圖（）是最簡單的三元系統(tǒng)投影圖，圖中等溫線從高溫到低溫的次序是 t 6 >t 5 >t 4 >t 3 >t 2 >t 1 根據(jù)此投影圖回答： (1) 三個組分 A 、 B 、 C 熔點的高低次序是怎樣排列的。 (2) 各液相面下降的陡勢如何 ? 那一個最陡 ? 那一個最平坦 ? (3) 指出組成為 65 A ， 15 B

24、， 20 C 的系統(tǒng)的相組成點，此系統(tǒng)在什么溫度下開始結(jié)晶 ? 結(jié)晶過程怎樣 ? （表明液、固相組成點的變化及結(jié)晶過程各階段中發(fā)生的變化過程）。 (4) 計算第一次析晶過程析出晶相的百分數(shù)是多少 ? 第二次析晶過程 結(jié)束時，系統(tǒng)的相組成如何 ? 結(jié)晶結(jié)束時系統(tǒng)的相組成又如何 ? 8 圖 (3) 為生成二個一致熔融二元化合物的三元系統(tǒng)，據(jù)圖回答下列問題： (1) 可將其劃分為幾個簡單的三元系統(tǒng) ? (2) 標出圖中各邊界及相區(qū)界線上溫度下降方向， (3) 判斷各無變量點的性質(zhì)，并將它們的平衡特征式子表示出來。 9 圖 () 是生成一致熔融二元化合物 (BC) 的三元系統(tǒng)投影圖。設(shè)有組成為： A

25、： 35 ， B ： 35 ， C ： 30 的熔體，試確定其在圖中的位置。冷卻時該熔體在何溫度下開始析出晶體。 10 如圖(5) A-B-C 三元系統(tǒng)相圖，根據(jù)相圖回答下列問題： 1 在圖上劃分副三角形、用箭頭表示各條界線上溫度下降方向及界線的性質(zhì)； 2 判斷化合物 D 、 M 的性質(zhì)； 3 寫出各三元無變量點的性質(zhì)及其對應(yīng)的平衡關(guān)系式； 4 寫出組成點 G 在完全平衡條件下的冷卻結(jié)晶過程； 5 寫出組成點 H 在完全平衡條件下進行加熱時，開始出現(xiàn)液相的溫度和完全熔融的溫度；寫出完全平衡條件下進行冷卻，結(jié)晶結(jié)束時各物質(zhì)的百分含量（用線段比表示）。 11 根據(jù)圖(6) 回答下列問題： (1)

26、說明化合物 S1 、 S2 的性質(zhì)； (2) 在圖中劃分分三元系統(tǒng)及用箭頭指示出各界線的溫度下降方向及性質(zhì)； (3) 指出各無變點的性質(zhì)并寫出各點的平衡關(guān)系； (4) 寫出 1 、 3 組成的熔體的冷卻結(jié)晶過程 ( 表明液、固相組成點的變化及結(jié)晶過程各階段系統(tǒng)中發(fā)生的變化過程 ) 。并總結(jié)判斷結(jié)晶產(chǎn)物和結(jié)晶過程結(jié)束點的規(guī)律； (5) 計算熔體 l 結(jié)晶結(jié)束時各相百分含量，若在第三次結(jié)晶過程開始前將其急冷卻 ( 這時液相凝固成為玻璃相 ) 各相的百分含量又如何 ?( 用線段表示即可 ) ； (6) 加熱組成 2 的三元混合物將于哪一點溫度開始出現(xiàn)液相 ? 在該溫度下生成的最大液相量是多少 ? 在

27、什么溫度下完全熔融 ? 寫出它的加熱過程。 12 下圖為具有化合物生成的三元系統(tǒng)相圖，根據(jù)此三元系統(tǒng)相圖解答下列問題 (1)判斷各化合物的性質(zhì)； (2) 用箭頭表示相區(qū)界線溫度變化方向及界線性質(zhì)； (3) 劃分副三角形，并寫出各三元無變量點的平衡過程及性質(zhì)； (4) 用規(guī)范化寫法寫出 M 點對應(yīng)組分的平衡結(jié)晶過程； (5) N 點對應(yīng)的三元組成點加熱時在那一點溫度下開始出現(xiàn)？哪一點溫度下完全熔化？ 13 根據(jù)圖(7) 回答下列問題： (1) 用箭頭標出各界線的溫度下降方向及性質(zhì)； (2) 指出各無變點的性質(zhì)，并寫出其平衡關(guān)系； (3) 寫出熔體 M 的結(jié)晶過程，說明液相離開 R 點的原因； (

