无机材料科学基础复习张其土

NJ University of Technology,无机材料科学基础复习,张其土,南京工业大学材料学院,主要参考书,无机材料科学基础,陆佩文主编，武汉工业大学出版社,无机材料科学基础,张其土主编，华东理工大学出版社,第一章、晶体结构基础,1、晶体的基本概念,晶体的本质：质点在三维空间成周期性重复排列,晶体的基本性质：结晶均一性、各向异性、自限性、对称性、,最小内能性,2、对称的概念,物体中的相同部分作有规律的重复,对称要素：对称面、对称中心、对称轴（对称轴的类型和特点）,（,L,1,、,L,2,、,L,3,、,L,4,、,L,6,、,C,、,P,）,4次倒转轴不能被其他的对称要素及其组合取代,对称操作:,对称要素的组合必须满足晶体的整体对称要求，不是无限的,3、对称型（点群）：宏观晶体中只存在,32,种对称型,对称型的概念,4、,晶体的分类,、,晶族分类的依据、各晶系的晶胞参数关系,5、,晶面的取向关系,、晶面指数的含义和计算（举例）,6、,空间点阵的概念、,14,种布拉维格子（,P,、,I,、,F,、,C,格子）,7、,晶胞的概念,、,晶胞参数（计算）,8、,微观对称要素的特征、空间群的概念（只存在,230,种空间群）,在微观对称操作中都包含有平移动作,9、球体紧密堆积原理 （六方密堆、立方密堆）,10、,鲍林规则（离子晶体）,11、决定晶体结构的因素：化学组成、质点相对大小、极化性质,12、同质多晶、类质同晶,13、典型的晶体结构（晶体结构的描述方法）,CaF,2,结构、金刚石结构、金红石结构、刚玉结构、,CaTiO,3,、尖晶石结构,14、,硅酸盐晶体结构、硅酸盐晶体结构分类的依据,15、,层状硅酸盐晶体的结构特点，（晶胞参数a和b值相近）,16、在面心立方和体心立方中，最密排的平面的晶面符号是什么？,（111）、（110）,17、一晶面在x、y、z轴上的截距分别为2a、3b、6c，求出该晶面的,晶面指数。（321）,18、为什么等轴晶系晶体有原始、面心、体心而无底心格子？,19、O2-作而心立方堆积时，根据电价规则，在下面情况下，空隙内,各需填入何种价数的阳离子，并对每一种结构举出个例子。,（a）所有四面体空隙位置均填满；(b) 所有八而体空隙位置均填满；,(c) 填满半四面体空隙位置；(d) 填满半八面休空隙位置。,第二章、晶体结构缺陷,1、缺陷的概念,2、热缺陷 （弗伦克尔缺陷、肖特基缺陷）,热缺陷是一种本征缺陷、高于0K就存在，热缺陷浓度的计算,影响热缺陷浓度的因数：温度和热缺陷形成能（晶体结构）,3、杂质缺陷、固溶体,4、非化学计量化合物结构缺陷（半导体）,种类、形成条件、缺陷的计算等,5、连续置换型固溶体的形成条件,6、影响形成间隙型固溶体的因素,7、组分缺陷（补偿缺陷）：不等价离子取代,形成条件、特点（浓度取决于掺杂量和固溶度）,缺陷浓度的计算、与热缺陷的比较,8、缺陷反应方程和固溶式,9、固溶体的研究与计算,写出缺陷反应方程,固溶式、算出晶胞的体积和重量,理论密度（间隙型、置换型） 和实测密度比较,10、位错概念,刃位错：滑移方向与位错线,垂直,，伯格斯矢量b与位错线,垂直,螺位错：滑移方向与位错线平行，伯格斯矢量b与位错线平行,11、,(a)MgO晶体中，肖脱基缺陷的生成能为6eV（9.6121019J）， 计算在25和1600时热缺陷的浓度。(b)如果MgO晶体中，含有百万分之一摩尔的A12O3杂质，则在1600时，MgO晶体中是热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势，说明原因。,12、,非化学计量化合物FexO中，Fe3+Fe2+=0.1，求FexO中的空位浓度及x值。,第三章、非晶体固体,1、熔体的概念：不同聚合程度的各种聚合物的混合物,硅酸盐熔体的粘度与组成的关系,2、非晶态物质的特点,3、玻璃的通性,4、,T,g,、T,f,相对应的粘度和特点,5、网络形成体、网络变性体、网络中间体,计算（如Pb玻璃中Pb,2,的作用）,正硅酸铅PbSiO,4,玻璃的密度为7.36g/cm,3,，求这种铅玻璃中氧的密度为多少？如果将它与熔融石英玻璃（密度为2.2g/cm,3,）中的氧密度相比较，试指出在这种铅玻璃中铅离子所在的位置。（其中原子量分别为O:16，Si:28，Pb:207）。,6、玻璃形成的热力学观点,7、玻璃的结构学说（,二种玻璃结构学说的共同之处和不同之处,）,8、玻璃的结构参数,Z可根据玻璃类型定，先计算R，再计算X、Y,注意网络中间体在其中的作用。,9、硼的反常现象,10、硅酸盐晶体与硅酸盐玻璃的区别,11、容易形成玻璃的物质，在熔点附近有较高的粘度、Tg/Tm2/3,12、,玻璃的组成为13wt%Na2O、13wt%CaO和74wt%SiO2，试计算其,非桥氧的百分数。