无机材料科学基础
材料综合知识竞赛试题集
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——无机材料科学基础
1.由晶体对称定律可知晶体中不可能出现几次对称轴（C ）
A 2次
B 3次
C 5次
D 6次
2.下列哪个晶系不属于低级晶族（B ）
A三斜B三方C单斜D正交
3.宏观晶体中可能存在的对称型有几种（C ）
A 7
B 23
C 32
D 47
4.哪个晶系的晶体对称性最高（D ）
A正交B三斜C六方D等轴
5.哪个晶系的晶体对称性最低（B ）
A正交B三斜C六方D等轴
6.四方晶系的晶体几何常数应满足的条件（A）
Ａa=b≠c α=β=γ=90°Ｂa=b=c α=β=γ=90°
Ｃa=b=c α=β=γ≠90°Ｄa≠b≠c α=β=γ=90°
7.NaCl晶体属于哪种布拉维格子（C ）
A立方体心B四方体心C立方面心D正交面心
8.下列哪个不是晶体的基本性质（C）
A对称性B自限性C各向同性D最小内能性
9.下列哪个晶系属于中级晶族（B ）
A三斜B三方C单斜D正交
10.宏观晶体中可能存在的晶系有几种（A）
A 7
B 23
C 32
D 47
11.等轴晶系的晶体几何常数应满足的条件（B）
A a=b≠c α=β=γ=90°
B a=b=c α=β=γ=90°
C a=b=cα=β=γ≠90°
D a≠b≠cα=β=γ=90°
12.三斜晶系的晶体几何常数应满足的条件（D）
A a=b≠c α=β=γ=90°
B a=b=c α=β=γ=90°
C a=b=cα=β=γ≠90°
D a≠b≠cα=β=γ=90°
13.正交晶系的晶体几何常数应满足的条件（D）
A a=b≠c α=β=γ=90°
B a=b=c α=β=γ=90°
1
2 C a=b=cα=β=γ≠90° D a≠b≠cα=β=γ=90°
14. 共有多少个空间群（C ）
A 23
B 32
C 230
D 320
15. 共有多少个点群（B ）
A 23
B 32
C 230
D 320
16. 共有多少种布拉维格子（B ）
A 7
B 14
C 23
D 32 17. 晶体初基平移矢量为=3i =3j =23
(i+j+k)它属于何种布拉维格子（A ）
A 体心立方
B 体心四方
C 面心立方
D 面心正交 18. 以下哪个为晶体初基平移矢量为=3i =3j =
23
(i+j+k)最密集的{h k l} （D ） A {001} B {010} C {011} D {110} 19. 晶体初基平移矢量为=3i =3j =23
(i+j+k)晶胞的体积（D ）
A 9
B 13.5
C 18
D 27
20. 晶体初基平移矢量为=3i =3j =23
(i+j+k)原胞的体积（B ）
A 9
B 13.5
C 18
D 27
21. NaCl 中Na 离子的配位数为（C ）
A ４
B ５
C ６
D ８
22. AgI 的实际配位数为（A ）
A ４
B ５
C ６
D ８
23. NaCl 晶体单位晶胞中的“分子”数为（B ）
A 2
B 4
C 6
D 8
24. 在ＣsCl 中，如果取单位晶胞时把坐标原点取在Cs 离子的位置，那么Cl-的坐标为（C ）
A 000
B 0021 C
21
2121 D 2100 25. 在晶体缺陷理论中进入晶体正常结点之间的间隙位置的原子称为（D ）
A 取代原子
B 空位原子
C 杂质原子
D 填隙原子
26. 在晶体缺陷理论中外来原子进入晶格就成为晶体中的杂质，这种杂质原子如果取代原来晶体中的
原子而进入正常结点的位置称为（A ）
A 取代原子
B 空位原子
C 杂质原子
D 填隙原子
27. 当晶体的温度高于绝对0K 时，由于晶体内原子热震动，使一部分能量较大的原子离开平衡位置
造成的缺陷称为（B ）
A 杂质缺陷
B 热缺陷
C 点缺陷
D 面缺陷
28. 硅氧四面体通过公用氧离子相连，在一维方向延伸成链状，链与链之间是通过其他阳离子按一定
的配位关系连接起来。这种硅酸盐结构称为（C ）
A 岛状结构
B 层状结构
C 链状结构
D 组群状结构
29.
镁橄石中根据硅氧四面体的连接方式属（A ）
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A岛状结构B层状结构C链状结构D组群状结构
30.属于金红石型结构的晶体是（D）
A CaCl2
B BaF2
C CsBr
D MnO2
31.属于萤石型结构的晶体是（B）
A CaCl2
B CaF2
C CsBr
D MnO2
32.在CaF2、MgO、TiO2晶体中形成间隙型固溶体的次序是（C）
A MgO＞CaF2＞TiO2
B CaF2＞MgO＞TiO2
C CaF2＞TiO2＞MgO
D TiO2＞CaF2＞MgO
33.α石英与β石英的转变温度是（A）
A 573℃
B 870℃
C 160℃
D 268℃
34.在硅酸盐晶体结构中，硅氧四面体之间只能以（A）相连，否则结构不稳定。
A共顶方式B共棱方式C共面方式
35.硅酸盐熔体的黏度随O/Si的上升而（B）
A上升B下降C先上升再下降D先下降再上升
36.熔体是（B）的混合物
A相同聚合度的聚合物和游离碱B不同聚合程度的各种聚合物
C各种低聚物D各种高聚物
37.在UO2晶体中，O2-的扩散是按（D ）进行的
A掺杂点缺陷B空位C间隙D亚间隙机构
38.在岛状结构中[SiO4]4-四面体中桥氧的数目是（A）
A 0
B 1
C 2
D 3
39.在链状结构中[SiO4]4-四面体中桥氧的数目是（C）
A 0
B 1
C 2
D 3
40.在层状结构中[SiO4]4-四面体中桥氧的数目是（D）
A 0
B 1
C 2
D 3
41.熔体粘度的主要决定因素是温度与（ A ）
A 活化能
B 自由焓
C 聚合程度
D R值
42.在温度高时，熔体主要以（ B ）为主。
A 高聚物
B 低聚物
C 高聚物与低聚物的混合物
43.粘度随碱性氧化物含量增加而剧烈降低，引起这种变化的原因是（D ）
A 粘度大小是由碱性氧化物的含量决定的
B 碱性氧化物的增加会改变熔体的性质
C 碱性氧化物过多，会引发其它的化学反应
D 粘度大小是由熔体中硅氧四面体网络连接程度决定的
44.二价阳离子对粘度降低次序为（B ）
3
A Ba2+>Pb2+>Cd2+>Zn2+>Ca2+>Mg2+
B Pb2+> Ba2+>Cd2+>Zn2+>Ca2+>Mg2+
C Cd2+>Ba2+> Pb2+ >Zn2+>Ca2+>Mg2+
D Mg2+>Ca2+>Zn2+>Pb2+>Ba2+>Cd2+
45.熔体内原子的化学键型对其表面张力有很大影响，其规律是（ B ）
A 分子键>离子键>共价键>具有金属键的熔体表面张力
B 具有金属键的熔体表面张力>共价键>离子键>分子键
C 共价键>具有金属键的熔体表面张力>分子键>离子键
D 分子键>具有金属键的熔体表面张力>共价键>离子键
46.下面哪项不是玻璃的通性（B ）
A 各向同性
B 最小内能性
C 熔融态向玻璃态转化的可逆与渐变性
D 介稳性
47.区分玻璃与其他非晶态固体的重要特征是（ C ）
A 脆性温度
B 软化温度
C 玻璃形成温度
D 转化温度范围
48.当某种氧化物的单键强度小于250kJ/mol，这类氧化物属于（A ）
A 网络变性体
B 中间体
C 玻璃网络形成体
49.硅的单键能为444kJ，那么硅属于（ B ）
A 网络变形体
B 玻璃网络形成体
C 中间体
50.具有（D ）键型的离子能生成玻璃？
A 离子键
B 金属键
C 纯共价键
D 极性共价键或半金属共价键
51.在硅酸盐系统的网络结构中，O/Si比增大，玻璃的粘度（B ）
A 增大
B 减小
C 不变
D 先增大后减小
52.在玻璃的四个基本结构参数中，Y值代表（A ）
A 每个多面体中桥氧离子的平均数
B 每个多面体中非桥氧离子的平均数
C 每个多面体中氧离子平均总数
D 玻璃中氧离子总数与网络形成离子总数之比
53.随Y值的减小，玻璃会出现热膨胀系数（C ），电导（）和粘度（）等变化。
A 增大减小增大
B 减小增大减小
C 增大增大减小
D 减小增大减小
54.在二元硅酸盐熔体中，随着R值的增大，低聚物数量（A ）
A 增大
B 减小
4
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D 不变 D 先增大后减小
55.下面属于晶子假说的是（ B ）
A 凡是成为玻璃态的物质也是由一个三度空间网络构成
B 硅酸盐玻璃是由无数晶子组成的
C 玻璃中结构多面体重复没有规律性
D 网络是由离子多面体构筑起来的
56.范德华力是固体表面产生物理吸附和气体凝聚的原因，主要来源于三种不同的力，其中静电力主
要发生在（A）之间。
A、极性分子
B、非极性分子
C、极性分子与非极性分子
D、分子与原子
57.固体表面是不规则和粗糙的，存在着无数的台阶和凹凸不平的山峰谷等。这些不同的几何状态会
对表面性质产生影响，其中最重要的是（B）和微裂纹。
A、裂缝
B、表面粗糙度
C、晶界
D、双电层
58.固体表面和表面附近的分子或者原子之间的作用力与分子间的作用力是不同的，分子间作用力的
范围只有几个分子直径的距离，大约为（A）。
A、0.3—0.5nm
B、0.3—0.5um
C、3—5nm
D、0.03—0.05nm
59.范德华力又称分子引力，以下哪种力不是范德华力的主要来源（D）。
A、静电力
B、诱导作用力
C、色散力
D、库仑力
60.固体表面的各种性质（A）其内部性质的延续，这是由于（）的缘故。
A、不是表面吸附
B、不是表面层离子的极化变形
C、不是空位和位错
D、是表面吸附
61.固体和液体的表面能与周围环境条件，如温度、气压、第二相的性质等条件有关。随着温度上升，
表面能（B）。
A、上升
B、下降
C、呈抛物线关系变化
D、无关
62.液体总是力图形成球形表面来降低系统的表面能，而晶体由于质点不能自由流动，只能借助于离
子极化、变形、重排并引起（A）来降低表面能。
A、晶格畸变
B、位错
C、空位
D、表面吸附
63.由于表面张力的存在，使弯曲表面上产生一个附加压力。附加压力△P有正负，它的符号取决于
r（曲面的曲率）。凸面时，r为（B）；凹面时，r为（B）。
A、正值正值
B、正值负值