28、4) 畫出 AB 、 BC 二元系統(tǒng)相圖。 14 比較各種三元無變量點 ( 低共熔點，雙升點，雙降點，過渡點和多晶轉(zhuǎn)變點 ) 的特點。寫出它們的相平衡關(guān)系。 15 對課本的 MgO-Al2O3-Si02系統(tǒng)和 K2O Al2O3-SiO2 系統(tǒng)相圖劃分副三角形。 16 參看 CaO-Al2O3-Si02 系統(tǒng)相圖，回答下列問題： (1) 組成為 66 CaO ， 26 Si02 ， 8 Al2O3 ，即書中 3 點的水泥配料將于什么溫度開始出現(xiàn)液相 ? 這時生成的最大液相量是多少 ( 根據(jù)詳 6 圖 CaO-C2S-C12A4 部分系統(tǒng)計算 ) 。 (2) 為了得到較高的 C2S 含量，題 (

29、1) 組成的水泥燒成后急冷好，還是緩冷讓其充分結(jié)晶好 ? (3) 欲得到題 (1) 組成的水泥，若只用高嶺土和石灰石 (Al2O3·2Si02·2H20 和 CaCO3) 配料，能否得到該水泥的組成點 ? 為什么 ? 若不能，需要加入何種原料 ? 并計算出所需各種原料的百分含量。 17 根據(jù) Na2O-CaO-SiO2 系統(tǒng)相圖回答： (1) 組成為 13 Na2O ， 13 CaO ， 74 SiO2 玻璃配合料將于什么溫度熔化 ? 在什么溫度完全熔融 ? (2) 上面組成的玻璃，當加熱到 1050 ， 1000 ， 900 ， 800 時，可能會析出什么晶體 ? (3)

30、 NC2S6晶體加熱時是否會不一致熔化 ? 分解出什么晶體，熔化溫度如何 ? 18 在陶瓷生產(chǎn)中一般出現(xiàn) 35 液相就足以使瓷坯?；?。而當液相達到 45 時，將使瓷坯變形，成為過燒。根據(jù)課本 MgO-Al2O3-SiO2 具體計算含 10 偏高嶺， 90 偏滑石的配料的燒成溫度范圍。 19 計算含 50 高嶺石， 30 長石， 20 石英的一個瓷器配方在 1250 燒成達到平衡時的相組成及各相的相對量。 20 根據(jù)課本圖 K20-Al2O3-SiO2 系統(tǒng)相圖。如果要使瓷器中僅含有 40 莫來石晶相及 60 的玻璃相、原料中應(yīng)含 K2O 若干 ? 若僅從長石石中獲得， K2O 原料中長石的配比

31、應(yīng)是多少 ? 21 高鋁水泥的配料通常選擇在CA相區(qū)范圍內(nèi)，生產(chǎn)時常燒至熔融后冷卻制得，高鋁水泥主要礦物CA ，而C2AS 沒有水硬性，因此希望水泥中不含 C2AS 。這樣在 CA 相區(qū)內(nèi)應(yīng)取什么范圍的配料才好，為什么 ( 注意生產(chǎn)時不可能完全平衡而會出現(xiàn)獨立結(jié)晶過程 )?   復(fù) 習 提 綱 (1) 基本概念：相圖、自由度、組元數(shù)與獨立組元數(shù)、吉布斯向律、杠桿規(guī)則、初晶區(qū)規(guī)則、三角形規(guī)則、背向線規(guī)則、切線規(guī)則； (2)掌握相圖的表示方法，包括單元系統(tǒng)相圖、二元系統(tǒng)相圖、三元系統(tǒng)相圖；    對于單元系統(tǒng)相圖，要求掌握點、線、區(qū)間的性質(zhì)，會寫無變量點的平

32、衡式子；對于二元系統(tǒng)相圖，要求掌握點、線、區(qū)間的性質(zhì)，會寫無變量點的平衡式子，掌握冷卻結(jié)晶過程的分析以及過程量的計算；對于三元系統(tǒng)相圖，要求掌握點、線、區(qū)間的性質(zhì)，會寫無變量點的平衡式子，掌握冷卻結(jié)晶過程的分析以及過程量的計算。 圖（1）圖（2）圖（3）圖（4）圖（5）圖（6） 圖（7）圖（8）擴散1 解釋并區(qū)分下列概念：        (1) 穩(wěn)定擴散與不穩(wěn)定擴散；        (2) 本征擴散與非本征擴散；     &#

