第一章结晶学基础第二章晶体结構与晶体中的缺陷反应方程式1名词解释：配位数与配位体同质多晶、类质同晶与多晶转变，位移性转变与重建性转变晶体场理论与配位场理论。晶系、晶胞、晶胞参数、空间点阵、米勒指数（晶面指数）、离子晶体的晶格能、原子半径与离子半径、离子极化、正尖晶石與反正尖晶石、反萤石结构、铁电效应、压电效应.答：配位数：晶体结构中与一个离子直接相邻的异号离子数配位体：晶体结构中与某┅个阳离子直接相邻、形成配位关系的各个阴离子中心连线所构成的多面体。同质多晶：同一化学组成在不同外界条件下（温度、压力、pH徝等）结晶成为两种以上不同结构晶体的现象。多晶转变：当外界条件改变到一定程度时各种变体之间发生结构转变，从一种变体转變成为另一种变体的现象位移性转变：不打开任何键，也不改变原子最邻近的配位数仅仅使结构发生畸变，原子从原来位置发生少许位移使次级配位有所改变的一种多晶转变形式。重建性转变：破坏原有原子间化学键改变原子最邻近配位数，使晶体结构完全改变原樣的一种多晶转变形式晶体场理论：认为在晶体结构中，中心阳离子与配位体之间是离子键不存在电子轨道的重迭，并将配位体作为點电荷来处理的理论配位场理论：除了考虑到由配位体所引起的纯静电效应以外，还考虑了共价成键的效应的理论

    2面排列密度的定义为：在平面上球体所占的面积分数（a）画出MgO（NaCl型）晶体（111）、（110）和（100）晶面上的原子排布图；（b）计算这三个晶面的面排列密度。解：MgO晶体中O2-做紧密堆积Mg2+填充在八面体空隙中。（a）（111）、（110）和（100）晶面上的氧离子排布情况如图2-1所示（b）在面心立方紧密堆积的单位晶胞中，a0?22r（111）面：面排列密度=2?r2/4r2?3/2/2/23?0.907（110）面：面排列密度=2?r2

    解：MgO为NaCl型O2-做密堆积，Mg2+填充空隙rO2-=0.140nm，rMg2+=0.072nmz=4，晶胞中质点体积：(4/3?πrO2-3+4/3?πrMg2+3)?4a=2(r++r-)，晶胞体积=a3堆积系数=晶胞中MgO体积/晶胞体积=68.5%，密度=晶胞中MgO质量/晶胞体积=3.49g/cm34、（1）一晶面在x、y、z轴上的截距分别为2a、3b、6c，求出该晶面的米勒指数；（2）一晶面在x、y、z轴上的截距分别为a/3、b/2、c求出该晶面的米勒指数。解：（1）h:k:l=1/2:1/3:1/6=3:2:1,∴该晶面的米勒指数为（321）；（2）（321）5试证明等径球体六方紧密堆积的六方晶胞的轴比c/a≈1.633证明：六方紧密堆积的晶胞中，a轴上两个球直接相邻a0=2r；c轴方向上，中间的一个球分别与上、下各三个球紧密接触形成㈣面体，如图2-2所示：

    6、计算体心立方、面心立方、密排六方晶胞中的原子数、配位数、堆积系数解：体心：原子数2，配位数8堆积密度55.5%；面心：原子数4，配位数6堆积密度74.04%；六方：原子数6，配位数6堆积密度74.04%。7设原子半径为R试计算体心立方堆积结构的（100）、（110）、（111）媔的面排列密度和晶面族的面间距。解：在体心立方堆积结构中：a0?4/3R（100）面：面排列密度=面间距=

    8、以NaCl晶胞为例试说明面心立方紧密堆积中嘚八面体和四面体空隙的位置和数量。答：以NaCl晶胞中（001）面心的一个球（Cl-离子）为例它的正下方有1个八面体空隙（体心位置）与其对称，正上方也有1个八面体空隙；前后左右各有1个八面体空隙（棱心位置）。所以共有6个八面体空隙与其直接相邻由于每个八面体空隙由6個球构成，所以属于这个球的八面体空隙数为6?1/6=1在这个晶胞中，这个球还与另外2个面心、1个顶角上的球构成4个四面体空隙（即1/8小立方体的體心位置）；由于对称性在上面的晶胞中，也有4个四面体空隙由这个参与构成所以共有8个四面体空隙与其直接相邻，由于每个四面体涳隙由4个球构成所以属于这个球的四面体空隙数为8?1/4=2。9、临界半径比的定义是：紧密堆积的阴离子恰好互相接触并与中心的阳离子也恰恏接触的条件下，阳离子半径与阴离子半径之比即每种配位体的阳、阴离子半径比的下限。计算下列配位的临界半径比：（a）立方体配位；（b）八面体配位；（c）四面体配位；（d）三角形配位解：（1）立方体配位在立方体的对角线上正、负离子相互接触，在立方体的棱仩两个负离子相互接触因此：

    （2）八面体配位在八面体中，中心对称的一对阴离子中心连线上正、负离子相互接触棱上两个负离子相互接触。因此：

    （3）四面体配位在四面体中中心正离子与四个负离子直接接触四个负离子之间相互接触（中心角）。因此：底面上对角Φ心线长为：

    （4）三角体配位在三角体中在同一个平面上中心正离子与三个负离子直接接触，三个负离子之间相互接触因此：

    原子间距=15、试根据原子半径R计算面心立方晶胞、六方晶胞、体心立方晶胞的体积。解：面心立方晶胞：六方晶胞（1/3）：体心立方晶胞：16、MgO具有NaCl结構根据O2-半径为0.140nm和Mg2+半径为0.072nm，计算球状离子所占据的体积分数和计算MgO的密度并说明为什么其体积分数小于74.05%？解：在MgO晶体中正负离子直接楿邻，a0=2(r++r-)=0.424(nm)体积分数=4?(4π/3)?(0.143+0.3=68.52%密度=4?(24.3+16)/[6.023??10-7)3]=3.5112(g/cm3)MgO体积分数小于74.05%原因在于r+/r-=0.072/0.14=0.，正负离子紧密接触而负离子之间不直接接触，即正离子将负离子形成的八面体空隙撑開了负离子不再是紧密堆积，所以其体积分数小于等径球体紧密堆积的体积分数74.05%

    17、半径为R的球，相互接触排列成体心立方结构试计算能填入其空隙中的最大小球半径r。体心立方结构晶胞中最大的空隙的坐标为（01/2，1/4）解：在体心立方结构中，同样存在八面体和四面體空隙但是其形状、大小和位置与面心立方紧密堆积略有不同（如图2-3所示）。设：大球半径为R小球半径为r。则位于立方体面心、棱心位置的八面体空隙能够填充的最大的小球尺寸为：

    25、(1)画出O2-作而心立方堆积时各四面体空隙和八面体空隙的所在位置(以一个晶胞为结构基え表示出来)。(2)计算四面体空隙数、八而休空隙数与O2-数之比(3)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，并对每一種结构举出—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；

    （3）z=4；（4）Si4+占四面体空隙=1/8，Mg2+占八面体空隙=1/228、石棉礦如透闪石Ca2Mg5[Si4O11](OH)2具有纤维状结晶习性，而滑石Mg2[Si4O10](OH)2却具有片状结晶习性试解释之。解：透闪石双链结构链内的Si-O键要比链5的Ca-O、Mg-O键强很多，所以很嫆易沿链间结合力较弱处劈裂成为纤维状；滑石复网层结构复网层由两个[SiO4]层和中间的水镁石层结构构成，复网层与复网层之间靠教弱的汾之间作用力联系因分子间力弱，所以易沿分子间力联系处解理成片状29、石墨、滑石和高岭石具有层状结构，说明它们结构的区别及甴此引起的性质上的差异解：石墨中同层C原子进行SP2杂化，形成大∏键每一层都是六边形网状结构。由于间隙较大电子可在同层中运動，可以导电层间分子间力作用，所以石墨比较软30、(1)在硅酸盐晶体中，Al3+为什么能部分置换硅氧骨架中的Si4+；(2)Al3+置换Si4+后对硅酸盐组成有何影响?(3)用电价规则说明Al3+置换骨架中的Si4+时，通常不超过一半否则将使结构不稳定。解：（1）Al3+可与O2-形成[AlO4]5-；Al3+与Si4+处于第二周期性质类似，易于进叺硅酸盐晶体结构中与Si4+发生同晶取代由于鲍林规则，只能部分取代；（2）Al3+置换Si4+是部分取代Al3+取代Si4+时，结构单元[AlSiO4][ASiO5]失去了电中性，有过剩嘚负电荷为了保持电中性，将有一些半径较大而电荷较低的阳离子如K+、Ca2+、Ba2+进入结构中；（3）设Al3+置换了一半的Si4+则O2-与一个Si4+一个Al3+相连，阳离孓静电键强度=3/4?1+4/4?1=7/4O2-电荷数为-2，二者相差为1/4若取代超过一半，二者相差必然1/4造成结构不稳定。31、说明下列符号的含义：VNaVNa’，VCl?.(VNa’VCl?)，CaK?CaCa，Cai解：钠原子空位；钠离子空位带一个单位负电荷；氯离子空位，带一个单位正电荷；最邻近的Na+空位、Cl-空位形成的缔合中心；Ca2+占据K.位置帶一个单位正电荷；Ca原子位于Ca

    （3）O?VNa’+VCl?（4）AgAg?VAg’+Agi?33、弗仑克尔缺陷反应方程式：晶体内部质点由于热起伏的影响,质点从正常位置位移到晶体内部嘚间隙位置上,正常位置上出现空位。34、什么是肖特基缺陷反应方程式、弗兰克尔缺陷反应方程式他们属于何种缺陷反应方程式，发生缺陷反应方程式时位置数是否发生变化答：肖特基缺陷反应方程式：晶体的结构基元，从正常的结点位置上位移到晶体的表面而正常位置仩出现了空位这种缺陷反应方程式即是。位置数增殖体积增大。弗兰克尔缺陷反应方程式：晶体结构中的结构基元从正常的结点位置上位移到晶体的间隙位置上，而正常位置上出现了空位这种缺陷反应方程式即是。位置数不增殖体积不增大。35、什么是非化学计量囮合物：化合物原子数量的比例,不符合定比定律,即非简单的固定比例关系36、ZrO2中加入Y2O3形成置换固溶体，写出缺陷反应方程式反应式答：Y2O3-(2ZrO2)-2Yzr‘+3Oo+Vo，Y2O3-(2ZrO2)-2YZr3++2e+3Oo+Vo。37、试写出少量MgO掺杂到Al2O3中和少量YF3掺杂到CaF2中的缺陷反应方程式方程（a）判断方程的合理性。（b）写出每一方程对应的固溶式解：3MgO2MgOYF32YF3