,第四章、表面与界面,1、晶体的表面双电层与表面能的关系，,固体是如何降低其表面能的？,固体表面的双电层厚度主要取决于什么？,2、润湿的概念、定义,改善润湿的方法：去除表面吸附膜（提高固体表面能）、,改变表面粗糙度、降低固液界面能,3、表面粗糙度对润湿的影响,4、吸附膜对润湿的影响,5、弯曲表面的效应 (开尔文公式的应用),6、界面的分类与特点,7、决定晶界构型的因素 （界面能与晶界能的相互关系）,8、粘土荷电的原因、粘土与水的作用、电动电位,9、泥浆胶溶的原理与条件、粘土泥浆属于塑性流动,10、泥浆发生触变的原因,第五章、相平衡,1、相律以及相图中的一些基本概念,相、独立组分、自由度等,2、水型物质相图的特点（固液界线的斜率为负）,3、单元系统相图中可逆与不可逆多晶转变的特点,4、SiO2相图中的多晶转变（重建型转变、位移型转变）,5、一致熔化合物和不一致熔化合物的特点,6、形成连续固溶体的二元相图的特点（没有二元无变量点）,7、相图的坐标系统由什么来决定（相平衡系统中的最大自由度）,8、界线、连线的概念，以及他们的关系,9、等含量规则、等比例规则、背向规则、杠杆规则、,连线规则、切线规则、重心规则。,10、独立析晶（非平衡析晶）,11、三元相图析晶路径的分析,判断化合物的性质,划分副三角形,标出界线上的温度走向和界线的性质,确定无变量点的性质,分析具体的析晶路程,第六章、扩散与固相反应,1、固体中扩散的特点,2、菲克定律（宏观现象）,菲克第一定律：稳态扩散,菲克第二定律：不稳态扩散,3、扩散系数是一个什么样的参数,4、扩散推动力（化学位梯度）,5、扩散系数的一般热力学关系式,6、质点的扩散方式（五种、其中空位最常见，所需能量最小）,7、本征扩散、非本征扩散，及其相应的扩散系数D,产生本征扩散与非本征扩散的原因，分析、计算,8、萤石结构的ZrO,2,中Zr,4+,和O,2-,哪个扩散的活化能大？ Zr,4+,9、固相反应的定义、泰曼温度,10、固相反应的转化率,11、固相反应的一般动力学关系（反应的总阻力=各个分阻力之和）,12、固相反应的特点 （化学反应动力学范围、扩散动力学范围）,13、杨德尔方程 G0.3,14、金斯特林格方程 G0.8,15、,如果要合成MgAl2O4，可提供选择的原料为MgCO3、Mg(OH)2、,MgO、Al2O33H2O、-Al2O3、- Al2O3,从提高反应速率的角度,出发，选择什么原料较好？,16、,浓度差会引起扩散，扩散是否总是从高浓度处向低浓度处进行?,为什么?,第七章、相变,1、相变的概念（相的概念等）,2、相变的分类,3、一级相变、二级相变,4、固态相变,马氏体相变、有序无序相变,5、相变过程中的亚稳态,6、晶核的形成条件、临界晶核,r,k,。（要有T）,7、影响成核速率的因素：核坯的数目、质点加到核坯上的速率,Iv=PD,8、均匀成核、非均匀成核，选择成核剂的要求。,9、晶体生长速率,10、成核与晶体生长相比，需要更大的T,11、分相现象、分相的概念及判断,12、无扩散型相变的特点,由于存在均匀切变，使晶体发生外形变化,由于相变过程无扩散，新相与母相的化学成分相同,母相与新相之间具有一定的取向关系,相变速度极快,13、,试讨论非均匀成核的活化能与接触角的关系，并证明当接触角,为90度时，非均匀活化能的是均匀成核活化能的一半。,第八章、烧结,1、烧结的概念、定义,2、烧成与烧结、烧结与固相反应,3、烧结的推动力（过剩的表面能,G）,4、烧结的模型,（烧结初期的动力学关系、颈部增长率与烧结收缩率之间的关系）,5、固态烧结的类型、特点、公式（与时间、粒径的关系）、计算,蒸发-凝聚传质过程的特点（L/L=0）,6、液态烧结的类型、特点、公式（与时间、粒径的关系） 、计算,7、液相烧结与固相烧结的异同点,8、晶粒生长与,二次再结晶,的概念（烧结中后期）,9、晶粒生长的计算公式：D,2,-Do,2,=kt,10、晶粒生长与二次再结晶的区别,11、造成二次再结晶的原因以及防止方法,12、在有杂质（或烧结添加剂存在下）的晶粒生长：G,3,-Go,3,=kt,13、约束晶粒生长的因素、烧结过程中晶界移动的情况（三种）,14、,下列过程中哪一个能使烧结体强度增大，而不产生坯体宏观上的,收缩? 试说明之。,(a)蒸发-冷凝； (b)体积扩散； (c)粘性流动； (d)溶解-沉淀,15、,有一个平均粒径为5m的粉末压块，若烧结2小时，颈部增长,x/r=0.1,若不考虑晶粒生长等，试问若分别通过体积扩散传质和粘,性流动传质，烧结至颈部增长 x/r=0.2各需要多少时间？,16、某一粉末压块,其粉末平均粒径为2m，烧结至最高温度保温0.5小,时，测得晶粒尺寸为10m，试问若保温2小时，晶粒尺寸多大？为,抑制晶粒生长加入0.1%晶粒生长抑制剂，若也保温2小时，晶粒尺,寸有多大？,