33、160;  (3）自擴散與互擴散；        (4) 擴散系數(shù)與擴散通量。     2 濃度差會引起擴散，擴散是否總是從高濃度處向低濃度處進行 ? 為什么 ?     3 當鋅向銅內(nèi)擴散時，已知在x點處鋅的含量為2.5×1017個鋅原子/cm3， 300 時每分鐘每mm2要擴散60個鋅原子，求與x點相距2mm處鋅原子的濃度。（已知鋅在銅內(nèi)的擴散體系中D0=0.34×10-14m2s ； Q=4.5kcalmol ）   &

34、#160; 4 在鋼棒的表面，每20個鐵的晶胞中含有一個碳原子，在離表面1mm處每30個鐵的晶胞中含有一個碳原子，知鐵為面心立方結(jié)構(gòu)(a=0.365nm),1000 時碳的擴散系數(shù)為3×10-1m2s ，求每分鐘內(nèi)因擴散通過單位晶胞的碳原子數(shù)是多少 ?     5 在恒定源條件下820 時，剛經(jīng)1小時的滲碳，可得到一定厚度的表面滲碳層，若在同樣條件下，要得到兩倍厚度的滲碳層需要幾個小時 ?     6 在不穩(wěn)定擴散條件下 800oC 時，在鋼中滲碳 100 分鐘可得到合適厚度的滲碳層，若在 1000oC 時要得到同樣厚度的滲

35、碳層，需要多少時間（D0=2.4×10-12m2sec ； D1000 =3×10-11m2sec ） ?     7 在制造硅半導(dǎo)體器體中，常使硼擴散到硅單晶中，若在 1600K 溫度下，保持硼在硅單晶表面的濃度恒定(恒定源半無限擴散)，要求距表面10-3cm 深度處硼的濃度是表面濃度的一半，問需要多長時間(已知D1600 =8×10-12cm2/sec；當時，）？     8 Zn2+在 ZnS 中擴散時，563 時的擴散系數(shù)為3×10-14cm2/sec;450 時的擴散系數(shù)為1.0

36、15;10-14cm2/sec ，求：    (1）擴散的活化能和D0；    (2） 750 時的擴散系數(shù)。     9 實驗冊的不同溫度下碳在鈦中的擴散系數(shù)分別為2×10-9cm2/s(736 ) 、5×10-9cm2/s(782 ) 、1.3×10-8cm2/s(838 )。   (a) 請判斷該實驗結(jié)果是否符合 ，   (b) 請計算擴散活化能（J/mol ），并求出在500 時碳的擴散系數(shù)。 &#

37、160;  10 在某種材料中,某種粒子的晶界擴散系數(shù)與體積擴散系數(shù)分別為Dgb=2.00×10-10exp(-19100/T)和Dv=1.00×10-4exp(-38200/T) ，是求晶界擴散系數(shù)和體積擴散系數(shù)分別在什么溫度范圍內(nèi)占優(yōu)勢？     11 假定碳在-Fe(體心立方)和-Fe（面心立方)中的擴散系數(shù)分別為：         D=0.0079exp-83600(J/mol/RT)cm2/sec ；D=0.21exp-141284(J/mol/RT)cm2/sse

38、c         計算 800 ? C 時各自的擴散系數(shù)并解釋其差別。     12 MgO、Ca、PeO均具NaCl結(jié)構(gòu)，在各晶體中它們的陽離子擴散活化能分別為：Na+ 在NaCI中為41Kcalmol 、 Mg2+ 在MgO中為83Kcalmol、Ca2+在CaO中為77Kcalmol、Fe3+在FeO中為23Kcalmol ，試解釋這種差異的原因。     13 試分析離子晶體中,陰離子擴散系數(shù)般都小于陽離子擴散系數(shù)的原因?    14