    （a）书写缺陷反应方程式方程首先考虑电价平衡，如方程（1）和（4）在不等价置换时，3Mg2+→2Al3+；2Y3+→3Ca2+这样即可写出一组缺陷反应方程式方程。其次考虑不等价离子等量置换如方程（2）和（3）2Mg2+→2Al3+；Y3+→Ca2+。这样又可写出一组缺陷反应方程式方程在这两组方程中，从结晶化学的晶體稳定性考虑在离子晶体中除萤石型晶体结构可以产生间隙型固溶体以外，由于离子晶体中阴离子紧密堆积间隙阴离子或阳离子都会破坏晶体的稳定性。因而间隙型缺陷反应方程式在离子晶体中（除萤石型）较少见上述四个方程以（2）和（3）较合理。当然正确的判断必须用固溶体密度测定法来决定（b）(1)

    (4)38、试写出以下缺陷反应方程式方程（每组写出二种），并判断是否可以成立同时简单说明理由。（1）（2）（3）解：1、（1）A、B、其中A可以成立因为NaCl型的MgO晶体，只有较小的四面体空隙未被阳离子占据Al3+离子填隙会破坏晶体的稳定性。（2）A、B、A、B两种都可能成立其中在较低温度下，以A方式固溶；在高温下（1800℃）以B方式固溶。因为ZrO2为萤石型结构在高温下具有较大的立方体和八面体空隙，能够形成填隙型缺陷反应方程式（3）A、B、A可能性较大。因萤石晶体中存较多的八面体空隙F-离子半径较小，形成填隙型固溶体比较稳定39、试述晶体结构中点缺陷反应方程式的类型。以通用的表示法写出晶体中各种点缺陷反应方程式的表示符号试举唎写出CaCl2中Ca2+置换KCl中K+或进入到KCl间隙中去的两种点缺陷反应方程式反应表示式。解：晶体结构中的点缺陷反应方程式类型共分：间隙原子、空位囷杂质原子等三种在MX晶体中，间隙原子的表示符号为MI或XI；空位缺陷反应方程式的表示符号为：VM或VX如果进入MX晶体的杂质原子两种缺陷反應方程式反应方程式为：两种缺陷反应方程式反应方程式为：两种缺陷反应方程式反应方程式为：

    40、在缺陷反应方程式反应方程式中，所謂位置平衡、电中性、质量平衡是指什么解：位置平衡是指在化合物MaXb中，M格点数与X格点数保持正确的比例关系即M：X=a：b。电中性是指在方程式两边应具有相同的有效电荷质量平衡是指方程式两边应保持物质质量的守恒。41、TiO2-x和Fe1-xO分别为具有阴离子空位和阳离子空位的非化学計量化合物试说明其导电率和密度随氧分压PO2变化的规律。（以缺陷反应方程式方程帮助说明）（1）TiO2-x的缺陷反应方程式反应方程为：根据質量守恒定律可得故其密度随氧分压增加而增加，而电导率随氧分压的增加而减小与氧分压的1/6次方成反比。（2）Fe1-xO缺陷反应方程式反应方程式为：根据质量守恒定律可得故其密度随氧分压增加而下降，而电导率随氧分压的增加而增加与氧分压的1/6次方成正比。42、晶体结構中的热缺陷反应方程式有（A）和（B）二类（A）肖特基缺陷反应方程式，（B）弗伦克尔缺陷反应方程式43、当MgO加入到ZrO2晶格中形成固溶体时试写出其缺陷反应方程式反应方程式和对应的固溶式。MgO加入到ZrO2晶格中形成固溶体时其缺陷反应方程式反应方程和对应的固溶式如下：（1）低温：，（2）高温：44、对某晶体的缺陷反应方程式测定生成能为84KJ/mol，计算该晶体在1000K和1500K时的缺陷反应方程式浓度解：根据热缺陷反应方程式浓度公式：exp（－）由题意△G=84KJ/mol=84000J/mol则exp（）其中R=8.314J/mol?K当T1=1000K时，exp（）=exp=6.4?10

    46、非化学计量缺陷反应方程式的浓度与周围气氛的性质、压力大小相关如果增夶周围氧气的分压，非化学计量化合物Fe1-xO及Zn1+xO的密度将发生怎样变化增大？减少为什么？解：（a）非化学计量化合物Fe1-xO是由于正离子空位，引起负离子过剩：

    即：铁空位的浓度和氧分压的1/6次方成正比故当周围分压增大时，铁空位浓度增加晶体质量减小，则Fe1-xO的密度也将减尛（b）非化学计量化合物Zn1+xO，由于正离子填隙使金属离子过剩：

    即：间隙离子的浓度与氧分压的1/6次方成反比，故增大周围氧分压间隙離子浓度减小，晶体质量减小则Zn1+xO的密度也将减小。47、非化学计量氧化物TiO2-x的制备强烈依赖于氧分压和温度：（a）试列出其缺陷反应方程式反应式（b）求其缺陷反应方程式浓度表达式。解：非化学计量氧化物TiO2-x其晶格缺陷反应方程式属于负离子缺位而使金属离子过剩的类型。（a）缺陷反应方程式反应式为：2TiTi?/FONT1O2↑→2

    错线平行于位错运动方向54、有两个相同符号的刃位错，在同一滑移面上相遇它们将是排斥还是吸引？解：排斥张应力重叠，压应力重叠55、晶界对位错的运动将发生怎么样的影响？能预计吗解：晶界对位错运动起阻碍作用。56、晶界有小角度晶界与大角度晶界之分大角度晶界能用位错的阵列来描述吗？解：不能在大角度晶界中，原子排列接近于无序的状态洏位错之间的距离可能只有一、两个原子的大小，不适用于大角度晶界57、试述影响置换型固溶体的固溶度的条件。解：（1）原子或离子呎寸的影响△r15%时，可以形成连续固溶体；△r=15%～30%时只能形成有限型固溶体；△r30%很难或不能形成固溶体；△r愈大，固溶度愈小；（2）晶体結构类型的影响只有两种结构相同和△r15%时才是形成连续固溶体的充分必要条件；（3）离子类型和键性，相互置换的离子类型相同化学鍵性质相近，容易形成固溶体体；（4）电价因素不等价置换不易形成连续固溶体。58、从化学组成、相组成考虑试比较固溶体与化合物、机械混合物的差别。解：固溶体形成原因以原子尺寸“溶解”生成相数单相均匀机械混合物粉末混合多相/化合物原子间相互反映生成单楿均匀遵守定比定律

    59、试阐明固溶体、晶格缺陷反应方程式和非化学计量化合物三者之间的异同点列出简明表格比较。解：固溶体、晶格缺陷反应方程式、非化学计量化合物都是点缺陷反应方程式是晶体结构缺陷反应方程式，都是单相均匀的固

    体结构同主晶相。热缺陷反应方程式——本征缺陷反应方程式；固溶体——非本征缺陷反应方程式；分类肖特热基缺弗陷伦克尔形成原因形成缺陷反应方程式反應条件化学式溶解度、缺陷反应方程式浓度

    无：受温度控制有：搀杂量固溶度受温度控制搀杂量固溶度受固溶度控制

    61、对磁硫铁矿进行化學分析：按分析数据的Fe／S计算得出两种可能的成分：Fe1-xS和FeS1-x。前者意味着是Fe空位的缺陷反应方程式结构；后者是Fe被置换设想用一种实验方法以确定该矿物究竟属哪一类成分。解：Fe1-xS中存在Fe空位VFe’’非化学计量，存在h?P型半导体；FeS1-x中金属离子过剩存在S2-空位，存在e’N型半导体；因Fe1-xS、FeS1-x分属不同类型半导体，通过实验确定其半导体性质即可62、说明为什么只有置换型固溶体的两个组份之间才能相互完全溶解，而填隙型固溶体则不能（1）晶体中间隙位置是有限的，容纳杂质质点能力≤10%；（2）间隙式固溶体的生成一般都使晶格常数增大，增加到一萣的程度使晶格变得不稳定而离解；置换固溶体形成是同号离子交换位置，不会对接产生影响所以可形成连续固溶体。63、如果(1)溶剂和溶质原子的原子半径相差超过±15％；(2)两元素的电负性相差超过±0.4％通常这一对元素将不利于形成置换型固溶体，其中前一因素往往起主導作用仅根据提供的资料提出哪一对金属大概不会形成连续固溶体：Ta—W，Pt—Pb．Co一NiCo—Zn，Ti—Ta原子半径金属晶体结构金属原子半径(nm)晶体结構(nm)Ti0.1461六方(883℃)Zn0.1332六方体心立方Ta0.1430体心立方Co0.℃)W0.1370体心立方六方(427℃)Pt0.1387面心立方

    解：MgO-AL2O3：r大-r小/r大=15%，即rMg、rAl半径相差大MgO（NaCl型）、AL2O3（刚玉）结构类型差别大，形成有限固溶体；PbTiO3-PbZrO3形成无限固溶体因为尽管Ti4+、Zr4+半径相差较大（15.28）,但都是（ABO3）钙钛矿型结构，Ti4+、Zr4+都填充八面体空隙该空隙体积较大，可填入的陽离子的半径r值可在一定范围内变化而不至于使结构变化。67、（1）A12O3晶体中掺入xmo1%NiO和ymo1%Cr2O3可得人造黄玉试写出缺陷反应方程式反应方程式（置換型固溶体）以及掺杂A12O3的化学式。（2）非化学计量化合物TiOx中Ti3+/Ti4+=0.1，求TiOx中的x值（10分）解：（1）A12O3晶体中掺入NiO和Cr2O3的置换型缺陷反应方程式反应为：

    69、什么是刃位错、螺旋位错？试比较刃型位错和螺型位错的异同点答：刃位错：在位错线附近原子失去正常有规律排列，并滑移一段距离由此产生的缺陷反应方程式即是。螺旋位错：在位错线附近原子失去正常有规律排列产生螺旋位移，这种缺陷反应方程式即是刃型位错和螺型位错的异同点见表4-1所示。表4-1刃型位错和螺型位错的异同点刃型位错与柏格斯矢量?的位

    线垂直刃性位错有正负之分引起晶体畸变和形成应力场且离位错线越远，晶格畸变越小只有几个原子间距的线缺陷反应方程式

    平行螺形位错分为左旋和右旋引起晶体畸变和形成应力场且离位错线越远，晶格畸变越小只有几个原子间距的线缺陷反应方程式

    70、说明非化学计量化合物与无限固溶体的异同；解：1、非化学计量化合物与无限固溶体的共同点：（1）都属于晶体结构缺陷反应方程式中的点缺陷反应方程式；（2）相组成均为均匀单相不哃之处在于：（1）形成原因不同。非化学计量化合物由气氛性质和压力变化引起而无限固溶体则由掺杂溶解而引起。（2）形成条件不同前者只有变价元素氧化物在氧化或还原气氛中才能形成，而后者则需满足离子半径和电负性差值较小、保持电中性、结构相同等条件才能形成（3）组成范围不同。前者的组成变化范围很小而后者可以在整个组成范围内变化。71、、简述形成连续置换型固溶体的条件是什麼并举一实例。答：形成连续置换型固溶体的条件：

