齐鲁工业大学材料科学基础重点王美婷材工专业

一、名词解释马氏体相变：一个晶体在外加应力的作用下通过晶体的一个分立体积的剪切作用以极迅速的速率而进行相变。表面改性：利用固体表面吸附特性通过各种表面处理改变固体表面的结构和性质，已适应逾期的要求。非化学计量化合物：不符合定比定律，正负离子的比例不是一个简单的固定比例关系这样化合物叫做。烧结：一种或多种固体粉末经过成型，加热到一定温度后开始收缩，气孔率下降、在地域熔点的温度下变成致密坚硬的烧结体。相：系统中具有相同物理物质和化学物质的均匀部分肖特基缺陷：晶体热振动时，一些能量足够大的原子离开平衡位置而挤到晶格点的间隙中，形成间隙原子，而原来位置上形成空位网络形成体：正离子为网络形成离子，单键强度大于335kj/mol，这类氧化物可以单独形成玻璃。配位数：一个原子或离子的配位数是指在晶体的结构中，该原子或离子的周围，与它直接相邻结合的离子个数或者所有异号离子的个数。玻璃分相：一个均匀的玻璃相在一定的温度和组成范围内有可能分程两个互不溶解的或部分溶解的玻璃相及液相，相互共存的现象。吸附：物质的原子或分子附着在另一种物质的表面上的现象。固溶体：含有外来杂质原子的晶体相变：物质从一个相转变为另一个非均匀成核：是指体系在外来质点，容器壁或原有晶体表面上形成的核。在此类体系中，成核几率在空间各点不同，由于模型内模型壁和杂质颗粒的作用，原子依附在其上而形核，进而降低了过冷度，使形核更加容易。费仑克尔缺陷：正常格点上原子，热起伏后获得能量离开平衡位置，跃迁到晶体的表面，在原正常格点上留下空位网络变形体：其中正离子被称为网络变形离子，单键强度小于250kj/mol，这类氧化物不能形成玻璃，但是可以可以改变网络结构，从而改变玻璃性质。配位多面体：指在晶体结构中，与某一个阳离子成配位关系而相邻结合的各个离子，他们的中心连线所构成的多面体。二、回答下列问题1、以紧密堆积的方式描述CaTiO3、MgAl2O4尖晶石、NaCl晶体的结构钙离子占有立方面心的角顶位置，氧离子则占有立方面心的面心位置。钙钛矿结构可看成由氧离子和半径较大的钙离子共同组成立方紧密堆积，钛离子填充于四分之一的八面体空隙之中。钛离子位于立方体的中心，钛离子的配位数为6，钙离子的配位数为12.尖晶石结构：氧离子可看成是按立方紧密堆积排列。二价氧离子A充填于八分之一的四面体空隙中，三价阳离子B填充于二分之一的八面体空隙中。NaCl阴离子按立方最紧密方式堆积，阳离子充填于全部的八面体空隙中，阴阳离子的配位数都为6。2、写出少量的CaO掺加到ZrO2中可能的缺陷反应方程，并写出每一方程对应的固溶式。1.实际是2个CaO2OoCaO—Cazr+Cai+Oo写出少量的Y3F掺加到CaF2中可能的缺陷反应方程，并写出每一方程对应的固溶式。3、简述离子晶体的表面结构：处于表面层的负离子只受到上下和内测的正离子的作用，而外侧是不饱和的，电子云将被拉向内测的正离子一方面发生极化变形，该负离子诱导成偶极子，表面质点通过电子云极化变形来降低表面能的这一过程叫做松弛，松弛在瞬间即可完成，其结果改变了表面层的键性，接着是发生离子重排过程。从晶格阵点排列的稳定性考虑，作用力较大，极化率较小的正离子应处于稳定的晶格位置。为降低表面能，各个离子周围作用能应尽量趋于对称。4、简述固相反应的特点及固相反应的机理。特点：①与大多数气液反应不同，固相反应属非均相反应。②固相反应开始温度远低于反应物的熔点或系统低共熔度。这一温度与反应物内部开始呈现明显扩散作用的温度相一致。机理：反应一开始是反应物颗粒之间的混合接触，并在表面发生化学反应形成细薄且含大量结构缺陷的新相，随后发生产物新相的结构调整和晶体生长。当在当在两反应停颗粒间所形成的产物层达到一定厚度后，进一步的反应将依赖于一种或几种反应物通过产物层的扩散而得以进行，这种物质的运输过程可能通过晶体晶格内部、表面、境界、位错或晶体裂缝进行。5、简述反应的温度、压力、气氛对固相反应的影响。