39、試從結(jié)構(gòu)和能量的觀點解釋為什么 D表面>D晶面>D晶內(nèi)  復(fù) 習 提 綱    (1）基本概念：擴散、擴散的本質(zhì)、擴散的結(jié)果，擴散動力，正擴散和負擴散，自擴散和互擴散極其特點，擴散通量，穩(wěn)定擴散和非穩(wěn)定擴散，無序擴散及特點。    (2）固體擴散的微觀機構(gòu)有哪幾種，哪些是實際存在的，為什么？   菲克第一定律和菲克第二定律的一維表達式，各自的物理意義是什么，會運用菲克第一定律和菲克第二定律解決實際問題。    (3）無序擴散系數(shù) D=1/6×qd2中，d 和q的物

40、理意義；通過分析影響q的因素以及以體心立方晶體為例，得出無序擴散系數(shù)的數(shù)學(xué)表達式Dr=a02Nd，由此得出空位擴散系數(shù)的表達式 Dv=a020exp（S*+Sf）/Rexp-（H*+ Hf）/RT ，再進一步得出空位擴散系數(shù)的宏觀表達式 D=D0exp（-Q/RT）。    (4）自擴散系數(shù) D*=fDr 。    (5）間隙擴散系數(shù)的表達式。    (6）一個擴散系統(tǒng)中，擴散系數(shù)與溫度的關(guān)系（ D 1/T ），為什么？    (7）克肯達爾效應(yīng)得含義及其應(yīng)用意義。 

41、0;  (8）分析影響擴散系數(shù)的因素。相變 1 什么叫相變？按照機理來劃分，可分為哪些機理 ?      2 馬氏體相變具有什么特征？它和成核生成機理有何差別 ?      3 當一種純液體過冷到平衡凝固溫度 (T0) 以下時：，固相與液相間的自由焓差越來越負。試證明在溫度 T0 附近隨溫度變化的關(guān)系近似地為：         4 在純液體平衡凝固溫度 T0 以下， Gr*臨界相變勢壘隨溫度下降而減小，于是

42、有一個使熱起伏活化因子 exp(-Gr*/KT)為極大值的溫度。試證明當 T=T0 /3 時，exp(-Gr*/KT)有極大植。     5 為什么在成核一生成機理相變中，要有一點過冷或過熱才能發(fā)生相變 ? 什么情況下需過冷，什么情況下需過熱。      6 何謂均勻成核 ? 何謂不均勻成核 ? 晶核劑對熔體結(jié)晶過程的臨界晶核半徑 r*有何影響 ?      7 在不均勻成核的情況下，相變活化能與表面張力有關(guān)，試討論不均勻成核的活化能 Gr*與接觸角的關(guān)系，并證明當 =90。

43、時，Gr*是均勻成核活化能的一半。      8 鐵的原子量為 55.84 ，密度為 7.32 克 /cm3，熔點為 1593 ，熔化熱為 2750 卡克原子，固液界面能為 204 爾格 /cm2 ，試求在過冷度為 10 、 100 時的臨界晶核大小并估計這些晶核分別由多少個晶胞所組成（已知鐵為體心立方晶格，晶格常數(shù) a=3.05?)      9 熔體析晶過程在 1000 時，單位體積自由熔變化 GV=100cal/cm3 ；在 900 時是 500cal cm 3 。設(shè)固液界面能 SL =500erg/cm 2

44、，求：    (1) 在 900 和 1000 時的，臨界晶核半徑；    (2) 在 900 和 1000 時進行相變所需的能量     10 如在液相中形成邊長為 a 的立方體晶核時，求出“臨界核胚”立方體邊長 a*和 G*。為什么立方體的 G*大于球形 G*?     11 銅的熔點 T m 1385k ，在過冷度 T=0.2T m 的溫度下，通過均相成核得到晶體銅。計算這溫度下的臨界核胚半徑及臨界核胚的原子數(shù)。 (?H=1628 × 10 7 爾格 /cm 3、 =177 爾格

45、 /cm 2 ，設(shè)銅為面心立方晶體， a=3.615? )     12 如下圖為晶核的半徑 r 與 G 間的關(guān)系，現(xiàn)有不同溫度的三條曲線，請指出哪條溫度最高 ? 哪條溫度最低 ? 你的根據(jù)是什么？      13 什么叫斯賓那多分解 ? 它和成核生成機理有何差別 ?     14 什么叫登山擴散 ? 為什么在散賓那多分解中能產(chǎn)生這種擴散，在成核生長相變中則不能 ?     15 在最后的形態(tài)中，成核生長機理相變和斯賓那多相變都有可能形成三維連貫的結(jié)構(gòu)，在實驗上能否