C、负值负值
D、负值正值
64.固体表面如未受到特别的处理，其表面总是被吸附膜所覆盖。吸附膜（B）润湿，它使接触角（），
阻碍液体铺展，使润湿性能（）。
A、不利于变小下降
B、不利于增大下降
C、利于减小提高
D、利于增大提高
65.表面曲率对材料蒸气压、溶解度和熔化温度等物理性质有着重要的影响。固体颗粒越小，表面曲
率（A），则蒸气压和溶解度增高而熔化温度（）。
5
A、越大降低
B、越大降低
C、越小降低
D、越大增高
66.润湿是固液界面上的重要行为。根据润湿程度不同可分为附着润湿、铺展润湿及浸渍润湿三种。
则下面两个图分别为：（B）。
A、附着润湿、铺展润湿
B、附着润湿、浸渍润湿
C、铺展润湿、浸渍润湿
D、浸渍润湿、附着润湿
67.附着润湿、铺展润湿及浸渍润湿三种润湿的共同点是：液体将气体从固体表面排挤开，使原有的
固-气（或液-气）界面消失。而代之以固-液界面。其中（C）是润湿的最高标准。
A、附着润湿
B、浸渍润湿
C、铺展润湿
D、浸渍润湿和铺展润湿
68.表面改性是利用固体表面的（D）特性，通过各种表面处理改变固体表面的结构和性质，以适合
各种预期的要求。
A、润湿
B、粘附
C、晶格缺陷
D、吸附
69.浸渍润湿下，当真实接触角小于90度，粗糙度越大，表观接触角越小，就（B）润湿。当真实接
触角大于90度，粗糙度越大，就（）润湿。
A、利于利于
B、利于不利于
C、不利于不利于
D、不利于利于
70.在多晶材料中，如果有两种不同热膨胀系数的晶相组成，在高温烧结时，这两个相之间完全处于
一种（D）状态，但当它们冷却至室温时，有可能在晶界上出现裂纹，甚至使多晶破裂。
A、应力保持不变
B、应力减小
C、应力变大
D、无应力
71.当界面两侧的晶体具有非常相似的结构和类似的取向，越过界面原子面是连续的，这样的界面称
为（A）。
A、共格晶界
B、半共格晶界
C、非空格晶界
D、小角度晶界
72.晶界应力与热膨胀系数差、温度变化及厚度成（B）关系，如果晶体热膨胀（），晶界应力不会
产生。
A、反比各相同性
B、正比各向同性
C、反比各向异性
D、正比各向异性
73.在多晶体中，晶界是原子（离子）快速扩散的通道，并容易引起杂质原子（离子）偏聚，同时也6
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使晶界处熔点（A）晶粒；晶界上原子排列混乱，存在着许多空位、位错和键变形等缺陷，使之处于应力畸变状态。
A、低于
B、高于
C、等于
D、不确定
74.离子吸附是（C）之间相互作用。而离子交换则是（）之间的相互作用。
A、离子粘土胶体
B、粘土胶体离子
C、粘土胶体与离子离子
D、粘土胶体与离子粘土胶体
75.当环境条件相同时，离子价数越高，则与粘土之间吸力（A ）。对于同价离子，半径越小，则离
子水化膜（）。
A、越强越厚
B、越弱越厚
C、越强越薄
D、越弱越薄
76.水在粘土胶粒周围随着距离增大，结合力的（B）而形成牢固的结合水、疏松结合水和自由水，
粘土颗粒吸附着（）的水分子层和水化阳离子，这部分与胶核形成一个整体，一起在介质中移动。
A、增强完全定向
B、减弱完全定向
C、增强非定向
D、减弱非定向
77.1809年，卢斯发现分布在水中的粘土粒子可以在电流的影响下向阳极移动，可见粘土粒子是带（C）
的，且这些电荷主要是由于粘土晶格内离子的（）产生的。
A、正电同晶置换
B、正电腐殖质离解
C、负电同晶置换
D、负电腐殖质离解
78.离子水化膜的厚度与离子半径大小有关。对于同价离子，半径越小则水膜越厚。则下列离子水膜
厚度排序正确的是（A）。
A、Li+>Na+>K+>Cs+
B、Na+>K+>Cs+>Li+
C、Na+>Li+>K+>Cs+
D、Li+> K+>Na+>Cs+
79.粘土不同价的阳离子吸附后的结合水量通过实验证明：粘土与一价阳离子结合水量>与二价阳离
子结合的水量>与三价阳离子结合的水量，同价离子与粘土结合水量随着离子半径增大，结合水量减小。则下列排序正确的是（D）。
A、Li+>Na+>Mg2+>Cs+
B、Na+>K+>Cs+>Li+
C、Al3+>Li+>K+>Cs+
D、Li+>K+> Mg2+> Al3+
80.在硅酸盐系统中，化学反应的方向是沿着（C）
A.温度升高的方向进行
B.温度降低的方向进行
C.吉布斯自由能减小的方向进行
D.吉布斯自由能增大的方向进行
81.在固相反应体系中，米德洛夫-别托扬规则是指（A）
A.反应产物的生成序与产物的稳定序正向一致
B.反应产物的生成序与产物的稳定序反向一致
C.反应产物的热力学稳定序与动力学生成序之间毫无规律性
D.其他
82.在固相反应体系中，奥斯特瓦德规则是指（B）
A.反应产物的生成序与产物的稳定序正向一致
7
B.反应产物的生成序与产物的稳定序反向一致
C.反应产物的热力学稳定序与动力学生成序之间毫无规律性
D.其他
83.热力学应用计算方法不包括（D）
A.经典法
B.Ф函数法
C.△G计算法
D.分析法
84.氧在多数金属材料中的扩散机构属于（A）
A.间隙机构扩散
B.空位机构扩散
C.环易位机构扩散
D.直接易位机构扩散
85.高岭石，蒙托石，伊利石三种粘土矿物的阳离子交换顺序是（B）
A.高岭石>蒙托石>伊利石 C.蒙托石>伊利石>高岭石
B.伊利石>高岭石>蒙托石 D.伊利石>蒙托石>高岭石
86.一般情况下，离子晶体中，尺寸较大离子的扩散多是通过（B）机构进行的
A.间隙
B.空位
C.环易位
D.直接易位
87.在烧结过程中，只改变气孔形状而不引起胚体致密化的传质方法有（C）
A.晶格扩散
B.晶界扩散
C.蒸发－凝聚
D.非本征扩散
88.根据扩散系数与温度的依赖关系，扩散活化能Q值的关系是（A）
A.Q值越大说明温度对扩散系数的影响越敏感
B.Q值越小说明温度对扩散系数的影响越敏感
C.Q值大小与温度对扩散系数的影响无关
D.其他
89.由扩散和化学反应构成的固相反应历程其整体反应速度和扩散最大速度和化学反应最大速度的
关系是（C）
A.整体反应速度是扩散最大速度和化学反应最大速度之和
B.整体反应速度的倒数是扩散最大速度和化学反应最大速度之和
C.整体反应速度的倒数是扩散最大速度的倒数和化学反应最大速度的倒数之和
D.整体反应速度是扩散最大速度的倒数和化学反应最大速度的倒数之和
90.利用金属氧化物标准生成△G与该金属氧化物稳定性的关系是（B）
A.金属氧化物标准生成△G负值越大，该金属氧化物稳定性越低
B.金属氧化物标准生成△G负值越大，该金属氧化物稳定性越高
C.金属氧化物标准生成△G与该金属氧化物稳定性越没有关系
D.其他
91.下列无机材料的合成工艺过程中，不伴有气相参与的固相反应是（D）
A.碳酸盐分解
B.硫酸盐分解
C.粘土被加热后的脱水
D.陶瓷烧结
92.高龄石属于层装硅酸盐结构，其结构特征是（C）
A.二层型三八面体结构
B.三层型三八面体结构
B.二层型二八面体结构 D.三层型三八面体结构
8
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93.凡组成相同，结构相同而趋向不同的晶体间形成的接触面为（C）
A.相界
B.表面
C.晶界
D.间隙
94.当PH=7时，高岭石边面上共带有（C）
A.一个正电荷
B.二个负电荷
C.零电荷
D.一个负电荷
95.熔体是（B）的混合物
A.相同聚合度的聚合物和游离碱 C.不同聚合程度的各种聚合物
C.各种低聚物
D.各种高聚物
96.单元系统的相律公式可以表示为：（B）
A．f=2-p B．f=3-p C．f=4-p D．f=5-p
97.我们希望硅砖制品中：(D)
A．α-石英越多越好。B．β-石英越多越好。
C．鳞石英越少越好。D．方石英越少越好。
98.下列关于生成化合物的二元系统相图叙述不正确的是：(C)
A．一致熔融化合物在相图上的特点是化合物组成点位于其液相线的组成范围内。
B．不一致熔融化合物在相图上的特点是化合物组成点位于其液相线的组成范围以外。
C．在转熔过程中，液相组成保持在一点不变，但系统温度有变化。
D．加热不一致熔融化合物到某一温度变发生分解，生成一种液相和一种晶相。
99.下面方法不属于凝聚系统相图测定方法的是：(B)
A．冷却曲线法 B. 热重曲线分析法C．差热曲线法D．淬冷法
100.用热分析法测定凝聚系统相图下面叙述不正确的是：(A)
A．能够用于过冷过热的体系。
B．能够用于相变速度快的体系。
C．不能象静态法一样符合相平衡的热力学要求。
D．此法只能测出相变温度，不能确定相变前后的物相。
101.三元凝聚系统的最大自由度数为:(C)
A．1 B．2 C．3 D．不能确定
102.下面对三元系统相图的叙述不正确的是：(C)
A．一个三元组成点越靠近某一顶点,该角顶所代表的组分含量必定越高。
B．平行于浓度三角形某一边的直线上的各点，其第三组分的含量不变。
C．等含量规则和定比例规则只适用于等边三角形。
D．由浓度三角形某角顶引出的射线上的各点，另二组分含量的比例不变。
103.对三元系统相图的分析叙述错误的是：(A)
A．划分的副三角形的个数与无变点个数相等。
B．不能任意在三个组成点间连副三角形。
C．三元系统相图的无变点必定都处于三个初晶区，三条界线的交点，而无其他形式。
9
D．有多少个无变点，就可以将系统划分为多少相应的副三角形。
104.在CaO-Al2O3-SiO2相图中有一部分与硅酸盐水泥生产关系十分密切，对这部分叙述错误的是：(D) A．这部分相图上共有三个无变点。
B．在所有无变点中共有两个单转熔点。
C．配料点落在何副三角形，最后析晶产物就是这个副三角形三个角顶代表的三种晶相。
D．系统从三相进入四相平衡先进行量的渐变再发生质的飞跃。
105.对水型物质和硫型物质的叙述中正确的是：(C)
A．冰的熔点曲线向右倾斜，斜率为正。
B．硫型物质在熔融时体积收缩。
C．印刷用的铅字，可以用铅铋合金浇注，用的就是其凝固时的体积膨胀可以充填铸模。
D．铋、镓、三氧化铁等物质属于硫型物质。
106.下列错误的是：(A)
A．SiO2所处于介稳状态的变体的饱和蒸气压比同温度范围内处于稳定态的变体的饱和蒸气压低。
B．介稳状态是一种高能量状态，有自发转变为稳定态的趋势。
C．在给定温度范围内具有最小蒸气压的相一定是最稳定的相。
