无机材料科学基础第九章习题

第一篇：无机材料科学基础第九章习题

第九章习题与答案

一、判断正误

1、烧结中始终可以只有一相是固态。（对）

2、液相烧结与固相烧结的推动力都是表面能。（对）

3、二次再结晶对坯体致密化有利。（错）

4、扩散传质中压应力区空位浓度<无应力区空位浓度<张应力区空位浓度。（对）

5、晶粒长大源于小晶体的相互粘结。（错）

6、一般来说，晶界是气孔通向烧结体外的主要扩散通道。一般来说，晶界是杂质的富集之地。（对）

二、填空

1、烧结的主要传质方式有：蒸发-凝聚传质、扩散传质、流动传质和溶解-沉淀传质四种，这四种传质过程的坯体线收缩ΔL/L与烧结时间的关系依次为ΔL/L=0、ΔL/L～t、ΔL/L～t和ΔL/L～t。

三、选择

1、在烧结过程中，只改变气孔形状不引起坯体收缩的传质方式是（a、c）。

a．表面扩散 b．流动传质 c．蒸发-凝聚 d．晶界扩散

2、在烧结过程中只改变坯体中气孔的形状而不引起坯体致密化的传质方式是（b）。a.流动传质 b.蒸发—凝聚传质 c.溶解—沉淀 d.扩散传质

四、问答题

1、典型的传质过程有哪些？各采用什么烧结模型？分析产生的原因是什么 ？

答：典型的传质过程有：固相烧结的蒸发-凝聚传质、扩散传质，液相烧结的流动传质、溶解-沉淀传质。

固相烧结的蒸发-凝聚传质过程采用中心距不变的双球模型。

固相烧结的扩散传质、液相烧结的流动传质、溶解-沉淀传质过程采用中心距缩短的双球模型。

原因：蒸发—冷凝：压力差ΔP；扩散传质：空位浓度差ΔC；流动传质：应力—应变；溶解—沉淀：溶解度ΔC（大、小晶粒溶解度不同；自由表面与点接触溶解度）。

2、试述烧结的推动力和晶粒生长的推动力。并比较两者的大小。

答：烧结推动力是粉状物料的表面能（γsv）大于多晶烧结体的晶界能（γgb），即γsv>γgb。

晶粒生长的推动力是晶界两侧物质的自由焓差，使界面向晶界曲率半径小的晶粒中心推进。

烧结的推动力较大，约为4~20J/g。晶粒生长的推动力较小，约为0.4~2J/g，因而烧结推动力比晶粒生长推动力约大十倍。

3、在制造透明Al2O3材料时，原始粉料粒度为2μm，烧结至最高温度保温0.5h，测得晶粒尺寸为10μm，试问保温2h，晶粒尺寸多大？为抑制晶粒生长加入0.1％MgO，此时若保温2h，晶粒尺寸又有多大？ 解：

1、G-G0= kt 22 1/

32/5 代入数据：G0= 2 m, G = 10 m, t = 0.5 h，得 k =(102-22)/0.5(m2/h)=192(m2/h)则，保温2h后，晶粒尺寸应为：

G 2 = kt + G02 =1922+22 = 388 G = 19.7 m

32、加入0.1% MgO，防止二次再结晶，抑制晶界迁移，则应用晶粒生长公式：G-G03 = kt 将已知数据代入公式求得 k ：

k =(G 3-G03)/t =(103-23)/0.5 = 1984(m3/h)此时保温2h后，晶粒尺寸应为：

G 3 = k t + G03 = 1984 2 + 23 = 3976 G = 15.8 m

4、在烧结期间，晶粒长大能促进胚体致密化吗？晶粒长大能够影响烧结速率吗？试说明之。答：晶粒生长是界面移动的结果，并不是原子定向向颈部迁移的传质过程，因而不能促进胚体致密化。晶界移动可以引起原子跃迁，也可使气孔移入晶粒内，从而影响烧结速率。因而晶界移动速率需进行控制。

5、说明影响烧结的因素？

答：

1、粉末的粒度。细颗粒增加了烧结推动力，缩短原子扩散距离，提高颗粒在液相中的溶解度，从而导致烧结过程的加速。

2、外加剂的作用。在固相烧结中，有少量外加剂可与主晶相形成固溶体，促进缺陷增加，在液相烧结中，外加剂改变液相的性质（如粘度，组成等），促进烧结。

3、烧结温度：晶体中晶格能越大，离子结合也越牢固，离子扩散也越困难，烧结温度越高。

4、保温时间：高温段以体积扩散为主，以短时间为好，低温段为表面扩散为主，低温时间越长，不仅不引起致密化，反而会因表面扩散，改变了气孔的形状而给制品性能带来损害，要尽可能快地从低温升到高温，以创造体积扩散条件。

5、气氛的影响：氧化，还原，中性。、成形压力影响：一般说成型压力越大颗粒间接触越紧密，对烧结越有利。

6、试说明晶界能总是小于相邻二个晶粒表面能之和。

答：在恒温恒压条件下增加单位表面积时体系自由能的增量称为表面能，而形成单位新界面所需要的能量称为界面能。表面能和界面能的本质是处在表面或界面上的质点受到不对称力场作用，与晶体内部质点相比具有较高的能量。晶粒的表面能指晶粒与气相接触，界面能通常指两个晶粒相接触。显然，晶粒与气相接触时，表面质点受到力场的不对称性远远大于两个晶粒相接触时。因此，界面能总是小于相邻二个晶粒表面能之和。

7、在扩散传质的烧结过程中，使坯体致密的推动力是什么？哪些方法可促进烧结？说明原因。

答：在扩散传质的烧结过程中，系统内不同部位（颈部、颗粒接触点、颗粒内部）空位浓度不同，导致原子或质点由颗粒接触点向颈部迁移，填充到气孔中。因此使坯体致密化的推动力是空位浓度差。对于扩散传质：（1）控制原料的起始粒度非常重要，颗粒细小的原料可促进烧结，因为颈部增长速率x/r与原料起始粒度r的3/5次方成反比；（2）温度对烧结过程有决定性作用，扩散系数与温度呈指数关系，因此提高温度可加速烧结。

8、晶界遇到夹杂物时会出现几种情况，从实现致密化目的考虑，晶界应如何移动？怎样控制？

答：烧结初期，晶界上气孔数目很多，此时气孔阻止晶界移动，Vb=0。烧结中、后期，温度控制适当，气孔逐渐减少。可以出现Vb=Vp，此时晶界带动气孔以正常速度移动，使气孔保持在晶界上，气孔可以利用晶界作为空位传递的快速通道而迅速汇集或消失。继续升温导致Vb》Vp，晶界越过气孔而向曲率中心移动，气孔包入晶体内部，只能通过体积扩散排除，这是十分困难的。

从实现致密化目的考虑，晶界应带动气孔以正常速度移动，使气孔保持在晶界上，气孔可以利用晶界作为空位传递的快速通道而迅速汇集或消失。控制方法：控制温度，加入外加剂等。

9、晶粒生长与二次再结晶的特点，以及造成二次再结晶的原因和二次再结晶的方法。答：晶粒生长：坯体内晶粒尺寸均匀地生长，服从Dl∝d／f公式；平均尺寸增长，不存在晶核，界面处于平衡状态，界面上无应力；晶粒生长时气孔都维持在晶界上或晶界交汇处。二次再结晶:是个别晶粒异常生长，不服从上式；二次再结晶的大晶粒的面上有应力存在，晶界数大于10的大晶粒，成为二次再结晶的晶核；二次再结晶时气孔被包裹到晶粒内部。从工艺控制考虑，造成二次再结晶的原因主要是原始粒度不均匀、烧结温度偏高。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；控制烧结温度 ；选择原始粒度的均匀原材料。

10、影响陶瓷烧结的主要因素有哪些？

答：（1）原始粉料的粒度；（2）外加剂的作用；（3）烧结温度与保温时间；（4）盐类的选择及煅烧条件；（5）气氛的影响；（6）成型压力。

11、陶瓷的显微结构主要由哪些基本因子构成？

答：陶瓷是由晶体、玻璃体和气孔组成的多晶多相材料。其显微结构包括晶体的种类和含量，晶粒尺寸和形状，玻璃相的含量和分布情况，晶粒之间、晶粒与玻璃相之间的界面，气孔的数量、尺寸、分布等。