46、區(qū)別是哪種機理？ 復(fù) 習 提 綱     1.什么是相變、相變過程，相變過程的分類，相變推動力，相變過程的溫度條件。     2. 析晶的兩個過程，均態(tài)核化和非均態(tài)核化的含義；會推導(dǎo)均態(tài)核化的臨界半徑和相變活化能；了解影響均態(tài)核化速率的因素；掌握非均態(tài)核化的相變活化能與均態(tài)核化的相變活化能的關(guān)系，能從理論上進行解釋；掌握核化速率和晶化速率與溫度的關(guān)系，畫圖說明，并指出形成晶體或玻璃有利的溫度區(qū)間。總的結(jié)晶速率用什么表征。     3. 分析影響結(jié)晶速率的因素。固相反應(yīng)1若由MgO和Al2O3球形顆粒之間的

47、反應(yīng)生成MgAl2O4是通過產(chǎn)物層的擴散進行的：       (1) 畫出其反應(yīng)的幾何圖形并推導(dǎo)出反應(yīng)初期的速度方程。       (2) 若1300時DAl3+>DMg2+0-2:基本不動，那么哪一種離子的擴散控制著MgAl2O4的生成？為什么？     2鎳（Ni）在0.1大氣壓的氧氣中氧化，測得其重量增量（g/cm2）如下表：溫 度 時 間 溫 度 時 間 1(h) 2(h) 3(h) 4(h) 1(h) 2(h) 3(h)

48、 4(h) 550 9131520650 29415065600567588106       (1) 導(dǎo)出合適的反應(yīng)速度方程； (2) 計算其活化能。     3由Al2O3和SiO2粉末反應(yīng)生成莫來石，過程由擴散控制，擴散活化能為50千卡/摩爾，1400下，一小時完成10%，求1500下，一小時和四小時各完成多少？（應(yīng)用揚德方程計算）     4粒徑為1球狀A(yù)l2O3由過量的MgO微粒包圍，觀察尖晶石的形成，在恒定溫度下，第一

49、個小時有20%的Al2O3起了反應(yīng)，計算完全反應(yīng)的時間。       (1) 用揚德方程計算       (2) 用金斯特林格方程計算       (3) 比較揚德方程、金斯特林格方程優(yōu)缺點及適用條件。     5 當測量氧化鋁水化物的分解速率時，發(fā)現(xiàn)在等溫反應(yīng)期間，重量損失隨時間線性增 加到50%左右，超過50%時重量損失的速率就小于線性規(guī)律。速率隨溫度指數(shù)增加，這是一個由擴

50、散控制的反應(yīng)還是由界面一級控制的反應(yīng)？當溫度從451增至493時，速率增大到10倍，計算此過程的活化能（利用表9-1及圖22進行分析）     6 由Al2O3和SiO2粉末形成莫來石反應(yīng)，由擴散控制并符合揚德方程，實驗在溫度保持不變的條件下，當反應(yīng)進行1小時的時候，測知已有15%的反應(yīng)物起反 應(yīng)而作用掉了。       (1) 將在多少時間內(nèi)全部反應(yīng)物都生成產(chǎn)物？       (2) 為了加速莫來石的生產(chǎn)應(yīng)采取什么有效措施？ 

51、;    7 試分析影響固相反應(yīng)的主要因素。     8 如果要合成鎂鋁尖晶石，可供選擇的原料為MgCO3、Mg(OH)2、MgO、Al2O33H2O、-Al2O3、-Al2O3。從提高反應(yīng)速率的角度出發(fā)，選擇什么原料較 好？請說明原因。復(fù) 習 提 綱     1 廣義固相反應(yīng)的共同特點；固相反應(yīng)機理；固相界面上的化學(xué)反應(yīng)的三個過程。     2 固相反應(yīng)的一般動力學(xué)關(guān)系及其意義；解釋化學(xué)動力學(xué)范圍；解釋擴散動力學(xué)范圍的特點，擴散動力學(xué)范圍的三個