D．在573℃下的相互转变由于彼此间结构相近，转变速度很快，一般不出现过热现象。
107.对具有一个低共熔点的二元系统相图的叙述中错误的是：(D)
A．两个组分在液态时能以任意比例互溶。
B．二个组分各自从液相分别结晶。
C．组分间无化学作用，不生产新的化合物。
D．液相点不是时刻与系统点重合。
108.什么物质对于硅砖是有害的：(C)
A．Fe2O3B．CaO C．Al2O3 D．鳞石英
109.下列叙述错误的是：(B)
A．莫来石质及刚玉质耐火砖是性能优良的耐火材料。
B．Al2O3的加入能造成硅砖全熔温度的上升。
C．莫来石是普通陶瓷粘土质耐火材料的重要矿物。
D．原顽火辉石是滑石瓷中的主要晶相。
110.不属于淬冷法特点的是：(D)
A．准确度高B．可对试样中平衡共存的相数和各相组成进行测定。
C．不能应用于相变速度快的系统。D．操作较热分析法简便。
111.对杠杆规则描述不正确的是：(C)
A．在三元系统内由二个相合成一个新相时，新相的组成点必在原来二相组成点的连线上。
B．新相组成点与原来二相组成点的距离和二相的量成反比。
C．由一相分解为两相时，这两相的组成点不一定分布在原来的相的两侧。
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D．杠杆规则是相图研究的重要规则之一。
112.下列叙述中不正确的是：(D)
A．界线的温度下降方向一般是通过连线规则独立进行判断。
B．二元系统相图中系统点、液相点、固相点三点一定处于同一条等温的水平线上。
C．系统组成点取决于系统的总组成。
D．生产硅砖时一般是加入CaO和Al2O3做矿化剂。
113.下列叙述正确的是：(A)
A．“相应的连线”是指与界线上液相平衡的二晶相组成点的连接直线。
B．在三元相图上共熔界线的温度下降方向用双箭头表示。
C．无变点处于其相应副三角形的交叉位，则该无变点为低共熔点。
D．单转熔点不止回析一种物质。
114.下列叙述错误的是：(B)
A．界线上任一点的切线与相应连线的交点实际上表示了该点液相的瞬时析晶组成。
B．无变点处于相应副三角形的共轭位置则该点为单转熔点。
C．在三元系统相图内，任何一个无变点必处于三个初晶区和三条界线的交汇点。
D．转熔界线的温度下降方向用双箭头表示。
115.下列叙述错误的是：(D)
A．凡属低共熔点，则三条界线的温降箭头一定都指向它。
B．凡属单转熔点，则二条界线的温降箭头指向它，另一条界线的温降箭头背向它。
C．被回吸的晶相是温降箭头指向它的两条界线所包围的初晶区的晶相。
D．凡属双转熔点，二条界线的温降箭头背向它，所以此点又叫双升点。
116.四元凝聚系统的相律公式可以表示为：(C)
A．f=3-p B．f=4-p C．f=5-p D．f=6-p
117.下列叙述错误的是：(B)
A．四元系统相图的界面可以是共熔界面，也可以是转熔界面。
B．判断界面性质的方法是连线规则。
C．判断界线上任一点的性质可以综合运用切线规则和重心规则。
D．四元系统状态图中，浓度四面体的六条棱表示六个二元系统。
118.下列叙述错误的是：(C)
A．若四元系统内组分之间不生产任何化合物，则其界面、界线、无变点都是共熔性质的。
B．四元系统的无变点代表了系统的五相平衡状态。
C．凡三次转熔点，则有三条界线的温降箭头指向它。
D．四元系统的无变点一定处于四条界线的交点上。
119.下列不属于日用陶瓷及普通电瓷的一般配料的是：(D)
A．粘土B．长石C．石英D．白榴石
11
120.下列叙述错误的是：(A)
A．在MgO-Al2O3-SiO2系统相图中共有四个三元化合物。
B．镁质陶瓷是一种用于无线电工业的高频瓷料，其介电损耗低。
C．假蓝宝石在MgO-Al2O3-SiO2系统相图中是不一致熔化合物。
D．莫来石是日用陶瓷的重要晶相。
121.在MgO-Al2O3-SiO2系统相图中，以下错误的是:(A)
A．滑石瓷的烧成温度范围比较宽。
B．系统中各组分氧化物及多数二元化合物熔点都很高，可制成优质耐火材料。
C．系统中不同二元系列的耐火材料不能混合使用，否则会降低液相出现的温度和耐火度。D．滑石配料中加入氧化镁可以改善电学性质，制成低损耗滑石瓷。
122.下列叙述错误的是：(D)
A．位于相图中低共熔点的熔体比组成位于界线上的熔体的析晶能力小。
B．组成位于界线上的熔体比组成位于初晶区的熔体的析晶能力小。
C．玻璃中若出现析晶，就会破坏玻璃的均一性，是严重缺陷称为失透。
D．玻璃的形成温度有叫做可拉成丝的最低温度。
123.下列叙述错误的是：(B)
A．三元交互系统中是否有稳定对角线是由系统中离子交换反应的方向所决定的。
B．在可逆三元交互系统中，平衡并不显著偏向某一方，这时图上会出现稳定的对角线C．三元交互系统的立体状态图是一个正方主体。
D．在可逆三元交互系统中阳离子总当量数于阴离子总当量数必定相等。
124.下列叙述错误的是：(C)
A．水、蒸汽和冰组成的系统：温度和压力都不能改变，所以f=0。
B．按照自由度数的不同，可将系统分为：无变量系统、单变量系统、双变量系统。
C．相律既适用于平衡系统又适用于非平衡系统。
D．相律表达式：f=c-p+n
125.下列叙述错误的是：（D）
A．C2S和C3S是水泥的重要矿物组成，两组分配料时，配料点应在C2S和C3S之间。
B．水泥的矿物组成中要想有尽可能多的C2S和C3S，熟料冷却时必须快冷。
C．由相图可以看出，加入少量CaO做矿化剂不会引入很多液相。
D．C12A7的水硬性差，C3S是水泥中重要的水硬矿物，C2S在后期强度高。
126.质点在固体中的扩散的特点是：固体中明显的质点扩散开始于（A）
A.稍低于熔点的温度
B.稍高于熔点的温度
C.等于熔点的温度
D.远高于熔点的温度
127.晶体中的质点扩散往往具有（B）
A.各向同性
B.各向异性
C.低于能垒的能量
D.迁移自由程远大于晶格常数大小
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材料综合知识竞赛试题集
128.对菲克第一定律的描述不正确的是（C）
A.它可直接用于求解稳定扩散问题
B.它是不稳定扩散动力学方程建立的基础
C.它可直接用于求解不稳定扩散问题
D.菲克第一定律认为，在扩散体系中，参与扩散质点的浓度因位置而异，且可随时间而变化
129.扩散的一般推动力是（B）
A.浓度梯度
B.化学位梯度
C.温度梯度
D.能量梯度
130.金属体系或离子化合物体系等固体材料中质点扩散的主要机构是（B）
A.间隙机构
B.空位机构
C.环易位机构
D.直接易位机构
131.下面属于空位扩散活化能的是（B）
A.热辐射能
B.形成能
C.间隙原子迁移能
D.杂质离子迁移能
132.下面属于间隙扩散活化能的是（C）
A.形成能
B.空位迁移能
C.间隙原子迁移能 D 热辐射能
133.非化学计量空位形成的类型包括（D）
A.非金属离子空位型
B.杂质离子空位型
C.原子空位型
D.金属离子空位型
134.固体材料中的扩散及影响扩散的诸因素不包括（D）
A.晶体组成的影响
B.化学键的影响
C.结构缺陷的影响
D.以上均正确
135.改善扩散的主要途径是（A）
A.利用杂质对扩散的影响
B.利用改善晶界
C.利用细化晶粒
D.提高温度
136.狭义的讲，下列反应属于固相反应范畴的是（C）
A.固体的热分解
B.固体与气体间的化学反应
C.固体与固体之间的化学反应
D.固体与液体之间的化学反应
137.固相反应的特点是（B）
A.属于均相反应
B.属于非均相反应
C.固相反应开始温度远高于熔点
D.固相反应开始温度就是熔点
138.固相反应的特点是（D）
A.固相反应开始温度就是系统低共熔温度
B.固相反应开始温度就是熔点
C.固相反应开始温度远高于熔点
D.固相反应开始温度远低于熔点
139.所谓转化率一般定义为参与反应的一种反应物在反应过程中被反应了的（B）
A.质量分数
B.体积分数
C.摩尔分数
D.其他
140.杨德尔方程中，反应物以平行板模式接触时，反应产物层厚度与时间的（A）成正比
A.二分之一次方
B.一次方
C.二次方
D.三次方
141.影响固相反应的因素不包括（D）
A.反应物化学组成与结构的影响
B.反应物颗粒尺寸及分布的影响
C.反应温度、压力与气氛的影响
D.外加剂的影响
13
142.影响固相反应的因素不包括（C）
A.反应物化学组成与结构的影响
B.反应物颗粒尺寸及分布的影响
C.保温时间的影响
D.矿化剂的影响
143.矿化剂可以产生的作用不包括（D）
A.影响晶核的生成速率
B.影响结晶速率及晶格结构
C.降低体系共熔点，改善液相
D.阻止多晶转变
144.矿化剂可以产生的作用包括（D）
A.与反应物形成固溶体
B.与反应物形成化合物
C.阻止多晶转变
D.影响结晶速率及晶格结构
145.在金斯特林格方程中，反应速率常数“K”与颗粒半径的关系是（D）
A.正比
B.反比 C .“K”与半径的平方成正比 D. “K”与半径的平方成反比
146.非化学计量空位形成的类型包括（D）
A.非金属离子空位型
B.杂质离子空位型
C.原子空位型
D.氧离子空位型
147.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不相等，这样的相变称为（ A ）。
A、一级相变
B、二级相变
C、连续型相变
D、无扩散性相变
148.二级相变时两相化学势相等，下列还相等的是（A）。
A、熵
B、热容
C、热膨胀系数
D、压缩系数
149.下列相变不属于二级相变（D）
A、超导相变
B、磁性相变
C、玻璃态相变
D、铁电相变
150.下列不属于二级相变特点的是（D ）
A、热容量的不连续变化
B、热膨胀系数的不连续变化
C、压缩系数的不连续变化
D、体积的不连续变化
151.下列相变属于一级相变的是（C ）
A超导相变B磁性相变C扩散型相变D二级铁电相
152.下列相变属于扩散型相变的有（D ）
A、铁电相变
B、玻璃态相变
C、磁性相变
D、沉淀
153.下列对马氏体特征描述错误的是（B ）
A、相变后存在习性平面和晶面的定向关系；
B、扩散性；
C、马氏体相变往往以很高的速度进行，有时高达声速；
D、马氏体相变没有一个特定的温度，而是在一个温度范围内进行的。
154.在理论上应发生相变而实际上不能发生相转变的区域，称为亚稳区。下列表述正确的是：（D ）