12、氧化铝烧结到接近理论密度时，可使可见光几乎透过100％，用它来装钠蒸气（在超过大气压的压力下）作为路灯。为通过烧结实现这一点，请你列出研究方案。

答：制备透明氧化铝陶瓷的主要技术措施是：（1）采用高纯氧化铝原料，Al2O3>99.9%，无杂质和玻璃相；（2）添加0.1～0.5%MgO，在晶粒表面生成镁铝尖晶石，降低晶界移动速度，抑制晶粒生长；（3）在氢气或真空中烧结，促进气孔扩散；（4）采用热压烧结，提高制品致密度。

第二篇：无机材料科学基础试卷

一、名词解释（20分）：

1.不一致熔融化合物，连线规则

答： 不一致熔化合物是一种不稳定的化合物，加热到一定温度会发生分解，分解产物是一种液相和一种固相，液相和固相的组成与化合物组成都不相同。（2.5分）

连线规则：将一界线（或其延长线）与相应的连线（或其延长线）相交，其交点是该界线上的温度最高点。（2.5分）2.非本征扩散，稳定扩散 非本征扩散：受固溶引入的杂质离子的电价和浓度等外界因素所控制的扩散。或由不等价杂质离子取代造成晶格空位，由此而引起的质点迁移。（2.5）

稳定扩散：若扩散物质在扩散层dx内各处的浓度不随时间而变化，即dc/dt=0。这种扩散称稳定扩散。（2.5分）3.非均匀成核, 一级相变

非均匀成核：是指借助于表面、界面、微粒裂纹器壁以及各种催化位置等而形成晶核的过程 一级相变：体系由一相变为另一相时，如两相的化学势相等但化学势的一级偏微商(一级导数)不相等的称为一级相变。（2.5）4.晶粒生长，二次再结晶

晶粒生长：平衡晶粒尺寸在不改变其分布的情况下，连续增大的过程。（2.5分）二次再结晶：是少数巨大晶粒在细晶消耗时成核长大的过程。（2.5分）5.一致熔融化合物，三角形规则

答：一致熔融化合物是一种稳定的化合物，与正常的纯物质一样具有固定的熔点，熔化时，产生的液相与化合物组成相同。（2.5分）三角形规则：原始熔体组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。（2.5分）6.晶粒生长，二次再结晶

晶粒生长：平衡晶粒尺寸在不改变其分布的情况下，连续增大的过程。（2.5分）二次再结晶：是少数巨大晶粒在细晶消耗时成核长大的过程。（2.5分）7.液相独立析晶，切线规则

答：液相独立析晶：是在转熔过程中发生的，由于冷却速度较快，被回收的晶相有可能会被新析出的固相包裹起来，使转熔过程不能继续进行，从而使液相进行另一个单独的析晶过程，就是液相独立析晶。（2.5）

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。

8.本征扩散，不稳定扩散，．答：本征扩散：空位来源于晶体结构中本征热缺陷，由此而引起的质点迁移。（2.5）不稳定扩散：扩散物质在扩散层dx内的浓度随时间而变化，即dc/dt≠0。这种扩散称为不稳定扩散。（2.5分）9.均匀成核，二级相变, 答：均匀成核是晶核从均匀的单相熔体中产生的过程。（2.5分）

相变时两相化学势相等，其一级偏微商也相等，但二级偏微商不等的相变。（2.5分）10.烧结，泰曼温度

答：烧结：由于固态中分子（或原子）的相互吸引，通过加热，使粉末体产生颗粒粘结，经过物质迁移使粉末体产生强度并导致致密化和再结晶的过程。（2.5）泰曼温度：反应物开始呈现显著扩散作用的温度。（2.5）

二、选择题（12分）：

1.据范特荷夫规则,纯固相反应，反应过程是（A）A.放热过程 B.等温过程 C.吸热过程

2.在反应温度下，当固相反应的某一相发生晶型转变时，反应速度是（B）A.无影响 B.加快 C.减慢

3.表面扩散系数Ds，界面扩散系数Dg，晶格扩散系Db的关系是（Ａ）A.Ds﹥Dg﹥Db B.Ds﹥Db﹥Dg C.Db﹥Ds﹥Dg D.Db﹥Dg﹥Ds 4.同一种物质在晶体中的扩散系数（Ｃ）在玻璃中的扩散系数 A．大于 B．等于 C．小于 D．不确定

5.A，B进行反应生成AmBn,为扩散控制的固相反应，若DB》DA，则在AmBn-A界面上，反应物B的浓度CB为（Ｂ）

A.1 B.0 C.不确定

6.烧结中晶界移动的推动力是（Ｂ）

A.表面能 B.晶界两侧自由焓差 C.空位浓度差 7.陶瓷经烧结后在宏观上的变化表述不正确的是（Ｄ）

A.强度增加 B.体积收缩 C.气孔率降低 D.致密度减少 8.金斯特林格方程采用的反应截面模型为（B）A.平板 B.球体 C.球壳 D.圆柱

9.下列过程中，哪一个能使烧结体的强度增加而不引起坯体收缩？（Ａ）A.蒸发-凝聚 B.体积扩散 C.流动传质 D.溶解-沉淀 10.下列属于逆扩散过程的是（Ｂ）

A.二次再结晶 B.杂质的富集于晶界 C.布朗运动

11.在制造透明Al2O3陶瓷材料时，原料粉末的粒度为2μm，在烧结温度下保温30分钟，测得晶粒尺寸为10μm。若在同一烧结温度下保温4小时，晶粒尺寸为（Ｄ）, 为抑制晶粒生长加入0.1％MgO，此时若保温4小时，晶粒尺寸为（Ｂ）。A.16μm B.20μm C.24μm D.28μm 7.同一种物质在晶体中的扩散系数（Ｃ）在玻璃中的扩散系数 A．大于 B．等于 C．小于 D．不确定 10.纯固相反应，反应过程是（Ａ）

A.放热过程 B.等温过程 C.吸热过程

1、杨德尔方程采用的反应截面模型为（A）。A.平板 B.球体 C.球壳 D.圆柱

3、一般情况下，离子晶体较大离子的扩散多半是通过（A）

A.空位机构 B.直接易位 C.间隙扩散 D.亚间隙机构

4、在反应温度下，当固相反应的某一相发生晶型转变时，反应速度是（A）A.加快 B.减慢 C.无影响

5、表面扩散活化能Qs，界面扩散活化能Qg，晶格扩散活化能Qb的关系是（B）A.Qs﹥Qg﹥Qb B.Qb﹥Qg﹥Qs C.Qb﹥Qs﹥Qg D.Qs﹥Qb﹥Qg 4.下列属于逆扩散过程的是（B）

A.二次再结晶 B.晶界的内吸附 C.布朗运动 7.以下属于马氏体相变特征的是（A）

A.无扩散性 B.不存在习性平面 C.相变速度低 D.有特定的转变温度

三、填空题（18分）

1.烧结的主要传质方式有蒸发-凝聚传质、扩散传质、流动传质和溶解-沉淀传质四种，产生这四种传质的原因依次为（压力差）、（空位浓度差）、（应力—应变）和（溶解度）。2.均匀成核的成核速率Iv由（受核化位垒影响的成核率因子）和（受原子扩散影响的成核率因子）因子所决定的。

3.菲克第一定律的应用条件是（稳定扩散），菲克第二定律的应用条件是（不稳定扩散）。4.液-固相变过程的推动力为（过冷度）、（过饱和浓度）和（过饱和蒸汽压）。5.固体内粒子的主要迁移方式有（空位机构）、（间隙机构）。

6.如晶体纯度降低，扩散系数与温度关系曲线中本征与非本征扩散的转折点（向左）。7.合成镁铝尖晶石，可选择的原料为MgCO3 , MgO, γ-Al2O3, α-Al2O3, 从提高反应速率的角度出发选择（MgCO3），（α-Al2O3）原料较好。

8.在均匀成核时，临界成核位垒ΔGk=（1/3Akγ）,其值相当于（新相界面能的1/3）

具有临界半径rk的粒子数nk/N=（exp（-ΔGk/RT））。

9.液-固相变时，非均匀成核位垒与接触角θ有关，当θ为（180º）时，非均匀成核位垒与均匀成核位垒相等。

10.成核生长机理的相变过程需要有一定的过冷或过热，相变才能发生，在（相变过程放热）情况下需要过冷。

11.在制硅砖时，加入氧化铁和氧化钙的原因（作为矿化剂，产生不同晶型石英溶解度不同的液相），能否加入氧化铝（不能）。

12.在液相线以下的分相区的亚稳区内，其分解机理为（成核-生长机理），新相成（孤立的球形颗粒）状，不稳定区的分解机理为（旋节分解区（Spinodale）），新相成（高度连续性的非球形颗粒）状。