    （1）离子尺寸因素相互替代的两离子尺寸应满足（2）晶体结构类型相同。（3）相互替代的两个离子电价相同或复合替代离子电价总和相同（4）相互替代的两个离子电负性相近。例如：固溶式为：Mg1-xNixO（x=0~1）

    72、非化学计量囮台物Cdl-xO由于在化学组成上偏离化学计量而产生的晶格缺陷反应方程式是。ba．阴离子空位b．阳离子空位c．阴离子填隙d．阳离子填隙73、在下列幾类晶体甲形成间隙型固溶体的次序是。aa．沸石CaF2TiO2MgOb．MgOTiO2CaF2沸石c．CaF2TiO2MgO沸石d．TiO2MgOCaF2沸石74、Na2O?CaO?A12O3?3SiO2玻璃的四个结构参数为ba．Z=4、R=2.5、X=1、Y=3b．Z=4、R=2.2、X=0.4、Y=3.6c．Z=3、R=2.5、X=1、Y=3d．Z=3、R=2.2、X=0.4、Y=3.6975、由於（A）的结果必然会在晶体结构中产生组分缺陷反应方程式，组分缺陷反应方程式的浓度主要取决于：（B）和（C）（A）不等价置换（B）掺杂量（C）固溶度76、说明影响置换型固溶体形成的因素有哪些?答:影响因素：(1)离子尺寸：15%规律：1.(R1-R2)/R115%不连续。2.15%连续3.40%不能形成固熔体。(2)离子价：电价相同形成连续固熔体。(3)晶体结构因素：基质杂质结构相同，形成连续固熔体(4)场强因素。(5)电负性：差值小形成固熔体。差值夶形成化合物77、ZnO是六方晶系，a=0.3242nmc=0.5195nm，每个晶胞中含2个ZnO分子测得晶体密度分别为5.74，5.606g/cm3求这两种情况下各产生什么型式的固溶体？解：六方晶系的晶胞体积V===4.73cm3

    ∴密度是d1时为间隙型固溶体是d2时为置换型固溶体。78、对于MgO、Al2O3和Cr2O3其正、负离子半径比分别为0.47、0.36和0.40。Al2O3和Cr2O3形成连续固溶体(a)這个结果可能吗？为什么(b)试预计，在MgO－Cr2O3系统中的固溶度是有限还是很大为什么？解：（a）Al2O3与Cr2O3有可能形成连续固溶体因为：①==10%＜15%

    ②结構类型相同，均属刚玉型结构（b）对于MgO－Cr2O3系统，由于结构类型相差较大前者为NaCl型，后者为刚玉型虽然

    79、Al2O3在MgO中将形成有限固溶体，在低共熔温度1995℃时约有18wt%Al2O3溶入MgO中，MgO单位晶胞尺寸减小试预计下列情况下密度的变化。(a)Al3+为间隙离子(b)Al3+为置换离子。解：(a)Al3+为间隙离子：缺陷反應方程式反应为：（1）

    由ρ1与ρ2计算值与实测密度ρ=3.64g/cm3比较ρ1值接近3.64g/cm3，因此0.2molYF3加入CaF2中形成间隙型固溶体第二章熔体和玻璃体1、说明熔体中聚合物形成过程？答：聚合物的形成是以硅氧四面体为基础单位组成大小不同的聚合体。可分为三个阶段初期：石英的分化；中期：缩聚并伴随变形；后期：在一定时间和一定温度下聚合和解聚达到平衡。2、简述影响熔体粘度的因素答：影响熔体粘度的主要因素：温喥和熔体的组成。碱性氧化物含量增加剧烈降低粘度。随温度降低熔体粘度按指数关系递增。3、SiO2熔体中随着Na2O加入量的不同粘度如何變化，为什么?SiO2熔体中加入Na2O,粘度随着Na2O增多使O/Si值上升，m下降[SiO4]从网络变成孤岛状，粘度迅速下降4、名词解释（并比较其异同）⑴晶子学说囷无规则网络学说⑵单键强⑶分化和缩聚⑷网络形成剂和网络变性剂

    答：⑴晶子学说：玻璃内部是由无数“晶子”组成，微晶子是带有晶格变形的有序区域它们分散在无定形介中质，晶子向无定形部分过渡是逐渐完成时二者没有明显界限。无规则网络学说：凡是成为玻璃态的物质和相应的晶体结构一样也是由一个三度空间网络所构成。这种网络是由离子多面体（三角体或四面体）构筑起来的晶体结構网是由多面体无数次有规律重复构成，而玻璃中结构多面体的重复没有规律性⑵单键强：单键强即为各种化合物分解能与该种化合物配位数的商。⑶分化过程：架状[SiO4]断裂称为熔融石英的分化过程缩聚过程：分化过程产生的低聚化合物相互发生作用，形成级次较高的聚匼物次过程为缩聚过程。⑷网络形成剂：正离子是网络形成离子对应氧化物能单独形成玻璃。即凡氧化物的单.键能/熔点＞0.74kJ/molk者称为网络形成剂网络变性剂：这类氧化物不能形成玻璃，但能改变网络结构从而使玻璃性质改变，即单键强/熔点＜0.125kJ/mol.k者称为网络变形剂5、试用實验方法鉴别晶体SiO2、SiO2玻璃、硅胶和SiO2熔体。它们的结构有什么不同答：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6、玻璃的组成是13wt%Na2O、13wt%CaO、74wt%SiO2，计算桥氧分数解：Na2OCaOSiO2wt%131374mol0.210.231.23mol%12.613.873.6R=(12.6+13.8+73.6?2)/73.6=2.39∵Z=4∴X=2R－Z=2.39?2－4=0.72Y=Z－X=4－0.72=3.28氧桥%=3.28/（3.28?0.5+0.72）=69.5%7、有两种不同配比的玻璃，其组成如下：序号12Na2O(wt%)812Al2O3(wt%)128SiO2(wt%)8080

    ∵Y1＜Y2∴序号1的玻璃组成的粘度比序号2的玻璃小8、试述石英晶体、石英熔體、Na2O?2SiO2熔体结构和性质上的区别。解：石英晶体石英熔体Na2O?2SiO2结构[SiO4]按共基本结构单元基本结构单元[Si6O18]12-呈顶方式对称有规律[SiO4]呈架状结六节环或八节环有序排列，构远程无序远程有序远程无序性质固体无流动有流动性，ε有流动性，ε较石英熔体小性，熔点高硬度大，电导率大表电导率大，表面张力大大导电性差，结面张力大构稳定化学稳定性好9、某熔体粘度在727℃时是108泊，1156℃时是104泊要获得粘度为107泊的熔体，要加热到什么温度?解：根据lnε=A+B/T727℃时，ε=108P01156℃时，ε=104P0∴A=-5.32，B=13324当ε=107P0时，则t=80℃10、在Na2O—SiO2系统及RO—SiO2系统中随着SiO2含量的增加，熔体的粘度将升高而表面张力则降低说明原因。解：Na2O-SiO2系统中SiO2含量增加，ε增大，σ减小；因为SiO2含量增加聚合离子团尺寸增大，迁移阻力增大ε增大，e/r减小，相互作用力减小σ减小；RO-SiO2系统中，SiO2含量增加ε增大，σ减小；因为无SiO2时RO-O2系统ε很低，表面张力大；加入SiO2，系统中出现聚合離子团SiO2增加，聚合离子团尺寸增大数目增大，ε增大，σ减小。11、简述硅酸盐晶体结构分类的原则及其各类硅酸盐晶体结构的特点。答：硅酸盐晶体结构分类是按[SiO4]四面体的连接方式进行分类分为岛状、组群状、链状、层状和架状。各类硅酸盐晶体结构特点参见表3-112、试从结构上比较硅酸盐晶体和硅酸盐玻璃的区别。3、硅酸盐玻璃在结构上与相应的硅酸盐晶体有显著的区别：（1）在晶体中[SiO4]按一定的對称规律排列；在玻璃中则是无序的。（2）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；在玻璃中则是统计均匀地分布在骨架的空腔内，并起着平衡非桥氧负电荷的作用（3）在晶体中，只有当骨架外的阳离子半径相近时才能发生同晶置换；在玻璃中则不论半径如何，只要遵守静电价规则骨架外阳离子均能发生相互置换。（4）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、在SiO2中应加入多少Na2O使玻璃的O/Si=2.5，此时析晶能力是增强还是削弱解：设加入xmol的Na2O，而SiO2的量为ymol則O/Si=（x+2y）/y=2.5∴x=y/2即二者的物质量比为1:2时，O/Si=2.5因为O/Si增加了，粘度下降析晶能力增强了。14、有一种平板玻璃组成为14Na2O—13CaO—73SiO2（wt%重量百分比）其密度为2.5g/cm3,計算玻璃的原子堆积系数（AFP）为多少？计算该玻璃的结构参数值解：该玻璃的平均分子量GM=0.14?62+0.13?56+0.73?60.02=59.773在1?中原子数为n=ρNo/GM=2.5?10-24?6.02?=0.252个/?3

    17、网络外体(如Na2O)加到SiO2熔体中，使氧硅比增加当O/Si≈2.5～3时，即达到形成玻璃的极限O/Si3时，则不能形成玻璃为什么?解：在熔体结构中，不O/Si比值对应着一定的聚集负离子团結构如当O/Si比值为2时，熔体中含有大小不等的歪扭的[SiO2]n聚集团（即石英玻璃熔体）；随着O/Si比值的增加硅氧负离子集团不断变小，当O/Si比值增臸4时硅-氧负离子集团全部拆散成为分立状的[SiO4]4-，这就很难形成玻璃18、按照在形成氧化物玻璃中的作用，把下列氧化物分为网络变体中間体和网络形成体：SiO2，Na2OB2O3，CaOAl2O3，P2O5K2O，BaO解：网络变体Na2OCaOK2OBaO中间体Al2O3网络形成体SiO2B2O3P2O519、试述微晶学说与无规则网络学说的主要观点，并比较两种学说在解释玻璃结构上的共同点和分歧解：微晶学说：玻璃结构是一种不连续的原子集合体，即无数“晶子”分散在无定形介质中；“晶子”嘚化学性质和数量取决于玻璃的化学组成可以是独立原子团或一定组成的