温度升高有利于反应进行，这是由于温度升高固体结构中质点热震动动能增大、反应能力和扩散能力均得到增强对于纯固相反应，压力的升高可以改善粉料颗粒之间的接触状态，可提高固相反应速率但对于有液相气相参与的固相反应中有时并不表现出积极作用，甚至会适得其反。气氛对固相反应也有重要的影响，他可以通过固体吸附特性而影响表面反应活性，对于一系列能形成非化学计量的化合物氧化锌、氧化铜等，气氛可直接影响晶体表面缺陷的浓度和扩散机构与速度6、简述连线规则的作用及要点；简述切线规则的作用及要点。连线规则：连线规则是用来判断界线温度的走向的。“将一界线（或其延长线）与相应的连线（或期延长线）相交，其交点是该界线上的温度最高点。”切线规则：切线规则用于判断三元相图上界线的性质。“将界线上某一点所做的切线与相应的连线相交，如交点在连线上，则表示界线上该处具有共熔性质；如交点在连线的延长线上，则表示界线上该处具有转熔性质，远离交点的晶相被回吸。”7、根据缺陷相对于晶体尺寸和其影响范围的大小，缺陷可以分为哪几类？简述这几类缺陷的特征。按尺寸可分为：点缺陷，如溶质、杂质原子、空位；线缺陷，如位错；面缺陷，如各种晶界、相界、表面等；体缺陷，如孔洞、气泡等。体缺陷对材料性能是绝对有害的①点缺陷：沿三个方向的尺寸很小，溶质原子、间隙原子、空位。②线缺陷：沿两个方向的尺寸很小，第三个方向上的尺寸很大，甚至可贯穿整个晶体，指位错。③面缺陷：沿一个方向上的尺寸很小，另两个方向上的尺寸很大，如晶界，相界。⑤体缺陷：在三个方向上的尺寸都较大，但不是很大，如第二相粒子，显微空洞8、简述等径球体的最紧密堆积的形式有哪几种？紧密堆积体中的空隙有哪几种？当n个球作紧密堆积时，说明形成的空隙的类型及数量。常见形式有：六方最紧密堆积、立方最紧密堆积空隙形式有：四面体形式、八面体形式若有n个等大球体作最紧密堆积时，就必定有n个八面体空隙和2n个四面体空隙9、简述烧结与液相烧结的主要传质方式？固相烧结与液相烧结之间有何相同与不同点？烧结的传质方式：蒸发-凝聚传质、扩散传质液相烧结的传质方式有:流动传质、溶解-沉淀传质固相烧结的主要传质方式有蒸发-凝聚传质和扩散传质，液相烧结的主要传质方式有溶解-沉淀传质和流动传质。固相烧结与液相烧结的共同点是烧结的推动力都是表面能；烧结过程都是由颗粒重排、物质传递与气孔充填、晶粒生长等阶段组成。不同点是：由于流动传质比扩散传质速度快，因而致密化速率高；固相烧结主要与原料粒度和活性、烧结温度、气氛成型压力等因素有关，液相烧结与液相数量、液相性质、液-固润湿情况、固相在液相中的溶解度等有关。10、简述晶粒生长与二次结晶的特点，以及造成二次再结晶的原因和防止二次再结晶的方法。二次再结晶的推动力是大晶粒晶面与邻近高表面能和小曲率半径的晶面相比有较低的表面能，在表面能驱动下，大晶粒界面向曲率半径小的晶粒中心推进，以致造成大晶粒进一步长大与小晶粒的消失。晶粒生长与二次再结晶异常生长，晶粒生长是平均尺寸增长，不存在晶核，镜面处于平衡状态，界面上无应力。二次再结晶的大晶粒界面上有应力存在。晶粒生长时气孔都维持在晶界上或晶界交汇时，二次再结晶时气孔被包裹到晶粒内部。防止二次再结晶的最好方法是引入适当的添加剂，它能抑制晶界迁移，有效地加速气孔的排除。11、硅酸盐晶体是如何分类的？分为哪几种类型？判断下列化合物各属于哪种类型？并写出化合物的矿物名称。Mg2【SiO4】Be3Al2【Si6O18】Al4【Si4O10】(OH)8Na【AlSi3O8】Mg2【SiO4】Mg2Al3【AlSi5O18】Mg3【Si4O10】(OH)2K【AlSi3O8】分为五类：岛状、组群状、链状、层状和架状，镁橄榄石Mg2[SiO4]岛状，绿柱石Be3Al2[Si6O18]组群，高岭石Al4【Si4O10】(OH)8层状，钠长石Na【AlSi3O8】架状，堇青石Mg2Al3[AlSi5O18]层状，钾长石K[AlSi3O8]架状，辉石CaMg[Si2O6]单链，Mg3[Si4O10]（OH）2层状，硅钙石Ca2Al[AlSiO7]组群12、试比较硅酸盐玻璃与硼酸盐玻璃在结构和性能上的差异。