6.如杂质的量增加，扩散系数与温度关系曲线中本征与非本征扩散的转折点（向左）。9.液-固相变时，非均匀成核位垒与接触角θ有关，当θ为（０°）时，非均匀成核位垒为零。

1、根据扩散的热力学理论，扩散的推动力是（化学位梯度），而发生逆扩散的条件是（热力学因子＜0，正扩散＞0）。

2、熔体是物质在液相温度以上存在的一种高能量状态，在冷却的过程中可以出现（结晶化）、（玻璃化）和（分相化）三种不同的相变过程。

3、马氏体相变具有以下的一些特征：（存在习性平面）、（相变速率高）、（无特定相变温度）和（）等。

4、从熔体中析晶的过程分二步完成，首先是（成核），然后就是（晶体生长）过程。均匀成核的成核速率Iv由（P）和（D）因子所决定的。

本征扩散是由（热缺陷）而引起的质点迁移，本征扩散的活化能由（形成能）和（空位迁移能）两部分组成。

熔体的析晶过程分二步完成，先是（），然后是（）过程。均匀成核的成核速率Iυ由（）因子（）和（）因子所决定的。

7、菲克第一定律J=-Ddc/dx的应用条件是（稳定扩散），菲克第二定律dc/dt=Ddc/dx的应用条件是（非稳定扩散）

8、相变过程的推动力为（过冷度）、（过饱和度）和（过饱和蒸汽压）

9、在三元系统中，无变量点有三种，分别是（低共熔）、（单转熔）和（双转熔）

11、扩散系数D=D0exp(-Q/RT)中，空位扩散活化能Q由（形成能）（空位迁移能）组成，间隙扩散活化能Q由（间隙原子迁移能）组成。

12、实验测得NaCl的扩散系数与温度关系如右图所示

如提高NaCl晶体纯度，两直线的转折点

变化规律为（向下移动）。

高温区是（本征）扩散，低温区是（非本征）扩散。

14、析晶相变过程的推动力是（过冷度），过饱和浓度），（过饱和蒸汽压）；在均匀成核时，临界成核位垒ΔGk=（1/3Akγ）,其值相当于（新相界面能的1/3），具有临界半径rk的粒子数nk/N=（exp（-ΔGk/RT））。

15、液-固相变时，非均匀成核位垒与接触角θ有关，当θ为（90°）时，核化位垒下降一半

16、成核生长机理的相变过程需要有一定的过冷或过热，相变才能发生，在（△H＜0）情况下需要过冷，（△H＞0）情况下需要过热。

18、某硅酸盐熔体，无析晶区，要使其析晶应采取（加入成核剂，作为成核基体，移动成核速率曲线）办法；自发析晶能力大的熔体，采取（急冷）的措施使熔体来不及析晶而玻璃化。

19、在液相线以下的分相区的亚稳区内，其分解机理为（成核生长机理），新相成（孤立球形状）状，不稳定区的分解机理为（调幅分解机理），新相成（连续蠕虫）状。

四、简答题（32分）

1、影响固相反应的因素有那些？（6分）

答：影响固相反应的因素有反应物化学组成与结构的影响；颗粒度和分布影响；反应温度、压力、气氛影响；矿化剂的影响。（6分）

2、从热力学、动力学特性、形貌等对比不稳分解和均匀成核成长这两种相变过程。如何用实验方法区分这两种过程？（9分）

答：不稳分解：在此区域内，液相会自发分相，不需要克服热力学势垒，无成核-长大过程，分相所需时间极短，第二相组成随时间连续变化，在不稳分解分相区内，随着温度的降低、时间的延长，析出的第二相在母液中相互贯通，形成蠕虫状结构。（4分）

成核-生成：在此区域内，在热力学上，系统对微小的组成起伏是亚稳的，形成新相需要做功，即存在成核势垒，新相形成如同结晶过程的成核-长大机理，分相所需时间长，分出的第二相组成不随时间变化。随着温度的降低、时间的延长，析出的第二相在母液中逐渐长大，形成孤立球状结构。（4分）

用TEM观察分相以后形貌，若两相无明显的连续性，第二相呈孤立球状，则为成核-生长分相；若两相形成互相交织的“蠕虫状”，则为不稳分解相变过程。（1分）

3．晶界移动遇到气孔时会出现几种情况，从实现致密化目的考虑，晶界应如何移动？怎样控制？（10分）

答：烧结初期，晶界上气孔数目很多，此时气孔阻止晶界移动，Vb=0。（2分）烧结中、后期，温度控制适当，气孔逐渐减少。可以出现Vb=Vp，此时晶界带动气孔以正常速度移动，使气孔保持在晶界上，气孔可以利用晶界作为空位传递的快速通道而迅速汇集或消失。（2分）继续升温导致Vb》Vp，晶界越过气孔而向曲率中心移动，气孔包入晶体内部，只能通过体积扩散排除，这是十分困难的。（2分）

从实现致密化目的考虑，晶界应带动气孔以正常速度移动，使气孔保持在晶界上，气孔可以利用晶界作为空位传递的快速通道而迅速汇集或消失。（2分）控制方法：控制温度，加入外加剂等。（2分）

4.试比较杨德尔方程和金斯特林格方程的优缺点及其适用条件。（7分）答：杨德尔方程在反应初期具有很好的适应性，但杨氏模型中假设球形颗粒反应截面积始终不变，因而只适用反应初期转化率较低的情况。（4分）而金氏模型中考虑在反应进程中反应截面积随反应进程变化这一事实，因而金氏方程适用范围更广，可以适合反应初、中期。两个方程都只适用于稳定扩散的情况。（4分）5.相变过程的推动力是什么？（8分）

答：总的推动力：相变过程前后自由能的差值 ①、相变过程的温度条件

在等温等压下，ΔG=ΔH-TΔS 在平衡条件下，ΔG＝0，则ΔS=ΔH/T0 式中：T0——相变的平衡温度；ΔH——相变热。

在任意一温度了的不平衡条件下，则有ΔG=ΔH-TΔS≠0 若ΔH与ΔS不随温度而变化，ΔG=ΔH-TΔH/T0=ΔH（T0-T）/T0=ΔHΔT/T0 相变过程放热ΔHO，TO，要使ΔG<0，须有ΔTT0,过热。

因此相平衡理论温度与系统实际温度之差即为该相变过程的推动力。(2分)②．相变过程的压力和浓度条件

(1)气相，恒温下ΔG=RTlnP0/P 欲使ΔG <0，须P>P0 即汽相过饱和。(2分)(2)溶液 ΔG=RTlnC0/C 欲使ΔG <0，须C>C0 即液相过饱和。(2分)综上所述，相变过程的推动力应为过冷度、过饱和浓度、过饱和蒸汽压。即相变时系统温度、浓度和压力与相平衡时温度、浓度和压力之差值。(2分)6．烧结的主要传质方式有那些?分析产生的原因是什么?（8分）

答：烧结初期，晶界上气孔数目很多，此时气孔阻止晶界移动，Vb=0。（1分）烧结中、后期，温度控制适当，气孔逐渐减少。可以出现Vb=Vp，此时晶界带动气孔以正常速度移动，使气孔保持在晶界上，气孔可以利用晶界作为空位传递的快速通道而迅速汇集或消失。（2分）继续升温导致Vb》Vp，晶界越过气孔而向曲率中心移动，气孔包入晶体内部，只能通过体积扩散排除，这是十分困难的。（2分）

从实现致密化目的考虑，晶界应带动气孔以正常速度移动，使气孔保持在晶界上，气孔可以利用晶界作为空位传递的快速通道而迅速汇集或消失。（1分）控制方法：控制温度，加入外加剂等。（2分）7．说明影响扩散的因素？（6分）

答：化学键：共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。（1分）

缺陷：缺陷部位会成为质点扩散的快速通道，有利扩散。（1分）

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越敏感。（1分）

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。（1分）

扩散物质的性质：扩散质点和介质的性质差异大利于扩散。（1分）

扩散介质的结构：结构紧密不利扩散。（1分）

8、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，r MoO3 =0.036㎜, r CaCO3 =0.13㎜时, 反应是扩散控制的。当MoO3：CaCO3 =1：15，r CaCO3﹤0.03㎜时，反应由升华控制，试解释这种现象。（8分）

答：当MoO3的粒径r1为0.036mm，CaCO3的粒径r2为0.13mm时, CaCO3颗粒较大且大于MoO3，生成的产物层较厚，扩散阻力较大，所以反应由扩散控制，反应速率随着CaCO3颗粒度减小而加速，（4分）当r2