52、動力學(xué)方程的表達式、各自所采用的模  型極其適用范圍、有何優(yōu)缺點。     3 分析影響固相反應(yīng)的因素。燒結(jié) 1燒結(jié)推動力是什么? 它可憑哪些方式推動物質(zhì)的遷移，各適用于何種燒結(jié)機理? 2燒結(jié)過程是怎樣產(chǎn)生的，各階段的特征是什么? 3下列過程中哪一個能使燒結(jié)體強度增大，而不產(chǎn)生坯體宏觀上的收縮? 試說明之。 (a) 蒸發(fā)冷凝； (b) 體積擴散； (c) 粘性流動； (d) 表面擴散； (e) 溶解沉淀 4某氧化物粉末的表面能是1000erg/cm2，燒結(jié)后晶界能是550erg/cm2今用粒徑為1m的粉料(假定為立方體)壓成1cm3的壓塊進行燒

53、結(jié)，試計算燒結(jié)時的推動力。 5試就 (a) 推動力來源； (b) 推動力大??； (c) 在陶瓷系統(tǒng)的重要性來區(qū)別初次再結(jié)晶，晶粒長大和二次再全結(jié)晶。 6有人試圖用延長燒結(jié)時間來提高產(chǎn)品致密度，你以為此法是否可行,為什么了？ 7假如直徑為5m的氣封閉在表而張力為280達因厘米的玻璃內(nèi)，氣孔內(nèi)氮氣壓力是0.8大氣壓，當氣體壓力與表面張力產(chǎn)生的負壓平衡時，氣孔尺寸是多少? 8. 在1500，MgO正常的晶粒長大期間觀察到晶體在1小時內(nèi)從直徑從1m長大到10m ，在此條件下，要得到直徑20m的晶粒，需燒結(jié)多長時間? 如已知晶界擴散活化能為60KCalmol，試計算在1600下4小時后晶粒的大小，為抑制

54、晶粒長大，加入少量雜質(zhì)，在1600下保溫4小時，晶粒大小又是多少? 9假定NiCr2O4 的表面能為600ergcm2，由半徑 0.5m 的NiO和Cr2O3粉末合成尖晶石。在1200和1400時Ni2+和Cr3+離子的擴散系數(shù)分別為：Ni2+在 NiO中D1473=1×10-11；D1673=3×10-10cm2/s ；Cr3+在Cr2O3中D1473 =7×10-11；D1673=10-10cm2/s ，求在1200和1400燒結(jié)時，開始1秒的線收縮率是多少？（假定擴散粒子的半徑為 0.59?) 10材料的許多性能如強度、光學(xué)性能等要求其晶粒尺寸微小且分布均勻

55、，工藝上應(yīng)如何控制燒結(jié)過程以達到此目的? 11試分析二次再結(jié)晶過程對材料性能有何種效應(yīng)? 12特種燒結(jié)和常規(guī)燒結(jié)有什么區(qū)別? 試舉例說明。 13.(a) 燒結(jié)MgO時加入少量FeO，在氫氣氛和氧分壓低時都不能促進燒結(jié)，只有在氧分壓高的氣氛下才促進燒結(jié)； (b) 燒結(jié)Al2O3時，氫氣易促進致密化而氮氣妨礙致密化。試分析其原因。 14某磁性氧化物材料被認為是遵循正常晶粒長大方程。當顆粒尺寸增大超出1m的平均尺寸時，則磁性和強度等性質(zhì)就變壞，未燒結(jié)前的原始顆粒大小為0.1m 。燒結(jié)30分鐘使晶粒尺寸長大為原來的3倍。因大坯件翹曲，生產(chǎn)車間主任打算增加燒結(jié)時間。你想推薦的最長時間是多少?腐蝕與防護1

56、. 名詞解釋及符號意義全面腐蝕 局部腐蝕 點腐蝕 晶間腐蝕 應(yīng)力腐蝕 腐蝕疲勞 渦流腐蝕 縫隙腐蝕 KISCC da/dt2. 以不銹鋼在充氣的NaCl溶液中孔腐蝕為例，簡述小孔腐蝕的機理。3. 為提高18Cr-9Ni不銹鋼的抗點蝕性能,可在鋼中加入哪些元素? 4. 應(yīng)力腐蝕裂紋擴展速率da/dt與KI值之間的關(guān)系如圖 11.2 所示,試指出曲線上的兩個端點各代表材料的什么特征值？并根據(jù)此圖說明裂紋擴展速率da/dt與KI值的關(guān)系。5. 影響晶間腐蝕的因素有哪些？6. 簡述應(yīng)力腐蝕的機理及減少應(yīng)力腐蝕的措施。7. 試述硅酸鹽材料的腐蝕機理及影響腐蝕的因素。 8. 玻璃的腐蝕有哪幾種形式?簡要說