A、亚稳区具有不平衡状态的特征，是物相在理论上不能稳定存在，而实际上却能稳定存在的区域；
B、在亚稳区内，物系不能自发产生新相；
14
材料综合知识竞赛试题集
C、当有外来杂质存在时，或在外界能量影响下，也有可能在亚稳区内形成新相；
D、在亚稳区内，没有外来杂质存在时，物系也可以自发产生新相。
155.下列不属于相变过程的推动力的是（D ）
A、过冷度
B、过饱和浓度
C、过饱和蒸汽压
D、平衡蒸汽压
156.以下不属于一级相变的是（D ）
A、晶体的熔化
B、液体的凝固
C、气体的凝聚
D、合金的有序-无序转变
157.要形成临界半径大小的新相，则需要对系统作功，则其值等于新相界面能的（B ）
A、1/2
B、1/3
C、1/4
D、1/5
158.晶核的成核位垒越低，析晶过程越容易进行，按析晶过程由易到难的顺序排列，下列正确的是（C）
A、均匀成核>非均匀成核>润湿的非均匀成核
B、非均匀成核>润湿的非均匀成核>均匀成核
C、润湿的非均匀成核>非均匀成核>均匀成核
D、润湿的非均匀成核>均匀成核>非均匀成核
159.熔体形成玻璃正是由于过冷熔体中晶核形成最大速率所对应的温度（B）晶体生长最大速率所对应的温度所致。
A、等于
B、低于
C、高于
D、不低于
160.在碱性金属氧化物含量相同时，阳离子对熔体结构网络的断裂作用大小决定于其离子半径。例如：一价离子中随半径增大而析晶本领增加，下列排序正确的是（A ）
A、Na+< K+ B、Na+ C、K+ D、Cs+ 161.接触角对非均匀成核自由能的变化有影响，下列哪个接触角属润湿的非均匀成核（A ） A、60° B、120° C、150° D、180° 162.下列哪种条件不利于晶核形成（B ） A、过冷度增大 B、温度升高 C、熔体质点动能降低 D、粒子间吸引力相对增大 163.在成核-生长区。如果单相液体不存在界面，则形成新相核的界面必须消耗功。此功大小随界面能的增加而（C ），随过冷度的增加而（）。 A、增大增大 B、增大不变 C、增大减小 D、不变减小 164.一个均一相对于组成微小起伏的稳定性或亚稳性的必要条件之一是相应的化学位随组分的变化：（A） A、必须为正值,至少为0 B、必须为负值，至多为0 C、可正可负 D、不可以为0 165.在液-液相变过程中，液-液不混溶区在TK温度以下又分为两部分，亚稳定区和不稳定区，下列哪种不属于亚稳定区特点的是（C） A、第二相组成不随时间变化 B、第二相分离成孤立的球形颗粒 C、颗粒尺寸和位置在母液中是有序的 D、在分相开始界面有突变 15 166.下列对不稳定相的特点描述错误的是（D ） A、第二相组成随时间而连续向两个极端组成变化，直至达到平衡组成 B、第二相分离成有高度连续性的非球形颗粒 C、分相开始界面是弥散的逐渐明显 D、分相需要位垒 167.一种或多种固体（金属、氧化物、氮化物、黏土‥‥‥）粉末经过成型，在加热到一定温度后开始收缩，在（C）温度下变成致密，坚硬的烧结体，这种过程称为烧结。 A.熔点 B.高于熔点 C.低于熔点 D.任何温度 168.泰曼发现烧结温度（TS）和熔融温度（TM）的关系，下列叙述正确的（A） A.金属粉末TS=（0.3~0.4）TM B.盐类TS=0.55TM C.硅酸盐TS=（0.8~1.0）TM D.硅酸盐TS=0.9TM 169.烧结的推动力是（B） A.粉末物料的表面能等于多晶烧结体的界面能 B.粉末物料的表面能大于多晶烧结体的界面能 C.粉末物料的表面能小于多晶烧结体的界面能 D.粉末物料的表面能不小于多晶烧结体的界面能 170.下列那种不属于烧结模型（B） A.中心距不变的双球模型 B.中心距变大的双球模型 C.中心距变小的双球模型 D.单球模型 171.下列那种情况下易促进烧结（A） A.γSV >>γGB B. γSV<<γGB C. γSV=γGB D. γSV<γGB 172.固态烧结的主要传质方式不包括（D） Ａ.蒸发－凝聚Ｂ.扩散传质Ｃ.塑性流变Ｄ.粘性流变 173.蒸发－凝聚传质采用的模型是（A） A.中心距不变的双球模型 B.中心距变大的双球模型 C.中心距变小的双球模型 D.单球模型 174.下列不属于蒸发－凝聚传质的特点是（D） Ａ.烧结时颈部扩大Ｂ.球变为椭圆Ｃ.气孔形状改变Ｄ.两球之间的中心距变小175.扩散传质采用的模型是（D） A.中心距不变的双球模型 B.中心距变大的双球模型 C.单球模型 D.中心距变小的双球模型 176.空位在扩散传质中不可以在以下哪个部位（B） A.自由表面 B.外界面 C.内界面 D.位错 177.在扩散传质中，颗粒不同部位空位浓度不同，下列哪个部位最低（C） A.颈表面张力区 B.晶粒内部 C.受压应力的颗粒接触中心 D.晶粒表部 16 材料综合知识竞赛试题集 178.在扩散传质中，不包括哪个阶段（C） A.初期 B.中期 C.晚期 D.后期 179.在扩散传质烧结初期，不属于物质迁移的路径（A） A.固态扩散 B.表面扩散 C.气相转移 D.晶格扩散 180.以扩散传质为主的烧结中，从工艺角度考虑，在烧结时不需要控制的变量（D） A.烧结时间 B.原料的起始粒度 C.温度 D.烧结速度 181.以扩散传质为主的烧结中，到烧结中期时，收缩达（B） A.70% B.80%-90% C.90% D.85%-95% 182.以扩散传质为主的烧结中，在烧结中期的模型是（D） A.中心距不变的双球模型 B.中心距变大的双球模型 C.中心距变小的双球模型 D.十四面体模型 183.以扩散传质为主的烧结中，到烧结后期时，收缩达（C） A.90%-95% B.80%-90% C.90%-100% D.85%-95% 184.液态烧结与固态烧结的共同特点是（B） A.推动力都是界面能 B.推动力都是表面能 C.推动力都是表面能与界面能之和 D.推动力都是表面能与界面能之差 185.下列传质中不属于液态烧结的（D） A.扩散传质 B.溶解-沉淀Ｃ.塑性流动Ｄ.蒸发－凝聚 186.与液相烧结过程的速率无关的是（D） A.液相数量 B.液相性质 C.固相在液相中的溶解度 D.固相数量 187.在粘性流动传质中，不属于决定烧结速率的是（A） A.液相数量 B.颗粒起始粒径 C.黏度 D.表面张力 188.不属于发生溶解-沉淀传质条件的是（D） A.显著数量的液相 B.固相在液相内有显著的可溶性 C.液相润湿固相 D.固相的溶解度 189.下列那种传质方式产生的原因是应力-应变（C） A.扩散传质B溶解-沉淀Ｃ.流变Ｄ.蒸发－凝聚 190.下列那种传质方式产生的原因是压力差△P （D） A.扩散传质 B.流变Ｃ.溶解-沉淀Ｄ.蒸发－凝聚 191.下列那种传质方式产生的原因是溶解度△C（A） A.扩散传质 B.流变Ｃ.溶解-沉淀Ｄ.蒸发－凝聚 192.下列那种传质方式的特点是中心距不变的双球模型（D） A.扩散传质 B.流变Ｃ.溶解-沉淀Ｄ.蒸发－凝聚 193.下列那种传质方式的特点是中心距缩短的双球模型（A） A.扩散传质 B.流变Ｃ.溶解-沉淀Ｄ.蒸发－凝聚 17 194.初次再结晶的推动力是（A） A.基质塑性变形所增加的能量 B.基质塑性的表面能 C.基质塑性变形所固有的能量 D.基质塑性的界面能 195.二次再结晶是指（A） A.少数巨大晶粒在细晶消耗时成核长大的过程 B.多数巨大晶粒在细晶消耗时成核长大的过程 C.晶粒不断成核长大的过程 D.少数大晶粒在细晶消耗时成核长大的过程 196.晶粒生长与二次再结晶过程不会在烧结的哪个过程进行（A） A.初期 B.中期 C.后期 197.二次再结晶的推动力是（ B ） A.大晶粒界面与邻近低表面能和小曲率半径的晶面相比有效低的表面能 B.大晶粒界面与邻近高表面能和小曲率半径的晶面相比有效低的表面能 C.大晶粒界面与邻近低表面能和大曲率半径的晶面相比有效高的表面能 D.大晶粒界面与邻近高表面能和小曲率半径的晶面相比有效高的表面能 198.防止二次再结晶最好的方法是（C ） A.控制烧结速率 B.控制粒晶 C.加适当的添加剂 D.改变温度 199.下列不属于造成二次再结晶的原因是（ C ） A.原始粒度不均匀 B.烧成温度偏高 C. 烧成温度偏低 D.烧结速度太快200.影响烧结的因素不包括（D ） A.原始粉料的粒度 B.外加剂 C.烧结温度 D.烧结速度 201.下列不属于烧结气氛的是（B ） A.氧化 B.催化 C.还原 D.中性 202.下列关于外加剂对烧结的影响不正确的（D ） A.与烧结主体形成固溶体 B.与烧结主体形成液相 C.与烧结主体形成化合物 D.与烧结主体形成络合物 203.不是加快烧结反应速率的（A ） A.增加粉料粒度 B.减小粉料粒度 C.增大A值 D.升高烧结温度 204.一般无机非金属烧结温度TS与熔点TM的关系（C ） A.TS=0.8~0.9TM B.TS=0.8~1.0 TM C.TS=0.7~0.8 TM D.TS=0.6TM 205.一般无机非金属热压烧结温度THP与熔点TM的关系（D ） A.THP=0.8~0.9TM B.THP=0.8~1.0 TM C.THP=0.7~0.8 TM D.THP=0.5~0.6TM 206.一般盐类烧结温度TS与熔点TM的关系（B ） A.TS=0.69TM B.TS=0.57TM C.TS=0.78TM D.TS=0.65TM 18 材料综合知识竞赛试题集 多项选择题 9.下列哪些晶系不属于中级晶族（ACD ） A三斜B三方C单斜D正交 46．玻璃的通性包括下面哪些选项（ACD ） A 各向同性 B 最小内能性 C 熔融态向玻璃态转化的可逆与渐变性 D 介稳性 55.下面不属于晶子假说的是（ACD ） A 凡是成为玻璃态的物质也是由一个三度空间网络构成 B 硅酸盐玻璃是由无数晶子组成的 C 玻璃中结构多面体重复没有规律性 D 网络是由离子多面体构筑起来的 83. 热力学应用计算方法包括（ABC） A.经典法 B.Ф函数法 C.△G计算法 D.分析法 91.下列无机材料的合成工艺过程中，同时伴有气相参与的固相反应是（ABC） A.碳酸盐分解 B.硫酸盐分解 C.粘土被加热后的脱水 D.陶瓷烧结 98. 下列关于生成化合物的二元系统相图叙述正确的是：(ABD) A．一致熔融化合物在相图上的特点是化合物组成点位于其液相线的组成范围内。 B．不一致熔融化合物在相图上的特点是化合物组成点位于其液相线的组成范围以外。 