9、试用图例说明过冷度对核化、晶化速率和晶粒尺寸等的影响，如无析晶区又要使其析晶应采取什么措施？（8分）

答：过冷度过大或过小对成核与生长速率均不利，只有在一定过冷度下才能有最大成核和生长速率。（2分）若ΔT大，控制在成核率较大处析晶，易得晶粒 多而尺寸小的细晶；（1分）

若ΔT小，控制在生长速率较大处析晶则容易获 得晶粒少而尺寸大的粗晶；（1分）

如果成核与生长两曲线完全分开而不重叠，则无析 晶区，该熔体易形成玻璃而不易析晶；若要使其在一定 过冷度下析晶，一般采用移动成核曲线的位置，使它向

生长曲线靠拢。可以用加人适当的核化剂，使成核位垒降低，用非均匀成核代替均匀成核。使两曲线重叠而容易析晶。（2分）要使自发析晶能力大的熔体形成玻璃，采取增加冷却速度以迅速越过析晶区的方法，使熔体来不及析晶而玻璃化。（2分）

10、简述晶粒生长与二次再结晶的特点，以及造成二次再结晶的原因和控制二次再结晶的方法。（10分）

答：晶粒生长：坯体内晶粒尺寸均匀地生长，服从Dl∝d／f公式；平均尺寸增长，不存在晶核，界面处于平衡状态，界面上无应力；晶粒生长时气孔都维持在晶界上或晶界交汇处。（3分）

二次再结晶是个别晶粒异常生长，不服从上式；二次再结晶的大晶粒的面上有应力存在，晶界数大于10的大晶粒，成为二次再结晶的晶核；二次再结晶时气孔被包裹到晶粒内部。（3分）

从工艺控制考虑，造成二次再结晶的原因主要是原始粒度不均匀、烧结温度偏高。（2分）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；控制烧结温度 ；选择原始粒度的均匀原材料。（2分）

第三篇：无机材料科学基础教案

《无机材料科学基础》

绪论

1、材料的发展动向及本课程的重要地位；

2、本课程的特色及基本要求。

3、无机材料物理化学的科学内涵

4、无机材料物理化学的研究方法

5、参考文献

第一章

结晶学基础

§1-1—§1-6内容在结晶学课程中讲授 §1-7

晶体化学基本原理

一、结晶化学定律（Goldschmidt——哥希密特定律）

1、数量关系

2、大小关系

3、极化性能

二、决定晶体结构的基本因素

（一）原子半径和离子半径

（二）球体紧密堆积原理

1、等径球的最紧密堆积及其空隙（1）六方最紧密堆积 1）六方最紧密堆积方式 2）六方最紧密堆积特点（2）面心立方最紧密堆积 1）立方最紧密堆积方法 2）立方最紧密堆积特点（a）最紧密堆积的堆积系数

（b）紧密堆积中的空隙类型与数目

2、不等径球的堆积

一、配位数与配位多面体

1、配位数（CN）

2、配位多面体

二、离子极化

三、电负性（X）

四、鲍林规则（L.Pauling）

（一）第一规则——配位多面体规则

1、第一规则的意义

2、配位数与临界半径比（极限半径比）

（二）第二规则——电价规则（最重要的规则）

1、电价规则的意义——可确定负离子的CN或电价

2、可分析晶体结构是否稳定并分析结构中配位多面体的连接方式

（三）第三规则—共顶、共面、共棱规则

（四）第四规则——岛式规则

（五）第五规则——节约规则 作业：P37 1-10 四面体键角109.28； 思考题： P37

1-7； 1-9；

第二章

晶体结构与结构缺陷

§2-1

典型结构类型

一、金刚石结构与石墨结构

（一）描述晶体结构的方法

1．点坐标法—描述结构基元的位置 2．投影法—也叫标高法。

3、球体紧密堆积法—反映质点的堆积特点和充填情况；

4．多面体的连接方式——对复杂的晶体结构，其质点数目多，用其他方法表示不易找出特点，而用此法则简单明了地描述其结构特点。

（二）金刚石结构

（三）石墨结构

金刚石是目前硬度最大的材料，石墨则是最软的材料。性质差异的原因是结构上的差异。

二、NaCl型结构

NaCl从化学式上说是属于AX型化合物：

（一）NaCl型结构分析

NaC晶体的空间群：Fm3m F——表示布拉格点阵类型（面心立方）

m——表示对称面[在（001）面上有一对称面]； 3——对称轴[在（111）面上有一个三次轴；

m——表示倒转轴[在垂直于（110）方向有对称面）

[

2=m]



1、从堆积方式上分析

＋－

2、Na、Cl在晶体中的位置分布规律

（二）具有NaCl型结构的物质有32种

氧化物：MgO、CaO、SrO、BaO、MnO、FeO、CoO、NiO 氮化物：TiN、LaN、TiC、ScN、CrN、ZrN 这些物质其晶系、堆积方式、正负离子配位数、点阵类型均相同，仅晶格常数不同。

三、闪锌矿型结构——（ZnS）

1、立方型ZnS结构分析

2、具有闪锌矿结构的晶体——有27种

四、纤锌矿型结构——（ZnS）

1、六方ZnS结构分析

2、具有六方ZnS结构的晶体——有23种如： BeO、ZnO、AlN

五、萤石型（CaF2）结构

（一）萤石结构

1、萤石结构分析

2、结构特点

（1）内部空隙较大——1/2有立方体空隙是空的

（2）可看作是正离子作面心立方堆积，F-离子充填在四面体中；

3、晶体的特性

（1）该结构的晶体可作离子导电体即此结构有利于负离子扩散；因为内部存在较大的空隙（立方体空隙）

（2）沿（111）面有解理；在（111）面上Ca-Ca之间距最小，有斥力，易沿此面解理

4、具有萤石结构的晶体

（二）反萤石结构

1、反萤石结构

——保持萤石结构中的晶型和点阵类型不变，只是将正负离子的位置互换而构成的结构称之

2、具有反萤石结构的晶体

这类化合物的共同特性是：熔点低——常作为助熔剂使用

六、金红石（TiO2）型结构

1、金红石结构分析

2、晶体的特性

七、碘化镉（CdI2）型结构

八、刚玉型结构（-Al2O3）

1、结构分析

2、晶体特性

3、类似结构的晶体：

九、钙钛矿型（CaTiO3）结构 结构通式：ABO3

A——低价离子（二价或一价）B——高价离子（四价或五价）

1、钙钛矿型结构分析

2、晶体的特性

3、类似结构的晶体

十、尖晶石型结构（MgAl2O4）通式：

AB2O4（正尖晶石）其中：

A——低价（2+）

B——高价（3+）

[总价=+8]

（一）MgAl2O4尖晶石结构分析

1、结构分析

2、正尖晶石结构的规律

3、晶体的特性

（二）反尖晶石结构

典型结构分析方法归纳：

A、负离子的堆积方法——由晶胞图可点阵类型来分析 B、正负离子的配位数——分别由第一、第二规则来分析 C、正离子充填情况——由化学式和第一规则直接判断 D、多面体之间的连接方式——由第二规则来分析 §2-2 硅酸盐晶体结构

一、硅酸盐晶体的组成、结构特点与分类

（一）化学组成表示法

1、化学式——氧化物表示法

2、结构式——无机络盐的表示法

3、结构式的意义

（二）结构的共性规律

（三）结构分类

二、岛状结构

（一）硅酸盐晶体结构的分析方法

1、按O/Si比判断结构类型

2、分析附加阳离子的作用并由鲍林第一规则确定其配位数；

3、分析各多面体之间的连接方式（应用第二规则）

4、结合晶胞图或投影图，分析了解硅氧骨干在晶胞中的分布规律或特点；

（二）Mg2SiO4结构分析

三、组群状结构

（一）组群状结构的特点

1、由n个[SiO4]构成结构单元其n=2,3,4,6；O/S=3～3.5；

2、硅氧骨干之间不直接连接，由附加阳离子将其连成整体。

（二）绿宝石（绿柱石）结构

1、结构特点

2、具有类似结构的材料及其特性

四、链状结构

（一）特点与类型

1、特点

2、类型

A、单链——通式{SinO3n} O/Si=3；透辉石 CaMg[Si2O6] B、双链——由2条单链平行连结而成；通式——[SinO3n-1] O/Si=2.5～2.75