57、明之。 9. 混凝土的腐蝕有哪幾種形式?簡要說明之。 10.以Al2O3/SiC復(fù)合材料為例說明陶瓷基復(fù)合材料的氧化行為。11.什么是高分子材料的腐蝕?有何主要表現(xiàn)？12.何為高分子材料的物理老化?其特點是什么?物理老化對性能有何影響？疲勞與斷裂1 解釋下列概念 疲勞 低溫疲勞 熱疲勞 韌 - 脆轉(zhuǎn)化溫度 氫致斷裂 疲勞強度 蠕變強度2 試述疲勞失效的特點。 3 分析材料高溫下的失效方式。4 簡述氫脆的類型。 5 試述氫致開裂機理。參考答案緒論此試題尚無答案晶體結(jié)構(gòu)1、略。2、解：（1）h:k:l=1/2:1/3:1/6=3:2:1,該晶面的米勒指數(shù)為（321）；（2）（321）3、略。4、略

58、。5、解：MgO為NaCl型，O2-做密堆積，Mg2+填充空隙。rO2- =0.140nm，rMg2+=0.072nm，z=4，晶胞中質(zhì)點體積：(4/3×r O2-3+4/3×rMg2+ 3)×4，a=2(r+r-)，晶胞體積=a3，堆積系數(shù)=晶胞中MgO體積/晶胞體積=68.5%，密度=晶胞中MgO質(zhì)量/晶胞體積=3.49g/cm3。6、解：體心：原子數(shù) 2，配位數(shù) 8，堆積密度 55.5%； 面心：原子數(shù) 4，配位數(shù) 6，堆積密度 74.04%； 六方：原子數(shù) 6，配位數(shù) 6，堆積密度 74.04%。7、解：u=z1z2e2N0A/r0×(1-1/n

59、)/40，e=1.602×10-19，0=8.854×10-12，N0=6.022×1023，NaCl：z1=1，z2=1，A=1.748，nNa+=7，nCl-=9，n=8，r0=2.81910-10m，u NaCl=752KJ/mol；MgO：z1=2，z2=2，A=1.748，nO2-=7，nMg2+=，n=7，r0=2.1010m，uMgO=392KJ/mol；uMgO> uNaCl，MgO的熔點高。8、略。9、解：設(shè)球半徑為a，則球的體積為4/3a3，求的z=4，則球的總體積（晶胞）4×4/3a3，立方體晶胞體積：(2a)3=16a3，空

60、間利用率=球所占體積/空間體積=74.1%，空隙率=1-74.1%=25.9%。10、解：=m/V晶=1.74g/cm3，V=1.37×10-22。11、解：Si4+ 4；K+ 12；Al3+ 6；Mg2+ 6。12、略。13、解：MgS中a=5.20?，陰離子相互接觸，a=2r-，rS2-=1.84?；CaS中a=5.67?，陰-陽離子相互接觸，a=2(r+r-)，rCa 2+=0.95?；CaO中a=4.80?， a=2(r+r-)，rO2-=1.40?；MgO中a=4.20?， a=2(r+r-)，rMg2+=0.70?。14、解：LiF

61、為NaCl型結(jié)構(gòu)，z=4，V=a3，=m/V=2.6g/cm3，a=4.05?，根據(jù)離子半徑a1=2(r+r-)=4.14?，a<a1。15、解：（1）如圖是一個四面體空隙，O為四面體中心位置。AO=r+r-，BC=2r-，CE=r-，CG=2/3CE=2r-/3，AG=2r-/3，OGCEFC，OG/CG=EF/CF，OG=EF/CF×CG=r-/6，AO=AG-OG=r/2，r+=AO-r- =(/2-1)r=0.301?，查表知rLi+=0.68? >0.301?，O2-不能互相接觸;（2）體對角線=a=4(r+r-)，a=4.665?；（3）=m/V=1.963g/cm3. 16、略。17、解：rMg2+與rCa2+不同，rCa2+> rMg2+，使CaO結(jié)構(gòu)較MgO疏松，H2O易于進入，所以活潑。18.19.20、（1）略； （2）四面體空隙數(shù)/O2-數(shù)=2:1，八面體空隙數(shù)/O2-數(shù)=1:1； （3）(a)CN=4，z+/4×8=2，z+=1，Na2O，Li2O；(b)CN=6，z