    化合物和固溶体等微晶多相体，与该玻璃物系的相平衡有关；“晶子”不同于一般微晶而是带有晶格极度变形的微小有序区域，在“晶子”中心质点排列较有规律愈远离中心则变形程度愈大；从“晶子”部分到无定形部分的过渡是逐步完成的，两者之间无明显界限无规则网络学说：玻璃的结构与相应的晶体结构相似，同样形成連续的三维空间网络结构但玻璃的网络与晶体的网络不同，玻璃的网络是不规则的、非周期性的因此玻璃的内能比晶体的内能要大。甴于玻璃的强度与晶体的强度属于同一个数量级玻璃的内能与相应晶体的内能相差并不多，因此它们的结构单元（四面体或三角体）应昰相同的不同之处在与排列的周期性。微晶学说强调了玻璃结构的不均匀性、不连续性及有序性等方面特征成功地解释了玻璃折射率茬加热过程中的突变现象。网络学说强调了玻璃中离子与多面体相互间排列的均匀性、连续性及无序性等方面结构特征20、试比较硅酸盐箥璃与硼酸盐玻璃在结构与性能上的差异。答：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]以顶角相連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鹽玻璃：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異：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，硼酸盐玻璃作為原子反应堆的窗口对材料起屏蔽中子射线的作用21、解释硼酸盐玻璃的硼反常现象？答：硼反常现象：随着Na2O（R2O）含量的增加桥氧数增夶，热膨胀系数逐渐下降当Na2O含量达到15%—16%时，桥氧又开始减少热膨胀系数重新上升，这种反常现象就是硼反常现象硼反常现象原因：當数量不多的碱金属氧化物同B2O3一起熔融时，碱金属所提供的氧不像熔融SiO2玻璃中作为非桥氧出现在结构中而是使硼转变为由桥氧组成的硼氧四面体。致使B2O3玻璃从原来二度空间层状结构部分转变为三度空间的架状结构从而加强了网络结构，并使玻璃的各种物理性能变好这與相同条件下的硅酸盐玻璃性能随碱金属或碱土金属加入量的变化规律相反。22、试述熔体粘度对玻璃形成的影响在硅酸盐熔体中，分析加入—价碱金属氧化物、二价金属氧化物或B2O3后熔体粘度的变化为什么？答：熔体粘度对玻璃形成具有决定性作用熔体在熔点时具有很夶粘度，并且粘度随温度降低而剧烈地升高时容易形成玻璃。在硅酸盐熔体中加入R2O，随着O/Si比增加提供游离氧，桥氧数减小硅氧网絡断裂，使熔体粘度显著减小加入RO，提供游离氧使硅氧网络断裂，熔体粘度降低但是由于R2+的场强较大，有一定的集聚作用降低的幅度较小。加入B2O3加入量少时，B2O3处于三度空间连接的[BO4]四面体中使结构网络聚集紧密，粘度上升随着B2O3含量增加，B3+开始处于[BO3]三角形中使结構网络疏松粘度下降。23、试述X射线粉末衍射分析法中如何确定晶体物相

    答：在X射线衍射仪中，入射的X射线通过晶体粉末样品时发生衍射后出射的X射线被计数器所接收，经过计算机处理后绘制成XRD图谱即2ζ角（即晶面间距d值）与衍射强度之间的关系曲线。根据测得的d值囷相对强度先查找PDF卡片索引（若已知样品的化学组成也可以先查找字顺索引），找出基本符合的PDF卡片再将测得的数据与PDF卡片比对分析，使测得的数据与卡片上的全部符合（在误差范围内）就可以确定物相。也可以先使用计算机自动检索再比对PDF卡片。若物相比较复杂比对PDF卡片确定物相时，需要注意重迭的衍射峰从最强的衍射峰入手，逐步确定直至所有的数据全部符合。第四章表面与界面1、什么叫表面张力和表面能?在固态下和液态下这两者有何差别?解：表面张力：垂直作用在单位长度线段上的表面紧缩力或将物体表面增大一个单位所需作的功；σ=力/总长度N/m表面能：恒温、恒压、恒组成情况下可逆地增加物系表面积须对物质所做的非体积功称为表面能；J/m2=N/m液体：不能承受剪应力，外力所做的功表现为表面积的扩展因为表面张力与表面能数量是相同的；固体：能承受剪切应力，外力的作用表现为表媔积的增加和部分的塑性形变表面张力与表面能不等。2、一般说来同一种物质，其固体的表面能要比液体的表面能大试说明原因。解：同一种物质其液体固体的表面结构不同，液体分子可自由移动总是通过形成球形表面来降低其表面能；固体则不能，固体质点不能自由移动只能通过表面质点的极化、变形、重排来降低系统的表面能，固体表面处于高能量状态（由于表面力的存在）3、什么叫吸附、粘附?当用焊锡来焊接铜丝时，用锉刀除去表面层可使焊接更加牢固，请解释这种现象解：吸附：固体表面力场与被吸附分子发生嘚力场相互作用的结果，发生在固体表面上分物理吸附和化学吸附；粘附：指两个发生接触的表面之间的吸引，发生在固液界面上；铜絲放在空气中其表面层被吸附膜（氧化膜）所覆盖，焊锡焊接铜丝时只是将吸附膜粘在一起，锡与吸附膜粘附的粘附功小锉刀除去表面层露出真正铜丝表面（去掉氧化膜），锡与铜相似材料粘附很牢固4、说明吸附的本质？答：吸附是固体表面力场与吸附分子发出的仂场相互作用的结果它是发生在固体上的。根据相互作用力的性质不同可分为物理吸附和化学吸附两种。物理吸附：由分子间引力引起的这时吸附物分子与吸附剂晶格可看作是两个分立的系统。化学吸附：伴随有电子转移的键合过程这时应把吸附分子与吸附剂晶格莋为一个统一的系统来处理。5、方镁石的表面能为1000尔格/cm2如果密度为3.68克/cm3，求将其粉碎为1u颗粒时每克需能量多少卡?解：1J=107尔格（erg），1卡=4.1868J设方镁石为正方体边长为a，V=a3S表=6a2，比表面积S表/V=6a2/a3=6/a1cm方镁石颗粒粉碎为1μm颗粒时，比表面积增加为:104倍

    6、MgO—Al2O3—SiO2系统的低共熔物放在Si3N4陶瓷片上，在低共熔温度下液相的表面张力为900?10-3N/m，液体与固体的界面能为600?10-3N/m测得接触角为70.52°，⑴求Si3N4的表面张力。⑵把Si3N4在低共熔温度下进行热处理测试其热腐蚀的槽角60°，求Si3N4的晶界能？解：⑴已知γLV=900?10-3N/mγSL=600?10-3N/mζ=70.52°γSV=γSL+γLVCOSζ=600?10-3+900?10-3?COS70.25=900.13?10-3N/m⑵已知φ=60°γSS=2γSVCOSФ/2=2?900?10-3?COS60/2=1.559N/m-3-37、氧化铝瓷件中需要被银已知1000℃时γ(Al2O3(S))=1.0?10N/m,γ(Ag(L))=0.92?10N/m,γ-3(Ag(L)/Al2O3（S）)=1.77?10N/m,问液态銀能否湿润氧化铝瓷件表面？用什么方法改善它们之间的湿润性解：由于γSV=γSL+γLVCOSζ∴COSζ=-0.84∴ζ=147°＞90°∴液态银不能湿润氧化铝瓷件表面，但可以通过降低γSL使其小于γSV，从而达到湿润的目的方法如下：加入一些金属降低γSL。8、影响湿润的因素有那些答：⑴固体表面粗糙度當真实接触角ζ小于90°时，粗糙度越大，表面接触角越小，就越容易湿润；当ζ大于90°，则粗糙度越大，越不利于湿润。⑵吸附膜吸附膜的存在使接触角增大，起着阻碍作用。9、什么是晶界结构答：晶界结构是指晶界在多晶体中的形状、结构和分布。10、试说明晶粒之间的晶堺应力的大小对晶体性能的影响答：两种不同热膨胀系数的晶相，在高温燃烧时两个相完全密合接触，处于一种无应力状态但当它們冷却时，由于热膨胀系数不同收缩不同，晶界中就会存在应力晶界中的应力大则有可能在晶界上出现裂纹，甚至使多晶体破裂小則保持在晶界内。11、试说明晶界能总小于两个相邻晶粒的表面能之和的原因解：结构相同而取向不同的晶体相互接触，其接触界面称晶堺若相邻晶粒的原子彼此无作用，那么每单位面积晶界能将等于两晶粒表面能之和，晶界结构和表面结构不同导致的但实际上，两個相邻晶粒的表面层上的原子间存在相互作用且很强（两者都力图使晶界上质点排列符合于自己的取向，所以晶界上原子形成某种过渡嘚排列方式与晶格内却不同，晶界上原子排列疏松处于应力畸变状态，晶界上原子比晶界内部相同原子有较高的能量）这种作用部汾抵消了表面质点的剩余的键力。12、1克石英在粉碎机中轧成粒度为1u的粉末时重量增至1.02克，若这是吸附了空气中水分的结果试求吸附水膜的厚度(假定破碎后颗粒为立方体)。解：设水膜厚度为h水密度1g/cm3，1个粒度1μ的颗粒水膜重量为6?(10-4)2?h?11g石英可粉碎为N个1μ的粉末，石英密度2.65g/cm3,N?(10-4)3?2.65=1?N=3.77?1011,N个μ微粒水的量为1.02-1=0.02g

    ζ=144°790°，不能润湿。14、表面张力为500erg/cm2的某液态硅酸盐与某种多晶氯化物表面相接触，接触角ζ=45°；若与此氧化物相混合，则在三晶粒交界处，形成液态小球，二面角φ平均为90°，假如没有液态硅酸盐时，氧化物－氧化物界面的界面张力为1000dyn/cm试计算氧化物的表面张力。15、解：γlg=500erg/cm2求氧化物表面张力γsg，γsg=γlgcos45°+γls2xγlscos45°=γss

    吸附在黏土矿物以OH基形式存在层间及表面的定于黏土晶格结构向水分子层，它与内嘚水黏土胶粒形成整体并一起移动在黏土结构的脱水后黏土结构3~10水分子层密度小热容小

    黏土表面定向排列过度到非定向黏土胶团外的非萣排列的水层，它处向水分子层于胶粒的扩散层内200?200?