（二）透辉石晶体结构

1、O/Si=3 n=2——单式2元链

2、链之间由CaMg相连接

3、Ca.Mg可由其他离子取代，（三）晶体特性

A、附加正离子的电价——环状有二、三价；链状只有[2价]低价； B、外加正离子大小——与CN及空隙大小有关，环状中空隙大。

五、层状结构

（一）层状结构的形成与特点

1、所有桥氧都在同一平面上，所有活性氧都指向相同方向。

2、结构通式

3、晶体是由[SiO4]与八面体层[附加阳离子充填层]沿C轴重叠堆积而成。

（二）高岭石结构

1、结构分析

（1）[Si2O5]是单网形[2层矿]（2）附加阳离子Al的CN=6，（3）属于二八面体矿物

2、矿物特性

3、类似结构的矿物

（三）蒙脱石结构

1、结构分析

2、矿物特性

3、类似矿物

（四）伊利石与白云母结构

1、伊利石结构

2、白云母结构 KAl2 [AlSi3O10](OH)2

（五）分析层状结构归纳

1、矿物的层型（单网或复网

2、八面体形式（二八面体、三八面体）

3、层中离子的取代位置和程度（是发生在四面体内还是八面体内）

4、层间结合力（范氏力、氢键、离子键）

5、层间水的有无

六、架状结构

（一）形成与特点

（二）石英晶体结构

1、石英的主要晶型

2、石英、鳞石英、方石英结构上的主要差异（1）石英晶体结构（2）鳞石英（3）方石英

（三）长石晶体结构

1、特点

2、长石晶体的特性

3、透长石的结构分析 §2-3 晶体结构缺陷

一、点缺陷

（一）点缺陷的类型

1、点缺陷的存在形式

2、热缺陷

（1）弗仑克尔（Frenker）缺陷（2）肖特基(Schttky)缺陷

3、杂质缺陷（组分缺陷）

4、非化学计量结构缺陷

（二）缺陷化学反应表示法

1、克罗格—明克符号

2、缺陷反应方程式的规则

3、缺陷反应式的写法举例

（三）缺陷浓度的计算

（四）点缺陷的化学平衡

1、弗仑克尔缺陷

2、肖特基缺陷

3、缺陷平衡浓度计算举例

二、固溶体

（一）固溶体的基本概念

（二）固溶体的分类

分类方法有二种：

1、按溶质原子在溶剂晶格中的位置分类（1）置换式（取代式）（2）间隙式

2、按溶质的溶解度分类（1）连续固溶体

(2)有限固溶体（也叫不连续固溶体或部分互溶固溶体）

（三）连续置换型固溶体的形成条件

1、离子尺寸因素

2、晶体的结构类型

3、离子电价或总电价

4、电负性

（四）不等价置换固溶体中的缺陷形式

1、不等价取代固溶体中缺陷类型

2、固溶分子式的写法

(A)以基质（溶剂）的分子式为基准形式(B)基质原子写在前，取代原子写在其后

(C)根据缺陷式的位置数取代情况，将取代后的原子分数（或小数）写在相应原子的右下角

（五）间隙型固溶体的影响因素

1、杂质原子半径大小

2、基质晶格间隙大小

3、不等价取代时，电价的平衡可由形成空位或复合阳离子置换来满足

三、非化学计量化合物

（一）非化学计量化合物特点

（1）由外界条件变化而引起的，缺陷浓度随氧分压而变化（2）产生在变价元素的氧化物晶体中；（是同一元素不同价氧化物构成的固溶体）（3）材料中往往存在自由电子和电子空穴，故材料有半导性

（二）非化学计量化合物类型

有正负离子空位、正负离了填隙共四类：

1、阴离子缺位型（TiO2-x、ZrO2-x）

2、阳离子填隙型（Zn 1+xO）

3、阴离子填隙型(UO2+x)

4、阳离子缺位型(FeO1-x、CuO2-x)

（三）非化学计量化合物意义

四、固溶体的研究方法及意义

（一）研究内容

（二）固溶体类型判别

（三）研究固溶体的意义

五、线缺陷（位错）

P73

（一）刃位错及其特点

1、刃位错的形成

2、刃位错的符号

3、刃位错的特点

（二）螺位错及其特点

作业 P75 2-1、6、7、8、9、11、12

第三章 熔体与玻璃体

本章主要讨论硅酸盐熔体和玻璃体的结构、性质、产生原因与形成条件及其影响因素等。熔体——物质在高温时以液体存在的一种状态； 玻璃体——由熔体过冷却而形成的非晶态固体。§3-1 熔体结构的聚合物理论

一、关于熔体结构的聚合物理论要点

随着研究手段和测试技术的进步，对熔体结构的认识已逐渐形成。由许多实验结果表明，熔体的结构与玻璃结构十分相近，其共同特点是：近程有序——从局长小范围看质点排列有规则；