C．在转熔过程中，液相组成保持在一点不变，但系统温度有变化。 D．加热不一致熔融化合物到某一温度变发生分解，生成一种液相和一种晶相 99. 下面方法属于凝聚系统相图测定方法的有(ACD) A．冷却曲线法 B. 热重曲线分析法C．差热曲线法D．淬冷法 100. 用热分析法测定凝聚系统相图下面叙述正确的是：(BCD) A．能够用于过冷过热的体系。 B．能够用于相变速度快的体系。 C．不能象静态法一样符合相平衡的热力学要求。 D．此法只能测出相变温度，不能确定相变前后的物相。 103. 对三元系统相图的分析叙述正确的有：(BCD) A．划分的副三角形的个数与无变点个数相等。 B．不能任意在三个组成点间连副三角形。 C．三元系统相图的无变点必定都处于三个初晶区，三条界线的交点，而无其他形式。 D．有多少个无变点，就可以将系统划分为多少相应的副三角形。 105. 对水型物质和硫型物质的叙述中不正确的有：(ABD) A．冰的熔点曲线向右倾斜，斜率为正。 19 B．硫型物质在熔融时体积收缩。 C．印刷用的铅字，可以用铅铋合金浇注，用的就是其凝固时的体积膨胀可以充填铸模。 D．铋、镓、三氧化铁等物质属于硫型物质。 108. 以下物质对于硅砖无害的有：(ABD) A．Fe2O3B．CaO C．Al2O3 D．鳞石英 110．以下属于淬冷法特点的是：(ABC) A．准确度高B．可对试样中平衡共存的相数和各相组成进行测定。 C．不能应用于相变速度快的系统。D．操作较热分析法简便。 122．下列叙述正确的是：(ABC) A．位于相图中低共熔点的熔体比组成位于界线上的熔体的析晶能力小。 B．组成位于界线上的熔体比组成位于初晶区的熔体的析晶能力小。 C．玻璃中若出现析晶，就会破坏玻璃的均一性，是严重缺陷称为失透。 D．玻璃的形成温度有叫做可拉成丝的最低温度。 128．对菲克第一定律的描述正确的是（ABD） A.它可直接用于求解稳定扩散问题 B.它是不稳定扩散动力学方程建立的基础 C.它可直接用于求解不稳定扩散问题 D.菲克第一定律认为，在扩散体系中，参与扩散质点的浓度因位置而异，且可随时间而变化131．下面不属于空位扩散活化能的是（ACD） A.热辐射能 B.形成能 C.间隙原子迁移能 D.杂质离子迁移能 137．以下哪些不属于固相反应的特点（ACD） A.属于均相反应 B.属于非均相反应 C.固相反应开始温度远高于熔点 D.固相反应开始温度就是熔点 142. 影响固相反应的因素包括（ABD） A.反应物化学组成与结构的影响 B.反应物颗粒尺寸及分布的影响 C.保温时间的影响 D.矿化剂的影响 149. 下列哪些相变属于二级相变（ABC） A、超导相变 B、磁性相变 C、玻璃态相变 D、铁电相变 154. 在理论上应发生相变而实际上不能发生相转变的区域，称为亚稳区。下列表述不正确的是：（ABC ） A、亚稳区具有不平衡状态的特征，是物相在理论上不能稳定存在，而实际上却能稳定存在的区域； B、在亚稳区内，物系不能自发产生新相； C、当有外来杂质存在时，或在外界能量影响下，也有可能在亚稳区内形成新相； D、在亚稳区内，没有外来杂质存在时，物系也可以自发产生新相。 166. 下列对不稳定相的特点描述正确的是（ABC ） 20 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(决定硅酸盐熔体粘度大小的主要因素就是硅氧四面体网络连接程度) 在熔体中加入LiO2、Na2O 、K2O 与BaO 、PbO 等,随加入量增加,粘度显著下降。 在含碱金属的硅酸盐熔体中,当Al2O3/Na2O ≤1时,用Al2O3代替SiO2可以起“补网”作用,从而提高粘度。一般加入Al2O3、SiO2与ZrO2有类似的效果。 流动度为粘度的倒数,Φ＝ 粘度的理论解释:绝对速度理论η＝η０exp(ΔE/kT) 自由体积理论η＝B exp ［ ］＝Ａexp( ) 过剩熵理论η ＝ Cexp ［ ＝ Cexp( ) 2、非晶态物质的特点 :近程有序,远程无序 3、玻璃的通性 (1)各向同性(若有应力,为各向异性) (2)介稳性 (3)熔融态向玻璃态转化的可逆与渐变性 (4)、熔融态向玻璃态转化时其物化性质随温度变化的连续性 4、 Tg 、Tf , 相对应的粘度与特点 钠钙硅酸盐熔体粘度与温度关系表明:熔融温度范围内,粘度为50~500dPa·s 。工作温度范围粘度较高,约103~107dPa·s 。退火温度范围粘度更高,约1012、5~1013、5 dPa·s 。 Tg-脆性温度、退火温度,Tf-软化温度、可拉丝的最低温度 5、 单键强度 > 335 kJ/mol(或80 kcal/mol)的氧化物——网络形成体。 单键强度 < 250 kJ/mol(或60 kcal/mol)的氧化物——网络变性体。 在250～335 kJ/mol 为——中间体,其作用介于玻璃的网络形成体与网络变性体之间。 6、玻璃形成的热力学观点: 熔体就是物质在TM 以上存在的一种高能状态。据随温度降低,熔体释放能量大小不同,冷却途径分为结晶化,玻璃化,分相 ΔGv 越大析晶动力越大,越不容易形成玻璃。 ΔGv 越小析晶动力越小,越容易形成玻璃。 玻璃形成的动力学观点: 过冷度增大,熔体质点动能降低,有利于质点相互吸引而聚结与吸附在晶核表面,有利于成核。 过冷度增大,熔体粘度增加,使质点移动困难,难于从熔体中扩散到晶核表面,不利于晶核长大。 过冷度与成核速率Iv 与晶体生长速率u 必有一个极值。 玻璃形成的结晶化学观点: (1)、键强(孙光汉理论) 熔点低的氧化物易于形成玻璃 (2)、键型 三种纯键型在一定条件下都不能形成玻璃。 )(00T T KV -α0T T B -)(0T T C D P -?0T T B -η1 1螺位错：柏格斯矢量与位错线平行的位错。 2同质多晶：同一化学组成在不同热力学条件下形成结构不同的晶体的现象。 3晶胞：指晶体结构中的平行六面体单位，其形状大小与对应的空间格子中的单位平行六面体一致。 4肖特基缺陷：如果正常格点上的原子，热起伏过程中获得能量离开平衡位置，迁移到晶体的表面，在晶格内正常格点上留下空位，即为肖特基缺陷。肖特基缺陷：如果正常格点上的原子，热起伏过程中获得能量离开平衡位置，迁移到晶体的表面，在晶格内正常格点上留下空位，即为肖特基缺陷。 5聚合：由分化过程产生的低聚合物，相互作用，形成级次较高的聚合物，同时释放出部分Na2O，这个过程称为缩聚，也即聚合。 6非均匀成核：借助于表面、界面、微粒裂纹、器壁以及各种催化位置而形成晶核的过程。7稳定扩散：扩散质点浓度分布不随时间变化。 8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成两个互不溶解或部分溶解的玻璃相(或液相)，并相互共存的现象称为玻璃的分相(或称液相不混溶现象)。 9不一致熔融化合物：是一种不稳定的化合物。加热这种化合物到某一温度便发生分解，分解产物是一种液相和一种晶相，两者组成与化合物组成皆不相同，故称不一致熔融化合物。10晶粒生长：无应变的材料在热处理时，平均晶粒尺寸在不改变其分布的情况下，连续增大的过程。 11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）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。 12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。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） （2.5分） 13可塑性：粘土与适当比例的水混合均匀制成泥团，该泥团受到高于某一个数值剪应力作用后，可以塑造成任何形状，当去除应力泥团能保持其形状，这种性质称为可塑性。（2.5晶胞参数：表示晶胞的形状和大小可用六个参数即三条边棱的长度a、b、c和三条边棱的夹角α、β、γ即为晶胞参数。 14一级相变：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。 15二次再结晶：是液相独立析晶：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） 16泰曼温度：反应物开始呈现显著扩散作用的温度。（2.5） 17晶子假说：苏联学者列别捷夫提出晶子假说，他认为玻璃是高分散晶体（晶子）的结合体，硅酸盐玻璃的晶子的化学性质取决于玻璃的化学组成，玻璃的结构特征为微不均匀性和近程有序性。无规则网络假说：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。晶体结构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。 18正尖晶石；二价阳离子分布在1／8四面体空隙中，三价阳离子分布在l／2八面体空隙的尖晶石。 19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 2-1 名词解释（a ）弗伦克尔缺陷与肖特基缺陷；（b ）刃型位错和螺型位错 （c ）类质同象与同质多晶 解：（a ）当晶体热振动时，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，这种缺陷称为弗伦克尔缺陷。如果正常格点上原子，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，这种缺陷称为肖特基缺陷。（b ）滑移方向与位错线垂直的位错称为刃型位错。位错线与滑移方向相互平行的位错称为螺型位错。（c ）类质同象：物质结晶时，其晶体结构中部分原有的离子或原子位置被性质相似的其它离子或原子所占有，共同组成均匀的、呈单一相的晶体，不引起键性和晶体结构变化的现象。同质多晶：同一化学组成在不同热力学条件下形成结构不同的晶体的现象。 2-6（1）在CaF 2晶体中，弗仑克尔缺陷形成能为2.8eV ，肖特基缺陷的生成能为5.5eV ，计算在25℃和1600℃时热缺陷的浓度？（k ＝1.38×10－23J/K ） （2）如果CaF 2晶体中，含有百万分之一的YF 3杂质，则在1600℃时，CaF 2晶体中时热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势？