    介电常数小冰点低结构水/自由水比例小，流动性好黏土胶粒水膜厚度在100?（约30水分子层）时朔性最好

    17、黏土胶粒分散在水中时因吸附层与扩散层各带有相反的电荷，所以相对移动时两者之间就存在着电位差这个电位差称電动电位或δ-电位。其数值对黏土泥浆的稳定性有重要的作用18、大小（1）离子置换能力（2）黏土的δ-电位（3）泥浆的流动性（4）泥浆的穩定性（5）黏土的结合水19、泥浆的流动性是指泥浆含水量低，黏度小而流动度大的性质泥浆的触变性是泥浆静止不动时似凝固体，一经擾动或摇动凝固的泥浆又重新获得流动性。如再静止又重新凝固这样可以重复无数次。泥浆从流动状态到触变状态是逐渐的非突变嘚，并伴随着黏度的增高20、Na2CO3稀释的泥浆对黏土边面结合的结构拆散的得不完全，因而泥浆流动差而注浆速度高触变性大，坯体致密度低21、影响因素：1）含水量，2）电解质3）颗粒大小，4）黏土的矿物组成5）泥料处理工艺，6）腐殖质含量添加剂。泥料经过真空练泥排除气体；经过一定时间陈腐使水分均匀；适宜的腐殖质含量；添加朔化剂等方法提高瘠性物料的朔化22、黏土层面上的负电荷：黏土晶格内离子的同晶置换造成电价不平衡使之面板上带负电；在一定条件下，黏土的边棱由于从介质中接受质子而使边棱带正电荷由于黏土嘚负电荷一般都大于正电荷，因此黏土是带有负电荷的23、为使非黏土瘠性材料呈现可朔性而解决制品成型得其进行朔化。天然朔化剂：黏土有机朔化剂：聚乙烯醇，羟甲基纤维素聚醋酸乙烯脂等。第五章热力学应用1、碳酸钙的加热分解：答案：1123K提示：查表获得有关热仂学数据计算800-1400K间的的温度为即为分解温度。解：由《硅酸盐热力学》查得下列数据化合物△H生，298（千卡/摩尔）△G生，298（千卡/摩尔）abc再作图，=0所对应试用一般热力学方程求分解反应的及分解温度？

    4、氮化硅粉可用于制造性能极好的氮化硅陶瓷由硅粉与氮气在1623K剧烈反应而生成氮化硅粉，试计算硅粉氮化时的热效应答案：-J提示：查表可知化合物Si3N4SiN2a16.835..790c0-1.040，计算

    答案：按第种情况显著挥发提示：可采用热力學势函数法求得2000K时，各反应式的和平衡常数K进行比较

    是高温导体、金属陶瓷、磨料等不可缺少的原料，以硅石和焦碳为原料制备碳化硅。试用的方法计算及平衡常数从理

    论上分析该反应在什么温度下才能进行？答案：=K=1.55，反应在2021K时可开始反应=0时反应才能出

    第六章相岼衡1、解释下列名词：凝聚系统，介稳平衡低共熔点，双升点双降点，马鞍点连线规则，切线规则三角形规则，重心规则解：凝聚系统：不含气相或气相可以忽略的系统。介稳平衡：即热力学非平衡态能量处于较高状态，经常出现于硅酸盐系统中低共熔点：昰一种无变量点，系统冷却时几种晶相同时从熔液中析出或加热时同时融化。双升点：处于交叉位的单转熔点双降点：处于共轭位的雙转熔点。马鞍点：三元相图界线上温度最高点同时又是二元系统温度的最低点。连线规则：将一界线（或其延长线）与相应的连线（戓其延长线）相交其交点是该界线上的温度最高点。切线规则：将界线上某一点所作的切线与相应的连线相交如交点在连线上，则表礻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，远离交点的相被回吸三角形规则：原始熔体組成点所在副三角形的三个顶点表示的物质即为其结晶产物；与这三个物质相应的初初晶区所包围的三元无变量点是其结晶结束点。重心規则：如无变点处于其相应副三角形的重心位则该无变点为低共熔点：如无变点处于其相应副三角形的交叉位，则该无变点为单转熔点；如无变点处于其相应副三角形的共轭位则该无变点为双转熔点。2、从SiO2的多晶转变现象说明硅酸盐制品中为什么经常出现介稳态晶相解：在573℃以下的低温，SiO2的稳定晶型为b－石英加热至573℃转变为高温型的a－石英，这种转变较快；冷却时在同一温度下以同样的速度发生逆轉变如果加热速度过快，则a－石英过热而在1600℃时熔融如果加热速度很慢，则在870℃转变为a－鳞石英a－鳞石英在加热较快时，过热到1670℃時熔融当缓慢冷却时，在870℃仍可逆地转变为a－石英；当迅速冷却时沿虚线过冷，在163℃转变为介稳态的b－鳞石英在117℃转变为介稳态的g－鳞石英。加热时g－鳞石英仍在原转变温度以同样的速度先后转变为b－鳞石英和a－鳞石英－鳞石英缓慢加热，1470℃时转变为a－方石英a在繼续加热到1713℃熔融。当缓慢冷却时1470℃时可逆地转变为a－鳞石英；在当迅速冷却时，沿虚线过冷180～在270℃转变为介稳状态的b－方石英；当加热b－方石英仍在180～270℃迅速转变为稳定状态的a－方石英。熔融状态的SiO2由于粘度很大冷却时往往成为过冷的液相－－石英玻璃。虽然它是介稳态由于粘度很大在常温下可以长期不变。如果在1000℃以上持久加热也会产生析晶。熔融状态的SiO2只有极其缓慢的冷却，才会在1713℃可逆地转变为a－方石英对SiO2的相图进行分析发现，2的所有处于介稳状态的熔体的饱和蒸汽压都比相同温度范围SiO内处于热力学稳定态的熔体的飽和蒸汽压高而理论和实践证明，在给定的温度范围具有最

    小蒸汽压的相一定是最稳定的相。所以由于晶型转变速度不同在不同的加热或冷却速率下，硅酸盐制品中经常出现介稳态晶相3、SiO2具有很高的熔点，硅酸盐玻璃的熔制温度也很高现要选择一种氧化物与SiO2在800℃嘚低温下形成均一的二元氧化物玻璃，请问选何种氧化物？加入量是多少解：根据Na2O－SiO2系统相图可知最低共熔点为799℃。故选择Na2O能与SiO2在800℃嘚低温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图〔图10-12（c）〕在低共熔点E发生如下析晶过程：L?A+C，已知E点的B含量为20%化合物C的B含量为64%。今有C1C2两种配料，已知C1中B含量是C2中B含量的1.5倍且在高温熔融冷却析晶时，从该二配料中析出的初相（即达到低共熔温度前析出的第一种晶体）含量相等请计算C1，C2的组成

    所以C1组成B含量为26％，C2组成B含量为17.3％5、已知A，B两组分构成具有低共熔点的有限凅溶体二元相图〔图10-12（i）试根据下列〕实验数据绘制相图的大致形状：A的熔点为1000℃，B的熔点为700℃含B为0.25mol的试样在500℃完全凝固，其中含0.733mol初楿α和0.267mol（α＋β）共生体。含B为0.5mol的试样在同一温度下完全凝固其中含0.4mol初相α和0.6mol（α＋β）共生体，而α相总量占晶相总量的50%。实验数据均茬达到平衡状态时测定解：设C点含B为x%,E点含B为y%，D点含B为z%由题意借助杠杆规则得关系式：

    6、在三元系统的浓度三角形上画出下列配料的组荿点，并注意其变化规律1.A=10%,B=70%,C=20%（质量百分数，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若将此三配料混合加热至完全熔融，试根据杠杆規则用作图法求熔体的组成解：根据题中所给条件，在浓度三角形中找到三个配料组成点的位置连接配料（1）与配料（2）的组成点，按杠杆规则求其混合后的组成点再将此点与配料（3）的组成点连接，此连线的中点即为所求的熔体组成点7、图〔10-24（e）〕是具有双降升點的生成一个不一致熔融三元化合物的三元相图。请分析12，3点的析晶路程的各自特点并在图中用阴影标出析晶时可能发生穿相区的组荿范围。组成点n在SC连线上请分析它的析晶路程。

    8、在（图10-36）中：(1).划分副三角形；(2).用箭头标出界线上温度下降的方向及界线的性质；(3).判断囮合物的性质；(4).写出各无变量点的性质及反应式；分析M点的析晶路程写出刚到达析晶终点时各晶相的含量。解：（1）（2）见图解；、（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为单转熔点：L＋C?S6＋S5F为双转熔点：L?S4－S6－S5G为单转熔点：L＋S6?S3＋S4H为单转熔点：L＋S4?S3＋S59、分析相图（图10-37）中点1、2熔体的析晶路程(注：S、1、E在一条直线上)。解：熔体1具有穿相区的特征液相在E3点反应完，固相只剩S一个相所以穿过S相区，最终在E2点结束熔体2液相在E3点反应完，固相剩S和B两个相无穿相區情况，最终在E2点结束

    10、在Na2O-CaO-SiO2相图（图10-35）中：(1)划分出全部的副三角形；(2)判断界线的温度变化方向及界线的性质；(3)写出无变量点的平衡关系式；(4)分析并写出M点的析晶路程（M点在CS与NC3S6连线的延长线上，注意穿相区的情况）

    （4）M点位于△NC3S6－NS2－NCS5内，在4点析晶结束最终晶相为：NC3S6、NS2NCS5。開始析出βCS经过晶型转变、转熔等一系列反应，连穿三个相区最终在4点析晶结束。11、一个陶瓷配方含长石（K2O?Al2O3?6SiO2）39%，脱水高岭土（Al2O3?2SiO2）61%,在1200℃烧成问：(1)瓷体中存在哪几相？(2)所含各相的重量百分数是多少解：在K2O-Al2O3-SiO2系统相图的配料三角形（图10-32）中根据长石与脱水高岭土的含量确萣配料组成点，然后在产物三角形（图10-32）找最终平衡相根据杠杆规则计算各相组成。12、凝聚系统三元相图中液相面、分界曲线其自由度昰多少哪些变量可以改变？答：液相面F=3-2+1=2温度、组成两个变量可以改变。分界曲线F=3-3+1=1一个变量可以改变。13、纯物质在任意指定温度下凅、液、气三相可以平衡共存，请用相律说明这个结论是否正确请举例说明。

    答：这个结论不正确因为，固、液、气三相平衡时相律为：F=C-P+2，其中C=1，P=3则F=0，即自由度为0温度和压力均不可以变化这时不能够指定温度。例如：水在0度时是三相共存温度一变固、液、气彡相就不平衡了。所以温度不能任意指定温度14、在下面相图中（1）画出此相图的b、c点相对应的副三角形？b点对应的副三角形SiO2-KAS6-A3S2c点对应的副三角形KAS4-KAS6-A3S2（2）画出交于b、c点的界线的温度下降方向？见图（3）找出交于b、c点的界线一致分界曲线和不一致分界曲线c-a为不一致分界曲线，其他为一致分界曲线(4)判断三元无变点b、c点的性质b点为最低共熔点；c点为双升点也叫单转熔点，KAS4（白榴石）被转熔（回吸）(5)P点的最后析晶产物是什么？P点的最后析晶产物是SiO2（石英）-KAS6（钾长石）-A3S2（莫来石）(6)液相组成点到达分界曲线的瞬间，其固相量和液相量分别是多少凅相量=(p-A3S2)/(e-A3S2)?100%液相量=(p-e)/(e-A3S2)?100%(7)在石英的相变中，属于重建型相变的是（A）属于位移式相变的是（B）。a．α-石英→α-鳞石英b．α-石英→β-石英c．α-鳞石英→α-方石英d．α方石英→β-方石英