远程无序——从整体结构上看内部质点排列是无序的；

二、聚合程度与温度、组成的关系

——熔体的聚合程度取决于温度和组成。

（一）温度的影响（组成不变时）

（二）组成的影响（温度不变时）§3-2 熔体的性质

一、粘度

（一）粘度的定义及表达式

1、粘度的定义

2、粘度的理论解释（略讲）（1）绝对速度理论（2）自由体积理论（3）过剩熵理论

（二）影响粘度的因素

1、温度

2、组成（1）R2O的作用（2）RO的作用（3）RO的作用

3二、表面张力-表面能

（一）表面张力与比表面能

（二）影响因素

1、组成的影响

2、温度的影响 §3-3 玻璃的通性 通性——指无论其化学组成如何，只要是玻璃都具有的宏观共性。

一、各向同性

二、介稳性

三、熔融态向玻璃转化的可逆性与渐变性

四、熔融态向玻璃态转化时理化性质随温度变化的连续性 §3-4 玻璃的形成

主要介绍玻璃形成时的动力学条件和结晶化学条件。教学主要围绕以下内容： 玻璃是怎样形成的？——形成方法

什么样的条件才能形成玻璃？——动力学条件 什么样的物质易形成玻璃？——结晶化学条件 ——主要是探讨玻璃形成的内在规律与外部条件；

一、形成方法

(略讲)玻璃的形成方法较多，大体上可从传统玻璃、与特种玻璃两方法来介绍

1、传统玻璃

2、特种玻璃

二、玻璃形成的热力学条件

三、玻璃形成的动力学条件（略讲，在相变一章中详细讲解）

（一）临界冷却速率

1、临界冷却速率

2、转变的体积分数与时间、温度的关系

3、三T图的意义

(二)影响临界冷却速率的因素

临界冷却速率是随熔体组成而变化的，组成对临界冷却速率的决定作用可具体表现为：

1、高温粘度

2、Tg比值

Tm

四、玻璃形成的结晶化学条件

主要是从物质内部的化学键特性、质点的排列状况等本质原因上来寻求解释

（一）键强（单键能）

键强（P）也叫单键能——由化合物的分解能除以正离子配位数

1、玻璃网络形成体

P＞335 KJ/mol

2、网络改（变）性体

P＜250 KJ/mol

3、网络中间体

P=250~330 KJ/mol

（二）键型

§3-5 玻璃的结构

一、晶子假说

（一）实验发现

1、折射率在573℃有突变

2、X-射线（XRD）衍射分析表明钠硅玻璃的衍射峰与偏硅酸钠晶体的相一致

3、红外光谱分析表明玻璃与晶体的吸收波的极大值相一致

（二）理论要点

（三）存在问题

二、无规则网络假说

（一）理论要点

（二）实验支持

1、XRD小角度衍射结果表明：

径向分布函数曲线进一步说明玻璃中的有序程度仅为10~12Å左右；与晶胞大小相近。

2、径向分布函数图的意义

3、玻璃的径向分布函数图分析：

（三）对玻璃性质的解释

（四）两假说的异同 §3-6 常见玻璃类型

一、硅酸盐玻璃

（一）石英玻璃

1、石英玻璃的结构

2、特性

（二）硅酸盐玻璃

1、结构描述

2、玻璃的性质

（三）网络结构参数

1、网络参数及意义

2、Y值的计算示例

3、Y值与玻璃性能的关系

二、硼酸盐玻璃

（一）硼酸盐玻璃的结构

（二）硼反常现象

作业：P104~105：——3—1、2、3、4、5、6、8、11、12

第四章

表面与界面

§4-1 固体的表面

一、固体表面的特征

（一）固体表面的不均一性

（二）固体表面力场

1、范德华力（短程力）（1）定向作用力（2）诱导作用力

（3）色散力（分散作用力）

2、长程力

二、晶体表面结构

（一）离子晶体的表面结构

1、离子晶体表面双电层结构

2、表面双电层与离子极化性能及的关系

（二）玻璃体表面结构

（三）晶体表面的几何结构

三、固体的表面能

1、表面能理论式的推导

2、共价键晶体的表面能计算示例

3、离子晶体的表面能计算示例 §4-2 界面行为

一、弯曲表面效应

（一）曲面压差

（二）曲面上的蒸气压

（三）微小晶粒的溶解度及熔点

二、润湿与粘附

（一）接触角与润湿作用

（二）润湿的三种类型

1、铺展润湿

2、附着润湿（也叫粘附润湿）

3、浸渍润湿

（三）影响润湿的因素

三、吸附与表面改性

（一）吸附与表面改性定义

（二）表面改性在硅酸盐工业中应用的实例

1、改善成型性能（1）Al2O3瓷

（2）CaTiO3电容器陶瓷

2、减水作用

3、提高球磨效率

（三）润湿与相分布

1、固-固-气接触系统

2、固-固-液接触系统 §4-3 晶 界（略讲）§4-4 粘土-水系统胶体化学

一、粘土的荷电性

1、负电荷——主要来自两个方面

2、两性电荷——断键引起

3、净电荷

二、粘土的离子吸附与交换性

（一）粘土阳离子吸附与交换的特点

1、粘土阳离子吸附与交换现象

2、粘土阳离子吸附与交换特点

3、交换条件

（二）粘土阳离子交换容量及影响因素

1、交换容量的意义（2、影响交换容量的因素

（三）粘土阳离子交换序

三、粘土胶体的动电性质

（一）粘土与水的作用

1、作用原因

2、粘土胶团中水的存在形式

3、结合水量及其影响因素

（二）粘土胶体的电动电位——ζ电位

1、粘土胶团与ζ电位

2、影响ζ电位的因素

3、ζ电位与泥浆性能的关系

四、粘土-水系统的胶体化学性质

（一）流变学基础——流变曲线的类型（略讲）

下面根据流动曲线，介绍流动类型、流动方程及其特点：流体的流动分为以下几类：

1、牛顿型流动

2、宾汉型流动

3、塑流型

4、假塑性流动——也叫剪切稀释型

5、胀流型——也叫剪切稠化型

（二）泥浆的流动性与稳定性

1、流动性、稳定性

2、稀释现象及机理

3、稀释条件

4、稀释效果与注浆性能

（三）泥浆的触变性

1、触变性

2、触变结构

3、影响触变性的因素（1）泥浆含水量（2）矿物的组成（3）颗粒大小与形状（4）电解质种类与加入量（5）温度

（四）粘土的可塑性

1、应力-应变曲线

2、可塑泥料中引力-斥力分析

3、影响可塑性的因素

4、调整改善可塑性的方法

五、瘠性料的悬浮与塑化

（一）瘠性料的悬浮

1、控制料浆的PH值

2、PH值与和-电位的关系

3、Al2O3胶团结构及形成

（二）有机添加剂对瘠性料的作用

1、悬浮作用

2、聚沉作用

3、塑化作用

作业：

P139—4—1、2、3、4、5、7、9、10

第六章

相平衡

§6-1 硅酸盐系统相平衡特点

一、热力学平衡态与非平衡态

（一）平衡态的特征与条件

（二）硅酸盐系统的特点

（三）相图的指导意义

二、硅酸盐系统中的组分、相及相律

1、相律

2、自由度数

3、相

4、凝聚系统的相律 §6-2 单元系统一、水型物质与硫型物质

（一）单元相图回顾

（二）水型物质与硫型物质相图特征

二、具有多晶转变的单元相图 相区、界线、点代表的意义

1、相区

2、界线

3、点

三、SiO2系统

（一）相图简介

1、各点、线、面的含义

2、晶型转变点

（二）SiO2多晶转变特点

（三）多晶转变对生产的影响

1、各种转变产生的体积效应

2、体积效应对生产的影响

（四）SiO2相图应用

四、ZrO2系统

§6-3 二元系统一、基本类型简介

（一）最简单二元相图

1、相图特征

2、各点线面的含义

3、析晶路程分析

4、杠杆规则及应用

（二）生成化合物的二元相图

1、生成一个一致熔化合物的二元相图

2、生成一个不一致熔化合物的二元相图

3、生成一个固态分解化合物的二元相图

（三）具有多晶转变的二元相图

（四）生成固溶体的二元相图

1、形成连续固溶体的二元相图

2、形成有限固溶体的二元相图

（五）形成二液分层的相图

1、相图特征：

2、析晶路程：

二、实际二元相图举例

（一）分析二元相图的一般方法

（二）Al2O3-SiO2相图

1、相图特征

2、相图应用

（三）MgO-SiO2相图

1、相图介绍

2、相图应用

三、凝聚系统相图测定方法

作业：P224 6—2、3、5、6、7、8、9 §6-4 三元系统 一、三元相图概述

（一）组成表示法

1、浓度三角形

2、读取方法

（二）浓度三角形中组成变化的规则

1、等含量规则

2、定比例规则

3、背向性规则

（三）杠杆规则

（四）重心原理

1、重心位规则

2、交叉位规则

3、共轭位规则

（五）最简单三元系统立体图与投影图

1、立体图

2、平面投影图

3、温度表示法

4、析晶路程分析

（1）在初晶区内的析晶（2）在界线上的析晶（3）在三元无变点上的析晶（4）各相量的计算 二、三元相图的基本类型

（一）生成一个一致熔二元化合物的三元相图

1、相图特征

2、相图分析

（二）生成一个不一致熔二元化合物的三元相图

1、相图特征

2、分析三元相图的几个重要规则（1）连线规则（2）切线规则（3）重心原理（4）三角形规则

（5）划分副三角形的原则与方法

3、析晶路程分析

4、熔融（加热）过程分析

（三）生成一个固态分解的二元化合物的三元相图

1、相图特征

2、过渡点（R）的特性

生成一个一致熔三元化合物三元相图

1、相图特征

2、相图分析

（四）生成一个不一致熔三元化合物的三元相图

1、具有双升点（单转熔点）的类型

2、具有双降点（双转熔点）的类型

作业：P226 6—1、10、11、12、13

（五）其他类型简介

1、具有多晶转变的相图

2、形成一个二元连续固溶体的相图（1）相图特点

（2）析晶路程分析示例

3、具有液相分层的相图

分析三元相图方法与步骤归纳

1、怎样判读三元相图

2、析晶路程的方法归纳

3、分析熔融路程的方法 三、三元实际相图举例

（一）K2O-Al2O3-SiO2相图

1、相图介绍

2、相图应用举例

（二）MgO-Al2O3-SiO2相图

1、相图介绍

2、相图应用

（三）Na2O-CaO-SiO2相图

1、相图介绍

2、相图应用举例

作业：P226~227 6—

18、第七章

扩散与固相反应