说明原因。 解：（1）弗仑克尔缺陷形成能为2.8eV ，小于肖特基缺陷形成能5.5eV ，所以CaF 2晶体中主要是弗仑克尔缺陷，肖特基缺陷可忽略不计。-----------1分 当T ＝25℃＝298K 时，热缺陷浓度为： 242319298 1006.2)2981038.1210602.18.2exp()2exp(---?=?????-=?-=??? ??kT G N n f ----2分 当T ＝1600℃＝1873K 时，热缺陷浓度为： 423191873 107.1)18731038.1210602.18.2exp()2exp(---?=?????-=?-=??? ??kT G N n f -----2分 （2）CaF 2中含百万分之一（10－ 6）的YF 3时的杂质缺陷反应为： Ca F Ca CaF V F Y YF ''++??→??62223 由此可知：[YF3]=2[Ca V '']，所以当加入10－ 6YF3时，杂质缺陷的浓度为： 73105][2 1][-?==''YF V Ca 杂--------------------1分 此时，在1600℃下的热缺陷计算为： Ca i Ca V Ca Ca ''+→?? x x ＋5×10－ 7 则：8241089.2)107.1()exp(][]][[--???=?=?-==''kT G k Ca V Ca f Ca Ca i 即：871089.21 )105(--?=?+x x ，x ≈8.1×10－4 热缺陷浓度： 4101.8][-?=≈''x V Ca 热------------------1分 第一章晶体几何基础 1-1 解释概念： 等同点：晶体结构中，在同一取向上几何环境和物质环境皆相同的点。 空间点阵：概括地表示晶体结构中等同点排列规律的几何图形。 结点：空间点阵中的点称为结点。 晶体：内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体。 对称：物体相同部分作有规律的重复。 对称型：晶体结构中所有点对称要素（对称面、对称中心、对称轴和旋转反伸轴）的集合为对称型，也称点群。 晶类：将对称型相同的晶体归为一类，称为晶类。 晶体定向：为了用数字表示晶体中点、线、面的相对位置，在晶体中引入一个坐标系统的过程。 空间群：是指一个晶体结构中所有对称要素的集合。 布拉菲格子：是指法国学者 A.布拉菲根据晶体结构的最高点群和平移群对称及空间格子的平行六面体原则，将所有晶体结构的空间点阵划分成14种类型的空间格子。 晶胞：能够反应晶体结构特征的最小单位。 晶胞参数：表示晶胞的形状和大小的6个参数（a、b、c、α 、β、γ ）. 1-2 晶体结构的两个基本特征是什么？哪种几何图形可表示晶体的基本特征？ 解答：⑴晶体结构的基本特征： ①晶体是内部质点在三维空间作周期性重复排列的固体。 ②晶体的内部质点呈对称分布，即晶体具有对称性。 ⑵14种布拉菲格子的平行六面体单位格子可以表示晶体的基本特征。 1-3 晶体中有哪些对称要素，用国际符号表示。 解答：对称面—m，对称中心—1，n次对称轴—n，n次旋转反伸轴—n 螺旋轴—ns ，滑移面—a、b、c、d 1-5 一个四方晶系的晶面，其上的截距分别为3a、4a、6c，求该晶面的晶面指数。 解答：在X、Y、Z轴上的截距系数：3、4、6。 截距系数的倒数比为：1/3:1/4:1/6=4:3:2 晶面指数为：（432） 补充：晶体的基本性质是什么？与其内部结构有什么关系？ 解答：①自限性：晶体的多面体形态是其格子构造在外形上的反映。 ②均一性和异向性：均一性是由于内部质点周期性重复排列，晶体中的任何一部分在结构上是相同的。异向性是由于同一晶体中的不同方向上，质点排列一般是不同的，因而表现出不同的性质。 ③对称性：是由于晶体内部质点排列的对称。 ④最小内能和最大稳定性：在相同的热力学条件下，较之同种化学成分的气体、液体及非晶质体，晶体的内能最小。这是规则排列质点间的引力和斥力达到平衡的原因。 晶体的稳定性是指对于化学组成相同，但处于不同物态下的物体而言，晶体最为稳定。自然界的非晶质体自发向晶体转变，但晶体不可能自发地转变为其他物态。 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） 弗伦克尔缺陷肖特基缺陷 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 幻灯片6 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 混合位错：滑移方向与位错线既不平行，又不垂直。 幻灯片7 第三章、非晶态固体 1、熔体的结构：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、 Tg 、Tf ,相对应的粘度和特点 5、网络形成体、网络改变（变性）体、网络中间体 玻璃形成的结晶化学观点：键强，键能 6、玻璃形成的动力学条件 (相变)，3T图 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、硅酸盐晶体与硅酸盐玻璃的区别 10、硼的反常现象 幻灯片8 第四章、表面与界面 1、表面能和表面张力，表面的特征 2、润湿的概念、定义、计算；槽角、二面角的计算 改善润湿的方法：去除表面吸附膜（提高固体表面能）、 6-1 略。 6-2 什么是吉布斯相律？它有什么实际意义？ 解：相律是吉布斯根据热力学原理得出的相平衡基本定律，又称吉布斯相律，用于描述达到相平衡时系统中自由度数与组分数和相数之间的关系。一般形式的数学表达式为F＝C－P＋2。其中F为自由度数，C为组分数，P为相数，2代表温度和压力两个变量。应用相率可以很方便地确定平衡体系的自由度数。 6-3 固体硫有两种晶型，即单斜硫、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。 图 6-1 图6-2 6-4 如图6-1是钙长石（CaAl2Si2O）的单元系统相图，请根据相图回解：（1）六方、正交和三斜钙长石的熔点各是多少？（2）三斜和六方晶型的转变是可逆的还是不可逆的？你是如何判断出来的？（3）正交晶型是热力学稳定态？还是介稳态？ 解：（1）六方钙长石熔点约1300℃（B点），正钙长石熔点约1180℃（C点），三斜钙长石的熔点约为1750℃（A点）。 （2）三斜与六方晶型的转变是可逆的。因为六方晶型加热到转变温度会转变成三斜晶型，而高温稳定的三斜晶型冷却到转变温度又会转变成六方晶型。 （3）正交晶型是介稳态。 6-5 图6-2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，并写出图中各无变量点的相平衡关系；（2）系统中哪种晶型为稳定相？哪种晶型为介稳相？（3）各晶型之间的转变是可逆转变还是不可逆转变？ 解：（1）KEC为晶型Ⅰ的相区，EFBC 过冷液体的介稳区，AGFB晶型Ⅱ的介稳区， JGA晶型Ⅲ的介稳区，CED是液相区，KED是气相区； （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，有自发转变为自由能较低的晶型Ⅰ的趋势； （3）晶型Ⅰ转变为晶型Ⅱ、Ⅲ是单向的，不可逆的，多晶转变点的温度高于两种晶型的熔点；晶型Ⅱ、Ⅲ之间的转变是可逆的，双向的，多晶转变点温度低于Ⅱ、Ⅲ的熔点。 6-6 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-鳞石英 不可逆多晶转变：β-方石英←→β-石英γ-鳞石英←→β-石英 6-7 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？ 解：C2S有、、、四种晶型，它们之间的转变如右图所示。由于β-C2S 是一种热力学非平衡态，没有能稳定存在的温度区间，因而在相图上没有出现β-C2S的相区。C3S和β-C2S 是硅酸盐水泥中含量最高的两种水硬性矿物，但当水泥熟料缓慢冷却时，C3S将会分解，β-C2S将转变为无水硬活性的γ-C2S。为了避免这种情况的发生，生产上采取急冷措施，将C3S和β-C2S迅速越过分解温度或晶型转变温度，在低温下以介稳态保存下来。 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～t2/5、ΔL/L～t和ΔL/L～t1/3。 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 2-G02 = kt = 2 μm, G = 10 μm, t = 0.5 h，得 代入数据：G 第三章练习题 一、填空题 1.玻璃具有下列通性：、态转化时物理、化学性能随温度变化的连续性。 2.在硅酸盐熔体中，当以低聚物为主时，体系的粘度 3.物质在熔点时的粘度越越容易形成玻璃，大于，等于，小于)时容易形成玻璃。 4.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和分相三种不同的相变过程。 5.当SiO2含量比较高时，碱金属氧化物降低熔体粘度的能力是Li2Na22O。 6. 2Na2O·CaO·Al2O3·2SiO2的玻璃中，结构参数Y为 3 。 7. 从三T曲线可以求出为避免析出10-6分数的晶体所需的临界冷却速率，该速率越小，越容易形成玻璃。 8．NaCl和SiO2两种物质中SiO2 容易形成玻璃，因其具有极性共价键结构。 9.在Na2O－SiO2熔体中，当Na2O/Al2O3<1时，加入Al2O3使熔体粘度降低。 10. 硅酸盐熔体中聚合物种类，数量与熔体组成（O/Si）有关，O/Si比值增大，则熔体中的高聚体[SiO4]数量减少。 11. 硅酸盐熔体中同时存在许多聚合程度不等的负离子团，其种类、大小和复杂程度随熔体的组成和温度而变。当温度不变时，熔体中碱性氧化物含量增加， O/Si比值增大，这时熔体中高聚体数量减少。 二、问答题 1.