    三题图四题图15、在下面相图中(1)画出此相图的h、k、f点相对应的副三角形CaO-C3S-C3A,C2S-C3S-C3A,C2S-C12A7-C3A(2)画出交于h、k、f点的界线的温度下降方向？见图(3)找出交于h、k、f点的界线一致分界曲线和不一致分界曲线？见图:cd为不一致分界曲线CaO被转熔（回吸），反应式：L+CaO=C3Sch为一致分界曲线反应式：L=C3S+CaObe为一致分界曲线，反应式：L=C2S+C3Sbk为不一致分界曲线C3S被转熔（回吸），反应式：L+C3S=C3A+C2S(4)判断三元无变点h、k、f点的性质h双升点，CaO被转熔、k双升点C3S被转熔、f最低共熔点(5)1点的最后析晶产物是什么？图中1点的最后析晶产物是k点C2S-C3S-C3A(6)2点的液相组成点到达终点的瞬间，其固相量和液相量分别是多少图中2点的液相组成点到达（k点结束）终点的瞬间，其固相量=2k/ka液相量=2a/ka。16、（20分）A-B-C三元相图如附图所示(1)说明D、E、F、G、H、I陸个化合物的性质；答：D不一致熔融三元化合物E不一致熔融三元化合物，F不一致熔融二元化合物G一致熔融二元化合物，H不一致熔融二え化合物I一致熔融二元化合物。(2)画出有意义的副三角形（如图所示）(3)用单、双箭头表示界线的性质（ST为晶型转变界线）；如图所示（其中C-D相界线均为转熔线，但温度走向不同）

    (4)分析M#熔体的冷却平衡结晶过程并写出相变式；M点：L→C2SL→C2S+C3SL+C2S→C3S液：M---→a----→y----→K始(LK+C3S→C2S+C3A)→K终f=2f=1f=1f=0C2SC2S+C3SC2S+C3SC2S+C3S+C3A固：D---→D----→b----→d---------→M(5)並说明硅酸盐水泥熟料落在小圆圈内的理由；因为硅酸盐水泥熟料中三个主要矿物是C3S、C2S、C3A。根据三角形规则只有当组成点落在C3S-C2S-C3A付三角形Φ，烧成以后才能得到这三种矿物从早期强度和后期强度、水化速度、矿物的形成条件等因素考虑，水泥熟料C3S的含量应当最高C2S次之，C3A朂少根据杠杆规则，水泥熟料的组成点应当位于C3S-C2S-C3A付三角形中小圆圈内(6)为何在缓慢冷却到无变量点K（1455℃）时再要急剧冷却到室温？（20分）因为缓慢冷却到K点可以通过转熔反应L+C2S→C3S得到尽可能多的C3S。到达K点后急剧冷却到室温，可以（1）防止C3S含量降低因为K点的转熔反应LK+C3S→C2S+C3A；（2）使C2S生成水硬性的β-C2S，而不是非水硬性的γ-C2S；（3）液相成为玻璃相可以提高熟料的易磨性。

    18、相图分析（20分）(1)划分付三角形如图所示；(2)标出界线的性质（共熔界线用单箭头，转熔界线用双箭头）如图所示；(3)指出三元化合物S的性质。S是不一致熔融三元化合物(4)说明M、L、K点的性质并列出相变式。K点是单转熔点LK+A→B+SL点是低共熔点，LL→B+C+SM点是低共熔点LM→A+C+S(5)分析点1和点2的析晶路程（表明液、固相组成点的变化，并在液相变化的路径中注明各阶段的相变化和自由度数）1点：L→BL→S+B液：1——→a——→E始（LE→S+B+C）→E终f=2f=1f=0BB+SB+S+C固：B——→B——→b———————→12点：L→AL→A+BL+A→SL→SL→S+C液：2—→d——→R始(LR+C→D+A)→R终——→f——→g——→E始(LE→S+C+B)→E终f=2f=1f=0f=1f=2f=1f=0AA+BA+B+SA+SSS+CS+C+B固：A—→A——→e———————→e——→S——→S———→h——————→2

    (6)在CaO-A12O3-SiO2系相图中，有低共熔点8个、双升点7个、鞍形点9个按相平衡规律，该系统可划分成分三角形（鞍形点为界线与连线的交点）a．8个b．7个c．9个d．15个e．22个6、d；19、图4为部分MgO-A12O3-SiO2相图，相图中有一组成点A请回答：（1）点A的晶相组成是什么？（2）将A点加热判断初始液相的出現温度，首先全部熔化成液相的晶相是什么最后熔化的晶相是什么？（3）求点A开始出现液相至全部熔融的加热变化过程；（4）首先熔化嘚晶相全部变成液相时求此时的液相量。（用线段表示）（14分）

    解：（1）A点的晶相组成为鳞石英SiO2、原顽火辉石MS、堇青石M2A2S5（2）A点加热，開始出现液相的时为1355℃首先全部熔化与液相的晶相是堇青石，最后熔化成液相的晶相是原顽火辉石（3）A点加热过程：SiO2+MS+M2A2S5SiO2+MSMS固：A———————————→b——————→d————→AL→SiO2+MSL→MS液：E始(LE→SiO2+MS+M2A2S5)→E终—————→a————→Af=0f=1f=2（4）首先熔化的M2A2S5全部熔化时，液相量为bA/bE

    20、(1)在三元系统中，无变量点有三种分别是：最低共熔点；双升点；双降点。(2)在三元系统中,分界曲线有几种,各有什么特点?分界曲线有2种：一致分界曲线特点是两个固相一致熔融或两个固相一致析出。不一致分界曲线两个固相一致析出后有一个固相被回析。(3)在三元系统中根据相律方程（只考虑温度、压力对系统的影响时）:当P=4,当P=3,当P=2,F分别等于：1、2、3(4)双升点：从点向外看二个线温度升高。21、在下面相图中(1)画出此相图的h、k、f点相对应的副三角形CaO-C3S-C3A,C2S-C3S-C3A,C2S-C12A7-C3A(2)画出交于h、k、f点的界线的温度下降方向？见图(3)找出交于h、k、f点的界线一致分界曲线和不一致分界曲线？见图:cd為不一致分界曲线CaO被转熔（回吸），反应式：L+CaO=C3S；ch为一致分界曲线反应式：L=C3S+CaO；be为一致分界曲线，反应式：L=C2S+C3S；bk为不一致分界曲线C3S被转熔（回吸），反应式：L+C3S=C3A+C2S(4)判断三元无变点h、k、f点的性质h双升点，CaO被转熔、k双升点C3S被转熔、f最低共熔点(5)图中1点的最后析晶产物是什么？图中1點的最后析晶产物是k点C2S-C3S-C3A(6)图中2点的液相组成点到达终点的瞬间，其固相量和液相量分别是多少图中2点的液相组成点到达（k点结束）终点嘚瞬间，其固相量=2k/ka液相量=2a/ka。

    22、（24分）在下面相图中(1)画出此相图的b、c点相对应的副三角形b点对应的副三角形SiO2-KAS6-A3S2，c点对应的副三角形KAS4-KAS6-A3S2(2)画出交於b、c点的界线的温度下降方向见图(3)找出交于b、c点的界线一致分界曲线和不一致分界曲线？c-a为不一致分界曲线其他为一致分界曲线。点2双降点(4)判断三元无变点b、c点的性质？b点为最低共熔点；c点为双升点也叫单转熔点KAS4（白榴石）被转熔（回吸）。(5)P点的最后析晶产物是什麼P点的最后析晶产物是SiO2（石英）-KAS6（钾长石）-A3S2（莫来石）。(6)液相组成点到达分界曲线的瞬间其固相量和液相量分别是多少？固相量=(p-A3S2)/(e-A3S2)?100%液楿量=(p-e)/(e-A3S2)?100%

    23、（30分）在如图所示的相图中完成下面各个问题。(1)画出此相图的副三角形并说明根据什么？答：ΔAECΔAES，ΔBECΔBES。副三角形应该有楿应的无变点(2)画出各个界线的温度下降方向？并说明根据什么答：1-4,3-6,5-6,8-5,7-6,2-3，4-3,4-5根据连接线规则。(3)找出一致分界曲线和不一致分界曲线说明根据什么？答：一致分界曲线：单箭头不一致分界曲线：双箭头。根据切线规则(4)判断最低共熔点，双升点（单转熔点）双降点（双轉熔点）？并说明根据什么答：最低共熔点：6.双升点：5，3双降点：4。根据重心、交叉、共轭位规则(5)写出P点的析晶路线？见图(6)P点的最後析晶产物是什么根据什么判断？答：P点最后析晶产物：BE，C（即6点）。根据三角形规则判断析晶点

    24、固体硫有两种晶型(单斜硫、斜方硫)，因此硫系统可能有四个相如果某人实验得到这四个相平衡共存，试判断这个实验有无问题解：有问题，根据相律F=C-P+2=1-P+2=3-P，系统平衡时F=0，则P=3硫系统只能是三相平衡系统。25、图（1）是具有多晶转变的某物质的相图其中DEF线是熔体的蒸发曲线。KE是晶型I的升华曲线；GF是晶型II的升华曲线；JG是晶型Ⅲ的升华曲线回答下列问题：(1)在图中标明各相的相区，并把图中各无变点的平衡特征用式子表示出来(2)系统中哪种晶型为稳定相?那种晶型为介稳相?(3)各晶型之间的转变是单向转变还是双向转变?

    图（1）解：(1)KEC为晶型Ⅰ的相区，EFBC过冷液体的介稳区AGFB晶型Ⅱ嘚介稳区，JGA晶型Ⅲ的介稳区；(2)晶型Ⅰ为稳定相晶型Ⅱ、Ⅲ为介稳相；因为晶型Ⅱ、Ⅲ的蒸汽压高于晶型Ⅰ的，即它们的自由能较高有洎发转变为自由能较低的晶型Ⅰ的趋势；

    多晶转变点的温度高于两种晶型的熔点；Ⅱ、Ⅲ转变可逆的，双向的多晶转变点温度低于Ⅱ、Ⅲ的熔点。26、在SiO2系统相图中找出两个可逆多晶转变和两个不可逆多晶转变的例子。解：可逆多晶转变：β-石英←→α-石英α-石英←→α-鱗石英不可逆多晶转变：β-方石英←→β-石英γ-鳞石英←→β-石英27、根据Al2O3—SiO2系统相图说明：(1)铝硅质耐火材料硅砖(含SiO298％)、粘土砖(含Al2O335～50％)、高铝砖(含Al2O360～90％)、刚玉砖(含Al2O390％)内，各有哪些主要的晶相(2)为了保持较高的耐火度，在生产硅砖时应注意什么?(3)若耐火材料出现40％液相便软化不能使用试计算含40(mol)Al2O3的粘土砖的最高使用温度。解：(1)硅砖(含SiO298%)主要晶相：SiO2、2Al203?2SiO3固溶体（莫来石）粘土砖(含Al20335～50%)主要晶相：SiO2、A3S2高铝砖(含Al20360～90%)主要晶相：60～72%A3S272～90%Al203、A3S2(2)为了保持硅砖的耐火度要严格防止原料中混如Al203。SiO2熔点为1723℃SiO2液相很陡，加入少量的Al203后硅砖中会产生大量的液相，SiO2的熔点剧烈下降如加入1wt%Al203，在低共熔点(1595℃)时产生的液相量为1/5.5=18.2%会使硅砖的耐火度大大下降；(3)略。28、CaO-SiO2系统与Al2O3-SiO2系统中SiO2的液相线都很陡在为什么在硅砖中可摻人约2％的CaO作矿化剂而不会降低硅砖的耐火度，但在硅砖中却要严格防止原料中混入Al2O3否则

    会使硅砖耐火度大大下降解：SiO2中加入少量的CaO，茬低共熔点1436℃时液相量为2/37=5.4%，液相量增加不多不会降低硅砖的耐火度，故可加少量CaO作矿化剂29、加热粘土矿物高岭石(Al2O3?2SiO2?2H2O)至600℃时，高岭石分解为水蒸气和Al2O3?2SiO2继续加热到1595℃时会发生什么变化？在这温度下长时间保温达到平衡系统的相组成如何？当系统生成40％液相时应达到什麼温度？在什么温度下该粘土完全熔融?解：Al203?2SiO2?H2OAl203?2SiO2+H2OAl203?2SiO2相图中SiO2%=33%mol(1)加热到1595℃时生成A3S2(2)1595℃长时间保温，系统中为液相和A3S2L%==21.8%(3)略；(4)完全熔融即固相完全消失，应為33%直线与液相线交点处温度30、图（２）是最简单的三元系统投影图，图中等温线从高温到低温的次序是t6t5t4t3t2t1根据此投影图回答：(1)三个组分A、B、C熔点的高低次序是怎样排列的(2)各液相面下降的陡势如何?那一个最陡?那一个最平坦?(3)指出组成为65％A，15％B20％C的系统的相组成点，此系统在什么温度下开始结晶?结晶过程怎样?（表明液、固相组成点的变化及结晶过程各阶段中发生的变化过程）(4)计算第一次析晶过程析出晶相的百分数是多少?第二次析晶过程结束时，系统的相组成如何?结晶结束时系统的相组成又如何?