§7-1 晶体中扩散的基本特点与宏观动力学方程

一、扩散的基本概念与特点

1、何谓扩散

2、固体中扩散的特点

二、扩散动力学方程——宏观规律

（一）菲克第一定律（Fick）

1、公式推导

2、各向异性体的扩散方程

3、适用条件

（二）菲克第二定律

（三）扩散的布朗运动理论

1、无序扩散——即无规则行走（布朗运动）

2、无序扩散系数

三、扩散动力学方程的应用举例

（一）稳定扩散举例

（二）不稳定扩散举例

1、短时解

2、长时解

§7-2 扩散过程的推动力、微观机构与扩散系数

一、扩散的热力学解释

（一）扩散的推动力

（二）自扩散系数与互扩散系数

1、自扩散系数

2、互扩散系数

二、微观机构与扩散系数

（一）固体中扩散的方式

1、空位扩散

2、间隙扩散

3、推填式扩散（亚间隙式）

4、易位扩散

5、环形换位扩散

（二）扩散系数的理论公式

（三）本征扩散与非本征扩散

1、本征扩散与非本征扩散

2、各自的特点

三、非化学计量化合物中的扩散

1、正离子空位扩散型

2、氧离子空位扩散型 §7-3影响扩散的因素

一、扩散介质的组成、键性与结构

（一）晶体组成的影响

（二）键强与键性

（三）晶体结构

1、扩散介质的结构紧密程度

2、表面及晶界的影响

二、扩散物的本性

1、半径的影响（电价相同时）

2、电价的影响

三、温度与杂质的影响

1、温度的作用

2、杂质的影响

作业：

P254~255：7—1、2、3、5、6 §7-4 固相反应及其动力学特征

一、固相反应及其特点

（一）固相反应的定义

（二）固相反应的特点

二、固相反应的分类

（一）按反应物的聚集状态分类

（二）按反应的性质分类

（三）按反应控制机理分类 §7-5 固相反应动力学方程 一、一般动力学关系

(一)固相反应速率表达式(二)固相反应控制过程的确定

二、化学反应控制的动力学方程

三、扩散控制的动力学方程

（一）杨德尔方程

1、平板模型——抛物线方程

2、杨德尔方程（Jander）

（二）金斯特林格方程

1、推导条件：

2、金氏方程与杨氏方程的比较

（三）卡特方程（1960年提出）（略讲）§7-6 影响固相反应的因素

一、反应物的化学组成与结构

1、活性与热处理条件

2、晶型转变点附近晶格活化反应能力大

3、新分解产物的反应活性大

二、颗粒尺寸及分布

三、温度、气氛、压力

1、温度

TKD

2、气氛

3、成型压力

四、矿化剂的作用

1、影响晶核形成速率

2、活化晶格

3、降低熔点，形成低共熔物

作业：

P254~255

7——7、8、9、10、11、12、13

第八章

相

变

一、研究相变过程的意义

二、本章目的与要求 §8-1 相变的分类

一、相变的热力学分类

（一）一级相变

（二）二级相变

二、按相变机理分类

（一）成核-生长相变

（二）连续型相变（Spinodal分解）

（三）马氏体相变

（三）有序无序转变

三、按质点迁移特征分类

（一）扩散型相变

（二）无扩散型相变 §8-2 液-固相变热力学

一、相变过程的不平衡态及亚稳区

1、不平衡与亚稳区

2、亚稳区的性质

二、相变过程的推动力

1、相变过程的温度条件

2、压力条件和浓度条件

三、晶核形成条件

（一）成核过程的能量变化

（二）临界晶核半径及其意义

（三）临界晶核形成能 §8-3 液-固相变动力学

一、成核过程动力学

(一)均匀成核（本征成核）

1、成核速率（2、IV）

IV—T关系分析

（二）非均匀成核

1、非均匀成核的特点

2、非均匀成核势垒与润湿角的关系

3、非均匀成核速率——

IS

二、晶体生长过程动力学

（一）晶体生长过程分析

（二）晶体生长的线速度

uT关系分析

（三）三、总结晶速率

（一）相变总速率方程（X）

（二）阿伏拉米方程

四、析晶过程及控制

（一）过冷度T对析晶的影响

（二）析晶过程的控制

1、有析晶区存在的系统

2、无析晶区的系统

五、影响析晶能力的因素

（一）熔体组成

（二）熔体的结构

（三）界面状况

（四）外加剂

（五）温度 §8-4 液-液相变过程

一、液相的不混溶现象

（一）分相的机理及特征

1、亚稳分相（成核-生长机理）

2、不稳分相（连续型相变也称Spinodale分解）

3、成核—生长分相与不稳分相比较（1）亚稳分相与不稳分相在在G-C曲线上的特征分析（2）亚稳分相与不稳分相的比较

三、分相的结晶化学观点

作业：

P282：8——1、2、3、5、6、7、9

第九章

烧

结

§9-1 概 述

一、烧结过程与定义

（一）烧结过程

（二）烧结的定义

二、几个概念

1、烧结与烧成

2、烧结与熔融

3、烧结与固相反应

三、烧结的推动力

1、推动力

2、烧结的条件

3、如何判断材料烧结难易

四、烧结模型 §9-2 固态烧结

一、蒸发-凝聚传质

（一）传质原因（机理）

（二）传质的条件

（三）动力学方程

1、冷凝速率(Um)

2、颈部半径增长速率（X/r）

3、公式分析

（四）传质特点

二、扩散传质

（一）颈部应力与空位浓度的关系

（二）扩散途径

（三）扩散传质初期特点及动力学方程

1、初期的特点

2、颈部半径增长率

3、公式分析

（四）扩散传质中期、后期特点及控制

1、中期的特点

2、烧结中期模型

3、烧结中期动力学公式

4、后期的特点及动力学方程 §9-3 液相参与的烧结

一、液相烧结的特点与分类

（一）液相烧结特点

（二）液相烧结的分类

二、流动传质

（一）粘性流动

1、粘性流动初期模型及动力学方程

2、粘性流动中期、后期动力学方程

（二）塑性流动

三、溶解-沉淀传质

（一）传质条件与过程

（二）颗粒重排

（三）溶解-沉淀传质

1、溶解-沉淀传质理论模型

2、致密化速率

四、各种传质机理分析比较 §9-4 晶粒生长与二次重结晶

一、晶体生长

（一）晶粒生长的基本概念

1、晶粒生长的现象

2、晶粒生长的推动力

3、晶界移动速率与晶粒生长速率（1）晶界移动速率（2）晶粒生长速率

（二）晶粒长大的几何规律

（三）晶粒生长的控制

1、晶界移动与气孔移动的几种情况

2、晶粒生长的极限尺寸及控制 二、二次重结晶（晶粒异常长大）

（一）产生原因

（二）工艺控制途径

1、工艺控制途径

2、措施

（三）晶粒生长与二次重结晶的比较

三、晶界在烧结中的作用 §9-5 影响烧结的因素

一、粉料的起始粒度

二、外加剂的作用

1、外加剂与主晶相形成固溶体

2、外加剂与主晶相形成化合物

3、阻止晶型转变

4、外加剂与主晶相形成液相

5、扩大烧结温度范围——使之在较低温度下出现液相，拓宽了下限温度；

三、烧结温度和保温时间

(一)温度

（二）保温时间

四、气 氛

五、成型压力

六、盐类的选择及其煅烧条件

1、煅烧条件

2、盐类的选择

作业题： P317：9—1、2、4、6、8、9、10、12 §9-6 特种烧结原理（略讲）

一、热压烧结

二、活化烧结

第四篇：基础习题

8单

“

1、为了具体反映利润的形成情况，我国现行的利润表的结构一般采用（）报告结构。(A)单步式(B)多步式(C)账户式(D)报告式”

“

2、资产负债表中，直接根据总账账户填列的项目有（）。(A)交易性金融资产、应收票据、工程物资、短期借款、应付职工薪酬、应交税费、实收资本、盈余公积

(B)交易性金融资产、应收票据、应收账款、工程物资、短期借款、应付职工薪酬、应交税费、实收资本、盈余公积

(C)交易性金融资产、应收票据、存货、工程物资、短期借款、应付职工薪酬、应交税费、长期借款、实收资本、盈余公积(D)交易性金融资产、应收票据、存货、工程物资、短期借款、应付账款、应交税费、实收资本、盈余公积”

“

3、资产负债表中，所有者权益项目包括（）。(A)实收资本（股本）、资本公积、盈余公积和本年利润(B)实收资本（股本）、资本公积、盈余公积和利润分配(C)实收资本（股本）、资本公积、盈余公积和未分配利润(D)实收资本（股本）、资本公积、盈余公积、本年利润、未分配利润和利润分配”

“

4、利润表主要是根据（）编制的。

(A)资产、负债及所有者权益各账户的本期发生额(B)资产、负债及所有者权益各账户的期末余额(C)损益类各账户的本期发生额(D)损益类各账户的期末余额”

“

5、资产负债表左方的资产项目排列标准是（）。(A)重要性原则，即重要项目排在前面，次要项目排在后面 B)债务清偿的先后顺序，即短期债务排在前面，长期债务排在后面(C)流动性大小，即流动性大的排在前面，流动性小的排在后面(D)金额的大小，即金额小的排在前面，金额大的排在后面” “

6、（）是对企业财务状况、经营成果和现金流量的结构性表述。(A)资产负债表(B)利润表(C)会计报表附注(D)财务报表” “

7、下列不属于财务会计报告基本要求的是（）。(A)真实可靠(B)合法实用(C)编报及时(D)便于理解” “

8、财务报表中各项目数字的直接来源是（）。(A)原始凭证(B)日记账(C)记账凭证(D)账簿记录” “

9、下列各项中，不会引起利润总额增减变化的是（）。(A)销售费用(B)管理费用(C)所得税费用(D)营业外支出” “

10、下列不属于反映企业财务状况的会计要素是（）。(A)资产(B)负债(C)所有者权益(D)利润” “

11、某企业本月主营业务收入为1 000 000元，其他业务收入为80 000元，营业外收入为90 000元，主营业务成本为760 000元，其他业务成本为50 000元，营业税金及附加为30 000元，营业外支出为75 000元，管理费用为40 000元，销售费用为30 000元，财务费用为15 000元，所得税费用为75 000元。则该企业本月营业利润为（）元。(A)170 000(B)155 000(C)25 000(D)80 000”