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：1) 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大粘度，并且粘度随温度降低而剧烈地升高时，容易形成玻璃。 2) 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，硅氧网络断裂，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R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，B开始处于[BO3]三角形中使结构网络疏松，粘度下降。 3+2+ 1当我排队等着站上小便池的时候有人已经在大便池先尿了■■■■■■■■■■■■张为政整理■■■■■■■■■■■■勿删■■■■■■■■■■■■ 2.试阐述网络形成体和网络变性体。 玻璃网络形成体：其单键强度>335KJ／MOL。这类氧化物能单独形成玻璃。 网络变性体：其单键强度<250KJ/MOL。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。 6-1 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。6-2 简述影响熔体粘度的因素？ 答：影响熔体粘度的主要因素：温度和熔体的组成。 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。 6-3 名词解释（并比较其异同） ⑴晶子学说和无规则网络学说 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。晶体结构网 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，形成级次较高的聚合物，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/mol.k 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。 6-4 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？ 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。 6-5 玻璃的组成是13wt%Na2O、13wt%CaO、74wt%SiO2，计算桥氧分数？ 解： Na2O CaO SiO2 wt% 13 13 74 mol 0.21 0.23 1.23 mol% 12.6 13.8 73.6 R=(12.6+13.8+73.6 ×2)/ 73.6=2.39 ∵Z=4 ∴X=2R﹣Z=2.39×2﹣4=0.72 Y=Z﹣X= 4﹣0.72=3.28 氧桥%=3.28/（3.28×0.5+0.72） =69.5% 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） 无机材料科学基础综 合测试9 测试九问答与计算 1．（5分）Si和Al的原子量非常接近（分别为28.09和26.98），但SiO 2及Al 2 O 3 的密度相差很大（分别为 2.65 g/cm3及 3.96 g/cm3）试运用晶体结 构及鲍林规则说明这一差别。 2．（15分）石墨、云母和高岭石具有相似的结构，请分析它们结构的区别以及由此引起的性质上的差异。 3．（1）（5分）在MgO晶体中，肖特基缺陷的生成能为6 ev，分别计算 25 ℃和 1600℃时热缺陷的浓度。（2）（5分）如果MgO晶体中，含有百万 分之一的Al 2O 3 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？请说明原因。 4．（15分）非化学计量缺陷的浓度与周围气氛的性质、压力大小相关，如果增大周围氧气的分压，非化学计量化合物的密度将发生怎样的变化？为什么？ 5．（10分）在组成为16Na 2O.xB 2 O 3 .(84-x)SiO 2 的熔体中，当x<15 mol％时，增加B 2 O 3 的含量使粘度升高；当x> 15mol％时，增加B 2 O 3 的含量，反而会 使粘度降低，为什么？ 6．（10分）用Na 2CO 3 和Na 2 SiO 3 分别稀释同一粘土泥浆，试比较电解质加入量相同时，两种泥浆的流动性、触变性和坯体致密度的大小。 7．（10分）试说明中各项所代表的意义，并解释同样是间隙扩散机构，为什么在相同的温度下，杂质在介质中的扩散系数比介质本身形成间隙离子的扩散系数大？ 8．（10分）扩散系数与哪些因素有关？为什么？为什么可以认为浓度梯度大小基本上不影响D值，但浓度梯度大则扩散得快又如何解释？ 9．（1）（8分）当测量氧化铝－水化物的分解速率时，一个学生发现在等温实验期间，重量损失随时间线性增加到50％左右。超出50％时重量损失的速率就小于线性规律。线性等温速率随温度指数地增加，温度从 451℃增加到 493℃时速率增大10倍，试计算反应活化能。（2）（7分）何谓矿化剂？在固相反应中加入少量矿化剂可促进反应加速进行，解释其原因。 10．（10分）为什么在成核生长机理相变中，要有一点过冷或过热才能发生相变？什么情况下需要过冷，什么情况下需要过热？ 11．（10分）当球形晶核在液态中形成时，整个自由焓的变化ΔG＝4πr2γ+4/3πr3ΔGv，式中r为球形晶核的半径，γ为液态中晶核的表面能，ΔGv 为液相中单位体积晶核形成的体积自由焓变。求证晶核的临界半径r c 和成核势垒ΔG c 。如在液态中形成边长为a的立方体晶核时，求晶核的临界立方体边 长a c 和成核势垒ΔG c 。 12．（10分）在 1500 ℃MgO正常晶粒长大期间，观察到晶体在 1小时内从 1 μm直径长大到10 μm。如已知晶界扩散能为60 kcal/mol，试推测在1600 ℃下 4小时后晶粒的大小，并解释为什么在烧结粉末体中加入少量添加物可促进烧结？ 10-1 名词解释：烧结烧结温度泰曼温度液相烧结固相烧结初次再结晶晶粒长大二次再结晶 （1）烧结：粉末或压坯在低于主要组分熔点的温度下的热处理，目的在于通过颗粒间的冶金结合以提高其强度。 （2）烧结温度：坯体在高温作用下，发生一系列物理化学反应，最后显气孔率接近于零，达到致密程度最大值时，工艺上称此种状态为"烧结"，达到烧结时相应的温度，称为"烧结温度"。 （3）泰曼温度：固体晶格开始明显流动的温度，一般在固体熔点（绝对温度）的2/3处的温度。在煅烧时，固体粒子在塔曼温度之前主要是离子或分子沿晶体表面迁移，在晶格内部空间扩散（容积扩散）和再结晶。而在塔曼温度以上，主要为烧结，结晶黏结长大。 （4）液相烧结：烧结温度高于被烧结体中熔点低的组分从而有液相出现的烧结。 （5）固相烧结：在固态状态下进行的烧结。 （6）初次再结晶：初次再结晶是在已发生塑性变形的基质中出现新生的无应变晶粒的成核和长大过程。 （7）晶粒长大：是指多晶体材料在高温保温过程中系统平均晶粒尺寸逐步上升的现象. （8）二次再结晶：再结晶结束后正常长大被抑制而发生的少数晶粒异常长大的现象。 10-2 烧结推动力是什么？它可凭哪些方式推动物质的迁移，各适用于何种烧结机理? 解：推动力有：（1）粉状物料的表面能与多晶烧结体的晶界能的差值， 烧结推动力与相变和化学反应的能量相比很小，因而不能自发进行，必须加热!! （2）颗粒堆积后，有很多细小气孔弯曲表面由于表面张力而产生压力差， （3）表面能与颗粒之间形成的毛细管力。 传质方式：（1）扩散（表面扩散、界面扩散、体积扩散）；（2）蒸发与凝聚；（3）溶解与沉淀；（4）黏滞流动和塑性流动等，一般烧结过程中各不同阶段有不同的传质机理，即烧结过程中往往有几种传质机理在起作用。 10-3 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? 试说明理由。 （1）蒸发－冷凝；（2）体积扩散；（3）粘性流动；（4）晶界扩散；（5）表面扩散；（6）溶解－沉淀 无机材料科学基础试卷六 一、名词解释（20分） 1、反萤石结构、晶胞； 2、肖特基缺陷、弗伦克尔缺陷； 3、网络形成体、网络改变体； 4、触变性、硼反常现象； 二、选择题（8分） 1、粘土泥浆胶溶必须使介质呈（） A、酸性 B、碱性 C、中性 2、硅酸盐玻璃的结构是以硅氧四面体为结构单元形成的（）的聚集体。 A、近程有序，远程无序 B、近程无序，远程无序 C、近程无序，远程有序 3、依据等径球体的堆积原理得出，六方密堆积的堆积系数（）体心立方堆积的堆积系数。 A、大于 B、小于 C、等于 D、不确定 4、某晶体AB，A—的电荷数为1，A—B键的S=1/6，则A+的配位数为（）。 A、4 B、12 C、8 D、6 5、在单位晶胞的CaF2晶体中，其八面体空隙和四面体空隙的数量分别为（）。 A、4，8 B、8，4 C、1，2 D、2，4 6、点群L6PC属（）晶族（）晶系。 A、高级等轴 B、低级正交 C、中级六方 D、高级六方 7、下列性质中（）不是晶体的基本性质。 A、自限性 B、最小内能性 C、有限性 D、各向异性 8、晶体在三结晶轴上的截距分别为1/2a、1/3b、1/6c。该晶面的晶面指数为（）。 A、（236） B、（326） C、（321） D、（123） 9、非化学计量化合物Cd1+xO中存在（）型晶格缺陷 A、阴离子空位 B、阳离子空位 C、阴离子填隙 D、阳离子填隙 10、可以根据3T曲线求出熔体的临界冷却速率。熔体的临界冷却速率越大，就（）形成玻璃。 A、越难 B、越容易 C、很快 D、缓慢 11、晶体结构中一切对称要素的集合称为（）。 A、对称型 B、点群 C、微观对称的要素的集合 D、空间群 12、在ABO3(钙钛矿)型结构中，B离子占有（）。 A、四面体空隙 B、八面体空隙 C、立方体空隙 D、三方柱空隙晶体 三、填空（17分） 1、在玻璃形成过程中，为避免析晶所必须的冷却速率的确定采用（）的方法。 2、a=b≠c α=β=γ=900的晶体属（）晶系。 3、六方紧密堆积的原子密排面是晶体中的（）面，立方紧密堆积的原子密排面是晶体中的 第二章晶体结构与晶体结构中的缺陷 2-1 氯化铯（CsCl）属萤石结构，如果Cs+离子半径为0.170nm，Cl-离子半径为0.181nm，计算球状离子所占据的空间分数（堆积系数）。