结构差异：硅酸盐玻璃：石英玻璃是硅酸盐玻璃的基础。石英玻璃是硅氧四面体[SiO4]以顶角相连而组成的三维架状结构。由于Si—O—Si键角变动范围大，使石英玻璃中[SiO4]四面体排列成无规则网络结构。SiO2是硅酸盐玻璃中的主要氧化物。硼酸盐玻璃：B和O交替排列的平面六角环的B—O集团是硼酸盐玻璃的重要基元，这些环通过B—O—B链连成三维网络。B2O3是网络形成剂。这种连环结构与石英玻璃硅氧四面体的不规则网络不同，任何O—B三角体的周围空间并不完全被临接的三角体所填充，两个原子接近的可能性较小。性能差异：硅酸盐玻璃：试剂和气体介质化学稳定性好、硬度高、生产方法简单等优点。硼酸盐玻璃：硼酸盐玻璃有某些优异的特性。例如：硼酐是唯一能用以制造有吸收慢中子的氧化物玻璃；氧化硼玻璃的转化温度比硅酸盐玻璃低得多；硼对中子射线的灵敏度高，硼酸盐玻璃作为原子反应堆的窗口对材料起屏蔽中子射线的作用。试比较硅酸盐玻璃与硅酸盐晶体结构上的异同。硅酸盐玻璃与硅酸盐晶体随O/Si比由2增加到4，从结构上均由三维网络骨架而变为孤岛状四面体。无论是结晶态还是玻璃态，四面体的硅离子都可以被半径相近的离子置换二不破坏骨架。除硅离子和氧离子以外的其他；离子相互位置也有一定的配位原则。成分复杂的硅酸盐玻璃在结构上与相应的硅酸盐晶体还是有显著的区别。首先，在晶体中，硅酸盐骨架一定的对称规律排列；在玻璃中则是无序的。其次，在晶体中，骨架外的M+或M2+金属阳离子占据了点阵的固定位置，在玻璃中，它们统计均匀地分布在骨架的空腔内，并起着平衡氧负电荷作用。第三，在晶体中，只有当骨架外阳离子半径相近时，才能发生同晶体置换，在玻璃中则不论半径如何，只要遵守静电电价规则，骨架外阳离子均能发生互相置换。第四，在晶体中（除固溶体外），氧化物之间有固定的化学计量；在玻璃中氧化物可以非化学计量的任意比例混合。13、什么是离子极化？离子极化对晶体结构产生什么影响？离子的极化是指离子在外电场作用下，改变其形状和大小的现象。影响：在离子晶体中，一般阴离子半径较大，易于变形而被极化，而极化能力较低。阳离子半径相对较小，当电价较高时其主极化作用大，而被极化程度较低。14、在Al2O3料浆中，在酸洗Al2O3粉时为使Al2O3粒子快速沉降而加入0.21％～0.23％阿拉伯树胶；而在注浆成型时又加入1.0％～1.5％阿拉伯树胶以增加料浆的流动性，为什么？在酸洗三氧化二铝时，为使三氧化二铝粒子快速沉降而加入0.21%-0.23%阿拉伯树胶，而在注浆成型时又加入1%-1.5%阿拉伯树胶以增加料浆的流动性。同一种物质，在不同量时却起相反的作用，这是阿拉伯树胶是高分子化合物。由于高分子树脂数量增多，它的线性分子层再水溶液中形成网络结构，使三氧化二铝胶粒表面形成一层有机亲水保护膜，三氧化二铝胶粒要碰撞聚沉就很困难，从而提高料浆的稳定性。15、试用实验方法鉴别晶体SiO2、SiO2玻璃、硅胶和SiO2熔体。它们的结构有什么不同？利用X—射线检测。晶体SiO2—质点在三维空间做有规律的排列，各向异性。SiO2熔体—内部结构为架状，近程有序，远程无序。SiO2玻璃—各向同性。硅胶—疏松多孔。16、试述石墨与金刚石的结构和性质及用途。石墨：结构:石墨结构表现为碳原子成层状排列。每一层碳原子成六方环状排列，每个碳原子与相邻的碳原子之间的距离相等。同层内的碳原子之间是共价键，而层之间的碳原子则以分子键相连。性质：石墨硬度低，易加工，熔点高，有润滑感，导电性能良好。用途：可用于制作高温干锅，发热体和电极，机械工业上可做润滑剂等。金刚石：结构：金刚石结构式立方面子心格子，碳原子位于立方面心的所有结点位置和交替分布在立方体内的四个小立方体的中心。每个碳原子周围都有四个碳，碳原子之间形成共价键。性质：金刚石是目前所知硬度最高的材料，极好的导热性，半导体性能用途:可作为高硬切