“

12、甲公司2011年年初利润分配——未分配利润账户的借方余额为100万元，2011年实现净利润400万元，提取盈余公积30万元，分配利润110万元，则2011年末未分配利润项目的数额为（）万元。(A)260(B)300(C)360(D)160”

“

13、利润表中的“本期金额”栏内各项数字一般应根据损益类科目的（）填列。(A)本期发生额(B)累计发生额(C)期初余额(D)期末余额”

“

14、我国的资产负债表采用的是（）结构。(A)多步式(B)报告式(C)账户式(D)单步式”

“

15、某企业2011年7月1日，本年利润科目的贷方余额为60万元，表明（）。

(A)该企业2011年6月份的净利润为60万元(B)该企业2011年1～6月份的净利润为60万元(C)该企业2011年全年的净利润为60万元(D)该企业2011年12月份的净利润为60万元” “

16、下列各项中不属于存货的是（）。(A)低值易耗品(B)包装物(C)原材料(D)工程物资”

“

17、某企业会计的期末应收账款所属明细账户借方余额之和为 500 800元，所属明细账户贷方余额之和为9 800元，总账为借

方余额491 000元。假设企业“预收账款”所属明细科目的金额为0，则在当期资产负债表“应收账款”项目所填列的金额为（）。(A)500 800元(B)9 800元(C)491 000元(D)510 600元”

“

18、下列不属于存货核算范围的是（）。(A)原材料(B)在产品(C)库存商品(D)固定资产”

“

19、下列资产项目中，属于非流动资产项目的是（）。(A)应收票据(B)交易性金融资产(C)长期待摊费用(D)存货”

“20、下列报表中，不属于企业对外提供的动态报表的是（）。(A)利润表

(B)所有者权益变动表(C)现金流量表(D)资产负债表”

第五篇：无机材料科学基础标准化作用本

第六章 相平衡

一、名词解释

1．相律；2．凝聚系统；3．共熔界线与转熔界线；

4．一致熔融化合物与不一致熔融化合物；5．连线规则与切线规则； 6．介稳平衡；7．低共熔点、单转熔点（双升点）与双转熔点（双降点）；

二、填空

1．常用的相平衡研究方法有 和。2．凝聚系统的相律为：。

3．在三元系统中，无变量点有三种，分别是：、和。

三、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。

四、图6-1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：

(a)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；

(b)系统中哪种晶型为稳定相?那种晶型为介稳相?(c)各晶型之间的转变是单向转变还是双向转变?

图6-1

五、简述SiO2的多晶转变现象，说明为什么在硅酸盐产品中SiO2经常以介稳态存在。

六、C2S有哪几种晶型？在加热和冷却过程中它们如何转变？β-C2S为什么能自发地转变成γ-C2S？在生产中如何防止β-C2S转变为γ-C2S？

七、图6-2示意地表示出生成一个不一致熔融化合物AxBy和形成固溶体SB（A）的二元系统，请完成此相图的草图。

图6-2

图6-3

图6-3 1

八、参阅图6-3，请用蓝线标出熔体2冷却结晶过程中液相状态点的变化途径，用红线标出固相状态点的变化途径。说明结晶过程各阶段系统所发生的相变化。

九、已知A和B两组分构成具有低共熔点的有限固溶体二元系统。试根据下列实验数据绘制概略相图：A的熔点为1000℃，B的熔点为700℃。含B 25％的试样在500℃完全凝固，其中含731%初相SA（B）和262% SA（B）＋SB（A）共生体。含B 50％的试样在同一温度33下凝固完毕，其中含 40％ 初相SA（B）和 60％ SA（B）＋SB（A）共生体，而SA（B）相总量占晶相总量的50％。实验数据均在达到平衡状态时测定

十、具有不一致熔融化合物的二元系统，在低共熔点E发生如下析晶过程：LAAmBn E点B含量为20％。化合物AmBn含B量为64％。今有C1和C2两种配料，已知C1 B含量是C2 B含量的1.5倍，且高温熔融冷却析晶时，从该配料中析出的初相（即达低共熔温度前析出的第一种晶体）含量相等。试计算C1和C2的组成。

十一、根据A12O3-SiO2系统相图（教材P244）说明：

(a)铝硅质耐火材料，硅砖（含SiO2>98％）、粘土砖（含Al2O335～50％）、高铝砖（含Al2O360～90％）、刚玉砖（含Al2O3>90％）内，各有哪些主要的晶相；

(b)为了保持较高的耐火度，在生产硅砖时应注意什么?

(c)若耐火材料出现40％液相便软化不能使用，试计算含40（摩尔分数）A12O3的粘土砖的最高使用温度。

十二、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A12O3·2SiO2，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，系统相组成如何？当系统生成40％液相时，应达到什么温度？在什么温度下该粘土完全熔融?

十三、在CaO-SiO2系统（教材P247）与Al2O3—SiO2系统（教材P244）中SiO2的液相线都很陡，为什么在硅砖中可掺人约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A12O3否则会使硅砖耐火度大大下降。

十四、在硅质耐火材料的生产和使用过程中应注意哪些问题？为什么在炼钢等工业窑炉上要禁止镁砖与硅砖砌在一起？（参考教材P250 MgO-SiO2系统相图）

十五、图6-4是最简单的三元系投影图，图中等温线从高温到低温的次序是t6>t5>t4>t3>t2>t1 根据此投影图回答：

(a)三个组分A、B、C熔点的高低次序是怎样排列的；(b)各液相面下降的陡势如何?那一个最陡?那一个最平坦?

(c)指出组成为65％A，15％B，20％C的系统的相组成点，此系统在什么温度下开始结晶? 最先析出哪种晶相？

十六、（a）在三元系统浓度三角形上画出下列配料的组成点，a点：A＝10％，B＝60％，C＝30％；b点：A＝10％，B＝30％，C＝60％；c点：A＝60％，B＝30％，C＝10％。（b）今有配料a3kg，配料b2kg，配料c5kg，若将此三配料混合加热至完全熔融，试依据杠杆规则用作图方法求熔体的组成点。

十七、写出下列三元无变量点的平衡过程，指出无变点的性质。

图6-5

十八、写出图6-6中配料点1、2、3的结晶路程（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相变化）。

图6-7

图6-6

十九、图6-7为生成一个三元化合物的三元系统相图：（a）判断三元化合物N的性质；

（b）标出边界曲线的温降方向（转熔线用双箭头）；（c）指出无变点K、L、M的性质；

（d）分析点1、2的结晶路程（表明液固相组成点的变化及各阶段的相变化）。

二十、如图6-8所示：

（a）判断生产化合物的性质；

（b）画出此相图的副三角形？并说明依据；

（c）标出各个界线的温降方向（转熔界线用双箭头），并说明依据；

（d）判断最低共熔点，双升点（单转熔点），双降点（双转熔点）？并说明依据；（e）P点的最后析晶产物是什么？根据什么判断? 3

二十一、图6-9为CaO-A12O3-SiO2系统的富钙部分相图，对于硅酸盐水泥的生产有一定的参考价值。试：

（a）画出有意义的副三角形；

（b）用单、双箭头表示界线的性质及温降方向；

（c）说明F、H、K三个无变点的性质，并写出各点的相平衡式；

（d）熔体M平衡冷却结晶时，结晶产物有哪些？实际生产时，结晶产物有哪些；（e）说明硅酸盐水泥熟料落在小圆圈内的理由；（f）在水泥实际生产中，为何在缓慢冷却到无变量点K（1455℃）时再要急剧冷却到室温？

图6-9 二

十二、图6-10为K2O－Al2O3－SiO2系统中富硅部分相图，本系统与日用陶瓷和普通电瓷的生产密切相关。试：

（a）画出相图中b、c点相对应的副三角形；

（b）用单、双箭头表示出交于b、c点的界线的性质及温降方向；（c）说明b、c两个无变点的性质和写出各点的相平衡式；

（d）P点的最先析出晶相是什么？最后析晶产物是什么？

（e）在实际生产中，以配料P进行烧结的陶瓷制品中，主要的显微结构如何；（f）如要最终烧成制品的显微结构为莫来石晶体和玻璃相，应如何进行配料？ 二

十三、根据Na2O-CaO-SiO2系统相图（教材P212）回答：

（a）组成为13％Na2O、13％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？

（b）上面组成的玻璃，当加热到1050℃、1000℃、900℃、800℃时，可能会析出什么晶体？（c）NC3S6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？