假设Cs+和Cl-离子沿立方对角线接触。 2-2 （a）MgO具有NaCl结构。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空间分数（堆积系数）。 （b）计算MgO的密度。 2-3 氧化锂（Li2O）的晶胞结构构成：O2-离子呈面心立方堆积，Li+离子占据所有四面体空隙。计算：（a）晶胞常数；（b）Li2O的密度；（c）O2-离子密堆积的结构格子，其空隙所能容纳的最大正离子半径是多大？（d）有0.01mol%SrO溶于Li2O中的固溶体的密度。（注：Li+离子半径：0.74? ，O2-离子半径：1.40?） 2-4 ThO2 具有CaF2结构。Th4+离子半径为0.100 nm。O2-离子半径为0.140 nm。 （a）实际结构中的Th4+正离子配位数与预计配位数是否一致？ （b）结构遵循鲍林规则否？ 2-5 石墨、云母和高岭石具有相似的结构。说明他们的结构区别及由此引起的性质上的差异。2-6（a）在氧离子立方密堆中，画出适合于阳离子位置的间隙类型和位置，八面体间隙位置数与氧离子数之比为多少？四面体间隙位置数与氧离子数之比为多少？（b）用键强度和鲍林规则来解释，对于获得稳定的结构各需要何种价离子，其中： 1）所有八面体间隙位置均填满， 2）所有四面体间隙位置均填满， 3）填满一半八面体间隙位置， 4）填满一半四面体间隙位置 并对每一种举出一个结构类型名称和正负离子配位数。 2-7 很简明地说明下列名词的含义：类质同晶现象，同质多象现象，多型现象，反结构（如反萤石结构），倒反结构（如反尖晶石结构）。 2-8 Si 和Al的原子量非常接近（分别为28.09和26.98），但SiO2及Al2O3的密度相差很大（分别为2.65及3.96）。运用晶体结构及鲍林规则说明这一差别。 2-9（a）计算三重配位时阳离子和阴离子半径比的下限。 （b）对B3+（r0=0.20?），O2-（r0=1.40?）。试预测其配位数。 （c）通常实验中观察到的是三角配位，试做出解释。 2-10 （a）在MgO晶体中，肖特基缺陷的生成能为6eV，计算在25℃和1600℃时热缺陷的浓度。（b）如果MgO晶体中，含有百万分之一的Al2O3杂质，则在1600℃时，MgO晶体是热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势？说明原因。 2-11? 对某晶体的缺陷测定生成能为84 kJ/mol，计算该晶体在1000K和1500K时的缺陷浓度。 2-12 ?试述晶体结构中点缺陷的类型。以通用的表示法写出晶体中各种点缺陷的表示符号。试举例写出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表示式。2-13? 非化学计量缺陷的浓度与周围气氛的性质、压力大小相关，如果增大周围氧气的分压，非化学计量化合物Fe1-xO及Zn1+xO的密度将发生怎样的变化？增大？减小？为什么？ 2-14 对于MgO、Al2O3和Cr2O3,其正负离子半径分别为0.47、0.36和0.40。Al2O3和Cr2O3形成连续固溶体。（a）这个结果可能吗？为什么？（b）试预计，在MgO—Cr2O3系统中的固溶度是有限还是很大的？为什么？ 第三章熔体和玻璃体 名词解释：晶子假说和无规则网络假说；网络形成剂和网络变形剂；单键强 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（决定硅酸盐熔体粘度大小的主要因素是硅氧四面体网络连接程度） 在熔体中加入LiO2、Na2O 、K2O 和BaO 、PbO 等，随加入量增加，粘度显著下降。 在含碱金属的硅酸盐熔体中，当Al2O3/Na2O ≤1时，用Al2O3代替SiO2可以起“补 网”作用，从而提高粘度。一般加入 Al2O3、SiO2和ZrO2有类似的效果。流动度为粘度的倒数，Φ＝粘度的理论解释：绝对速度理论 η＝η０exp(ΔE/kT) 自由体积理论 ＝B exp ［］＝Ａexp( ) 过剩熵理论＝Cexp ［］＝Cexp （）2、非晶态物质的特点 ：近程有序，远程无序3、玻璃的通性 (1)各向同性（若有应力，为各向异性） （2）介稳性 （3）熔融态向玻璃态转化的可逆与渐变性 (4)、熔融态向玻璃态转化时其物化性质随温度变化的连续性 4、Tg 、Tf , 相对应的粘度和特点 钠钙硅酸盐熔体粘度与温度关系表明：熔融温度范围内，粘度为 50~500dPa ·s 。工作温度范围粘度较高，约103~107dPa ·s 。退火温度范围粘度更高，约 1012.5~1013.5 dPa ·s 。 Tg-脆性温度、退火温度，Tf-软化温度、可拉丝的最低温度5、 单键强度 > 335 kJ/mol(或80 kcal/mol)的氧化物——网络形成体。单键强度< 250 kJ/mol(或60 kcal/mol)的氧化物——网络变性体。 在250～335 kJ/mol 为——中间体，其作用介于玻璃的网络形成体和网络变性体之间。 6、玻璃形成的热力学观点： 熔体是物质在 TM 以上存在的一种高能状态。据随温度降低，熔体释放能量大小不同，冷却途径分为结晶化,玻璃化，分相 ΔGv 越大析晶动力越大，越不容易形成玻璃。 ΔGv 越小析晶动力越小，越容易形成玻璃。 玻璃形成的动力学观点：＝单键强度正离子的配位数 氧化物分解能 )(00T T KV 0T T B )(0T T C D P 0 T T B 1 1 2- 1名词解释（a ）弗伦克尔缺陷与肖特基缺陷 ； （b ）刃型位错和螺型位错 （c ）类质同象与同质多晶 解：（a ）当晶体热振动时，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，这种缺陷称为弗伦克尔缺陷。如果正常格点上原子，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，这种缺陷称为肖特基缺陷。（ b ）滑移方向与位错线垂直的位错称为刃型位 错。位错线与滑移方向相互平行的位错称为螺型位错。（ c ）类质同象：物质结晶时，其晶体结构中部分原有的离 子或原子位置被性质相似的其它离子或原子所占有，共同组成均匀的、呈单一相的晶体，不引起键性和晶体结构变 化的现象。同质多晶：同一化学组成在不同热力学条件下形成结构不同的晶体的现象。 2- 6 （1）在CaFa 晶体中，弗仑克尔缺陷形成能为 2.8eV ，肖特基缺陷的生成能为 5.5eV ，计算在25C 和1600C 时热 一 23 缺陷的浓度？ （ k = 1.38 X 10 J/K ） （2）如果CaE 晶体中，含有百万分之一的 YR 杂质，则在1600 C 时，CaR 晶体中时热缺陷占优势还是杂质缺陷 占优势？说明原因。 解：（1 ）弗仑克尔缺陷形成能为 2.8eV ，小于肖特基缺陷形成能 5.5eV ，所以Ca￡晶体中主要是弗仑克尔缺陷，肖 特基缺陷可忽略不计。 ------------- 1分 当T = 25C= 298K 时，热缺陷浓度为： 19 / 2.8 1.602 10 、ccc" 24 — exp( 天 )2.06 10 ---- 2 分 2 1.38 10 2 3 298 当T = 1600C= 1873K 时，热缺陷浓度为: 19 / 2.8 1.602 10 、「“ 4 exp( 元 )1.7 10 2 1.38 10 2 3 1873 （2） CaF 2中含百万分之一（10 6）的YF 3时的杂质缺陷反应为： 2YF 3 C aF2 2丫二 6F F V ca 由此可知：［YF3］=2［V ca ］，所以当加入10一6YF3时，杂质缺陷的浓度为: 1 ［V Ca 杂］孑和彳］5 10 7 ------------------------ 1分 此时，在1600 C 下的热缺陷计算为： x + 5X 10 一7 exp(―—) N 298 2kT G f N 1873 eXP( 2kT ) Ca Ca ?? Ca i " V Ca 则: 99 [Ca i ][V Ca ] k [Ca Ca ] exp( (1.7 10 4)2 2.89 10 8 即: x (x 5 10 7) 2.89 10 8, x ~ 8.1 X 10一4 玻璃——玻璃是由熔体过冷所制得的非晶态材料。 水泥——水泥是指加入适量水后可成塑性浆体，既能在空气中硬化又能在水中硬化，并能够将砂，石等材料牢固地胶结在一起的细粉状水硬性材料。 耐火材料——耐火材料是指耐火度不低于1580摄氏度的无机非金属材料。硅质耐火材料，镁质耐火材料，熔铸耐火材料，轻质耐火材料，不定形耐火材料。 高聚物——高聚物是由一种或几种简单低分子化合物经聚合而组成的分子量很大的化合物。 胶粘剂——胶粘剂是指在常温下处于粘流态，当受到外力作用时，会产生永久变形，外力撤去后又不能恢复原状的高聚物。 合金——合金是由两种或两种以上的金属元素，或金属元素与非金属元素形成的具有金属特性的新物质 2 晶体结构 晶胞——晶胞是从晶体结构中取出来的反应晶体周期性和对称性的重复单元。 空间点阵——空间点阵是把晶体结构中原子或分子等结构基元抽象为周围环境相同的阵点之后，描述晶体结构的周期性和对称性的图像。 晶面指数——结晶学中经常用（h k l）来表示一组平行晶面，成为晶面指数。 晶面族——在对称性高的晶体（如立方晶系）中，往往有并不平行的两组以上的晶面，它们的原子排列状况是相同的，这些晶面构成一个晶面族。 氢键——氢键是指氢原子同时与两个电负性很大而原子半径较小的原子（O,F,N等）相结合所形成的键。 空间利用率（原子堆积系数）——晶胞中原子体积与晶胞体积的比值。 配位数——一个原子（或离子）周围同种原子（或异号离子）的数目成为原子或离子的配位数，用CN来表示。 哥希密特化学定律——晶体结构取决于其组成基元（原子，离子或离子团）的数量关系，大小关系及极化性能。 同质多晶——这种化学组成相同的物质，在不同的热力学条件下形成结构不同的晶体的现象，成为同质多晶。由此所产生的每一种化学组成相同但结构不同的晶体，成为变体。无机材料科学基础答案
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