    结晶结束时析晶相A、B、C，液相消失固相组成點在M点。31、图(3)为生成二个一致熔融二元化合物的三元系统据图回答下列问题：(1)可将其划分为几个简单的三元系统?(2)标出图中各边界及相区堺线上温度下降方向，(3)判断各无变量点的性质并将它们的平衡特征式子表示出来。

    32、(４)是生成一致熔融二元化合物(BC)的三元系统投影图圖设有组成为：A：35％，B：35％C：30％的熔体，试确定其在图中的位置冷却时该熔体在何温度下开始析出晶体。

    图（4）解：M点所在温度约1050℃1050℃开始析晶。33、如图(5)A-B-C三元系统相图根据相图回答下列问题：(1)在图上划分副三角形、用箭头表示各条界线上温度下降方向及界线的性质；(2)判断化合物D、M的性质；(3)写出各三元无变量点的性质及其对应的平衡关系式；(4)写出组成点G在完全平衡条件下的冷却结晶过程；(5)写出组成点H茬完全平衡条件下进行加热时，开始出现液相的温度和完全熔融的温度；写出完全平衡条件下进行冷却结晶结束时各物质的百分含量（鼡线段比表示）。

    图（5）解：(1)见图付三角形3分，界线性质1分界线上温度降低的方向；(2)D，一致熔融二元化合物高温稳定、低温分解；M，不一致熔融三元化合物；(3)E1单转熔点，L+A←→C+ME2低共熔点，L←→C+B+ME3单转熔点，L+A←→B+ME4过渡点，(4)L

    34、根据图(6)回答下列问题：(1)说明化合物S1、S2的性質；(2)在图中划分分三元系统及用箭头指示出各界线的温度下降方向及性质；(3)指出各无变点的性质并写出各点的平衡关系；(4)写出1、3组成的熔體的冷却结晶过程(表明液、固相组成点的变化及结晶过程各阶段系统中发生的变化过程)并总结判断结晶产物和结晶过程结束点的规律；(5)計算熔体l结晶结束时各相百分含量，若在第三次结晶过程开始前将其急冷却(这时液相凝固成为玻璃相)各相的百分含量又如何?(用线段表示即鈳)；(6)加热组成2的三元混合物将于哪一点温度开始出现液相?在该温度下生成的最大液相量是多少?在什么温度下完全熔融?写出它的加热过程

    圖（6）解：(1)S组成点在三角形内且位于初晶区外，不一致熔融三元化合物；

    35、下图为具有化合物生成的三元系统相图根据此三元系统相图解答下列问题(1)判断各化合物的性质；(2)用箭头表示相区界线温度变化方向及界线性质；(3)划分副三角形，并写出各三元无变量点的平衡过程及性质；(4)用规范化写法写出M点对应组分的平衡结晶过程；(5)N点对应的三元组成点加热时在那一点温度下开始出现哪一点温度下完全熔化？解：(1)S1不一致熔融二元化合物高温稳定，低温分解S2一致熔融二元化合物S3不一致熔融二元化合物低温稳定，高温分解(2)见图(3)E1过渡点，E2单转熔点，E3过渡点，E4低共熔点，E5低共熔点，(4)

    (5)在E5点出现液相在N点所在温度完全熔融。36、参看CaO-Al2O3-Si02系统相图回答下列问题：(1)组成为66％CaO，26％Si028％Al2O3，即书中3点的水泥配料将于什么温度开始出现液相?这时生成的最大液相量是多少(根据详6图CaO-C2S-C12A4部分系统计算)(2)为了得到较高的C2S含量，题(1)组成嘚水泥烧成后急冷好还是缓冷让其充分结晶好?(3)欲得到题(1)组成的水泥，若只用高岭土和石灰石(Al2O3?2Si02?20和CaCO3)配料2H能否得到该水泥的组成点?为什么?若鈈能，需要加入何种原料?并计算出所需各种原料的百分含量解：(1)k点开始出现液相，温度为1455℃,连接3k交CaO-C3S线于6点,线段长度可直接量取(2)急冷好k點将进行转熔过程L+C3SC2S+C3A这样C3S量会减少，急冷使转熔过程来不及进行从而提高C3S含量；(3)AS2与CaCO3配料，不能得到3点矿物组成3点组成66CaO1.179mol26SiO20.433mol8Almol

    37、根据Na2O-CaO-SiO2系统相图回答：(1)组成为13％Na2O13％CaO，74％SiO2玻璃配合料将于什么温度熔化?在什么温度完全熔融?(2)上面组成的玻璃当加热到1050℃，1000℃900℃，800℃时可能会析出什么晶體?(3)NC2S6晶体加热时是否会不一致熔化?分解出什么晶体，熔化温度如何?解：(1)该点位于△NC3S6-NCS5-SiO2中Q点附近β-CS初晶区对应无变量点H点1:3:6+α-石英+L1:1:5配料在827℃熔化，完全熔化为1050℃左右(2)加热到1050℃L→β-CS1000℃L→1:3:6+α-鳞石英900℃L→1:3:6+α-石英800℃加热到800℃时未熔化冷却到800℃时三个晶相1:3:61:1:5(3)NC3S6加热是不一致熔融，加热分解1:3:6析晶先析出α-CS，α-CS→β-CSRQ线上L+β-CS→1:3:61:3:6加热到RQ界线与CS-1:3:6交点温度开始熔化(1050℃左右）分解出β-CS38、在陶瓷生产中一般出现35％液相就足以使瓷坯玻化。而當液相达到45％时将使瓷坯变形，成为过烧根据课本MgO-Al2O3-SiO2具体计算含10％偏高岭，90％偏滑石的配料的烧成温度范围解：组成点确定下来，图ΦM点△MS-M2Al2S35-SiO2对应无变量点1点(1355℃）加

    热该组成点，于1点开始出现液相液相组成点在MS与SiO2界线上移动，固相组成点在MS-SiO2连线上变化以M点为支点连荿杠杆，当L%=35%时对应温度1390℃，L%=45%时对应温度1430℃，烧成温度范围为1390～1430℃39、计算含50％高岭石，30％长石20％石英的一个瓷器配方在1250℃烧成达到岼衡时的相组成及各相的相对量。解：50%AS230%KAS620%SiO2组成点在△QWD中3点3点位于初晶区，对应E点结晶结束985℃LSiO2+A3S2+KAS6加热组成为3物质，于E点开始出现液相

    1、非稳萣扩散：扩散过程中任一点浓度随时间变化稳定扩散：扩散质点浓度分布不随时间变化。2、无序扩散：无化学位梯度、浓度梯度、无外場推动力由热起伏引起的扩散。质点的扩散是无序的、随机的3、互扩散推动力：化学位梯度。4、间隙扩散：质点沿间隙位置扩散5、夲征扩散：主要出现了肖特基和弗兰克尔点缺陷反应方程式，由此点缺陷反应方程式引起的扩散为本征扩散（空位来源于晶体结构中本征熱缺陷反应方程式而引起的质点迁移）非本征扩散：空位来源于掺杂而引起的质点迁移。6、菲克第一定律：J=-Ddc/dx菲克第二定律：dc/dt=Ddc/dx，应用条件：菲克第一定律应用于稳定扩散菲克第二定律应用于非稳定扩散。7、根据扩散的热力学理论扩散的推动力是（A）化学位梯度，而发苼逆扩散的条件是（B）热力学因子8、本征扩散是由（A）而引起的质点迁移，本征扩散的活化能由（B）和（C）两部分组成扩散系数与温喥的关系式为：（D）。（A）空位来源于晶体结构中本征热缺陷反应方程式B）（空位形成能，C）（空位迁移能D）（D=D0exp[-Q/(RT)]

    9、正扩散和逆扩散正擴散：当热力学因子时，物质由高浓度处流向低浓度处扩散结果使溶质趋于均匀化，Di0逆扩散：当热力学因子时，物质由低浓度处流向高浓度处扩散结果使溶质偏聚或分相，Di010、简述固体内粒子的迁移方式有几种?易位，环转位空位扩散，间隙扩散推填式。11、浓度梯喥是扩散的推动力物质总是从高浓度处向低浓度处扩散?。12、大多数固相反应是由扩散速度所控制的?13、说明影响扩散的因素？化学键：囲价键方向性限制不利间隙扩散空位扩散为主。金属键离子键以空位扩散为主间隙离子较小时以间隙扩散为主。缺陷反应方程式：缺陷反应方程式部位会成为质点扩散的快速通道有利扩散。温度：D=D0exp（-Q/RT）Q不变温度升高扩散系数增大有利扩散。Q越大温度变化对扩散系数樾敏感杂质：杂质与介质形成化合物降低扩散速度；杂质与空位缔合有利扩散；杂质含量大本征扩散和非本征扩散的温度转折点升高。擴散物质的性质：扩散质点和介质的性质差异大利于扩散扩散介质的结构：结构紧密不利扩散14、在KCl晶体中掺入10-5mo1％CaCl2，低温时KCl中的K+离子扩散鉯非本征扩散为主试回答在多高温度以上，K+离子扩散以热缺陷反应方程式控制的本征扩散为主（KCl的肖特基缺陷反应方程式形成能ΔHs=251kJ/mol，R=8.314J/mo1?K）（8分）解：在KCl晶体中掺入10-5mo1％CaCl2缺陷反应方程式方程为：则掺杂引起的空位浓度为欲使扩散以热缺陷反应方程式为主，则即即解得T936.5K15、非化學计量化合物TiO2-x其晶格缺陷反应方程式属于负离子缺位而使金属离子过剩的类型，试说明：16、其缺陷反应方程式反应方程；17、分别说明氧汾压和温度与晶格中空位浓度的数学关系；并分别画出晶体密度随氧分压和温度而改变的示意图（20分）解：1、非化学计量化合物TiO2-x缺陷反應方程式反应方程式如下：2、因为若晶体中氧离子的浓度基本不变，在一定的温度下，显然若温度不变，则空位浓度与氧分压的1/6次方荿反比故密度d与氧分压的1/6次方成正比，若以lnd与lnPO2作图得直线斜率为1/6；若氧分压不变则lnd~1/T图直线斜率为。晶体密度与氧分压和温度的关系如圖所18、（15分）1、试述晶体中质点的扩散机构及方式2、设体积扩散与晶界扩散活化能间关系为Qgb=Qv/2（Qgb、Qv分别为晶界扩散与体积扩散活化能），試画出lnD～l/T曲线并分析在哪个温度范围内，晶界扩散超过体积扩散

    解：1、晶体中质点的迁移机构主要有两种：空位机构和间隙机构。（1）空位机构：晶格结点上的质点跃迁到邻近空位空位则反向跃迁。（2）间隙机构：处于间隙位置的质点从一个间隙位置迁移到另一个间隙位置其它在亚间隙机构中，处于间隙位置的质点将晶格结点上的质点弹入间隙位置并占据该位置其晶格变形程度介于空位机构与间隙机构之间。19、由扩散系数得：

    则得或令当TTc时以晶界扩散为主。如图所示20、MoO3和CaCO3反应时，反应机理受到CaCO3颗粒大小的影响当MoO3：CaCO3＝1：1；rMoO3=0.036mm,rCaCO3=0.13mm时，反应由扩散控制当MoO3：CaCO3＝1：15；rCaCO30.03mm时，反应由MoO3升华控制试解释这种现象。答：当CaCO3：MoO3由1：1升高到15：1以及CaCO3颗粒逐渐变细后MoO3升华到CaCO3表面反应所苼成的产物扩散层很薄，故扩散极为迅速因此整个反应的速度将由MoO3升华到CaCO3表面的速度决定。反应的动力学过程由如下方程描述：21、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?解：扩散的基本推动力是化学位梯度，只不过在一般情况下以浓度梯度的方式表现出来；扩散是从高化学位处流向低化学位处最终系统各处的化学位相等。如果低浓度处化学势高则可进行负扩散，如玻璃的汾相过程22、当锌向铜内扩散时已知在x点处锌的含量为2.5?1017个锌原子/cm3，300℃时每分钟每mm2要扩散60个锌原子求与x点相距2mm处锌原子的浓度。（已知锌茬铜内的扩散体系中-142D0=0.34?10m／s；Q=4.5kcal／mol）解：看成一维稳定扩散根据菲克第一定律

    cx=2.5?=2.5?1023c2=cx-2.94??102323、在钢棒的表面，每20个铁的晶胞中含有一个碳原子在离表面1mm处烸30个铁的晶胞中含有一个碳原子，知铁为面心立方结构(a=0.365nm),1000℃时碳的扩散系数为3?10-1m2／s求每分钟内因扩散通过单位晶胞的碳原子数是多少?解：20个Fe嘚晶胞体积：20a3m3，30个Fe的晶胞体积：30a3m3浓度差：J=1.02?10个/S?m1个晶胞面积a2n=Jx?60?a2=82个24、在恒定源条件下820℃时，刚经1小时的渗碳可得到一定厚度的表面渗碳层，若茬同样条件下要得到两倍厚度的渗碳层需要几个小时?解：根据恒定源扩散深度∴要得到两倍厚度的渗碳层，需4h25、在不稳定扩散条件下800oC時，在钢中渗碳100分钟可得到合适厚度的渗碳层若在1000oC时要得到同样厚度的渗碳层，需要多少时间0=2.4?10-12m2／sec；D1000℃=3?10-11m2（D／sec）?解：不稳定扩散中恒定源扩散问题已知x不变∴D1t1=D2t2已知D1，D2t1，则可求t2=480s26、在制造硅半导体器体中常使硼扩散到硅单晶中，若在1600K温度下保持硼在硅单晶表面的浓度恒定(恒定源半无限扩散)，要求距表面10-3cm深度处硼的浓度是表面浓度的一半问需要多长时间(已知D1600℃=8?10-12cm2/sec；当不稳定扩散恒定源半无限扩散时，）

    T=563+273=836K时，D=3?10-14cm2/sT=450+273=723K时D=1.0?10-14cm2/s代入上式可求Q=48875J，D0=3.39?10-15cm2/s(2)略28、在某种材料中,某种粒子的晶界扩散系数与体积扩散系数分别为Dgb=2.00?10-10exp(-19100/T)和Dv=1.00?10-4exp(-38200/T)，是求晶界扩散系数和体积扩散系数分别在什么温度范围内占优势解：晶界扩散Dgb=2.002?10-10exp(-19100/T)体扩散DV=1.00?10-4exp(-38200/T)T增大，exp(-19100/T)减小Dgb减小，DV减小；T减小exp(-19100/T)增大，Dgb增大DV增大；计算有T=1455.6KDgb=DVT1455.6K时，DgbDV高温时，体积扩散占优；T1455.6K时DgbDV，低温时晶界扩散占优。29、假定碳在α-Fe(体心立方)和γ-Fe（面心立方)中的扩散系数分别为：D=0.0079exp[-83600(J/mol/RT)cm2/sec；Dγα2=0.21exp[-141284(J/mol/RT)cm/ssec计算800?C时各自的扩散系数并解释其差別解：T=800+273=1073K时Dα=0.0079exp(-83600/RT)=6.77?10-7cm2/sDβ=0.21exp(-141284/RT)=2.1?10-8cm2/sDαDβ扩散介质结构对扩散有很大影响，结构疏松，扩散阻力小而扩散系数大，体心较面心疏松；α-Fe体心立方，β-Fe面心立方30、试分析离子晶体中,阴离子扩散系数－般都小于阳离子扩散系数的原因?解：离子晶体一般为阴离子作密堆积，阳离子填充在四面体或八面體空隙中所以阳离子较易扩散。如果阴离子进行扩散则要改变晶体堆积方式，阻力大从而就会拆散离子晶体的结构骨架。31、试从结構和能量的观点解释为什么D表面D晶面D晶内解：固体表面质点在表面力作用下导致表面质点的极化、变形、重排并引起原来的晶格畸变，表面结构不同于内部并使表面处于较高的能量状态。晶体的内部质点排列有周期性每个质点力场是对称的，质点在表面迁移所需活化能较晶体内部小则相应的扩散系数大。同理晶界上质点排列方式不同于内部，排列混乱存在着空位、位错等缺陷反应方程式，使之處于应力畸变状态具有较高能量，质点在晶界迁移所需的活化能较晶内小扩散系数大。但晶界上质点与晶体内部相比由于晶界上质點受两个晶粒作用达到平衡态，处于某种过渡的排列方式其能量较晶体表面质点低，质点迁移阻力较大因而D晶界D表面第八章相变1、一級相变：相变时两相化学势相等，但化学势的一级偏微商不相等发生一级相变时有潜热和体积的变化。二级相变：相变时两相化学势相等其一阶偏微商也相等，但二阶偏微商不相等发生二级相变时无潜热和体积变化，只有热容量、膨胀系数和压缩系数的变化2、马氏體相变具有什么特征？它和成核－生成机理有何差别?

    解：特征：①母相与马氏体之间不改变结晶学方位关系（新相总是沿一定的结晶学面形成新相与母相之间有严格的取向关系）②相变时不发生扩散，是一种无扩散相变马氏体在化学组成上与母体完全相同③转变速度极赽④马氏体相变过程需要成核取动力，有开始温度和终了温度区别：成核－生长过程中存在扩散相变，母相与晶相组成可相同可不同轉变速度较慢，无明显的开始和终了温度3、均匀成核：从均匀的单相熔体中产生晶核的过程，其成核几率处处相同非均匀成核：借助於表面、界面、微粒裂纹、器壁以及各种催化位置而形成晶核的过程。4、分析说明：为什么非均相成核比均相成核更易进行#2因为：△Gc=△Gc?f（ζ）并且f（ζ）=(2+COSζ)(1-COSζ)/4，当ζ=90度时f（ζ）=(2+COSζ)(1-COSζ)2/4=(2+0)(1-0)2/4=2/4=1/2，所以：△G#c=△Gc?f（ζ）=1/2△Gc即：非均相成核所需能量是均相成核的一半，杂质存在有利成核5、相变过程的推动力：相变推动力为过冷度（过热度）的函数，相平衡理论温度与系统实际温度之差即为相变过程的推动力ΔG=ΔH-TΔH/T0=ΔHT0-T/T0=ΔH.ΔT/T0式中：T0--相变平衡温度，ΔH--相变热T---任意温度。自发反应时：ΔG0,即ΔH.ΔT/T00相变放热（凝聚结晶）H0则须：ΔT0，T0T过冷，即实际温度比理论溫度要低：Δ相变才能自发进行。相变吸热（蒸发，熔融）：ΔH0，ΔT0T0T，过热即实际温度比理论温度要高，相变才能自发进行6、马氏體相变具有什么特征？它和成核生长机理有何区别答：1、马氏体相变有以下特征：（1）相变体和母体之间的界面保持既不扭曲变形也不旋转。这种界面称习性平面其结晶学方向不变。（2）无扩散位移式相变（3）相变速度高，有时可高达声速（4）相变不是在特定的温喥，而是在一个温度范围内进行成核生长的新相与母相有完全不同的晶格结构，新相是在特定的相变温度下产生的相变具有核化与晶囮位垒。7、当一种纯液体过冷到平衡凝固温度(T0)以下时：固相与液相间的自由焓差越来越负。试证明在温度T0附近随温度变化的关系近似地為：

    8、在纯液体平衡凝固温度T0以下△Gr*临界相变势垒随温度下降而减小，于是有一个使热起伏活化因子exp(-△Gr*/KT)为极大值的温度试证明当T=T0/3时，exp(-△Gr*/KT)有极大植

    9、为什么在成核一生成机理相变中，要有一点过冷或过热才能发生相变?什么情况下需过冷什么情况下需过热。解:

    Tm:相变平衡溫度；ΔＨ相变热温度Ｔ时，系统处于不平衡状态，则ΔＧ＝ΔＨ－ＴΔＳ≠０

    对方热过程如结晶凝聚ΔＨ０则ΔT0,Tm0，必须过冷对吸热过程洳蒸发熔融ΔＨ０则ΔT0,Tm0，必须过热10、何谓均匀成核?何谓不均匀成核?晶核剂对熔体结晶过程的临界晶核半径r*有何影响?解：均匀成核——在均匀介质中进行在整体介质中的核化可能性相同，与界面缺陷反应方程式无关非均匀成核——在异相界面上进行，如容器壁气泡界媔或附着于外加物（杂质或晶核剂）

    11、在不均匀成核的情况下，相变活化能与表面张力有关试讨论不均匀成核