无机材料科学基础习题三

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1、《无机材料科学基础》习题三问答与计算1、简述扩散、相变、固相反应与烧结推动力的具体表现形式。2、简述非计量化合物与固溶体的异同。3、Al2O3+SiO2→3Al2O3·2SiO2为扩散控制的固相反应，若活化能△E=210kJ/mol，1400℃下反应1h反应完成10%，求1500℃反应4h反应速度（已知[1－（1－G）1/3]2=kt，k=A·exp（－△E/RT）。4、简述硅酸晶体的结构分类特点，并写出O/Si的值。5、以晶体与玻璃为例，说明无机材料的组成、结构与硅酸之间的简要关系。6、已知熔体的密度d=2200kg/m3，表面张力为D=0.29N/m，大气压力是

2、1.01×105Pa。求在熔体深处20cm，形成φ=5×10－8m的小气泡时，气泡内的最小压力值。7、比较高岭石与蒙脱石结构与特性异同。（7分）8、写出形成连续固溶体的条件。（8分）9、写出Fick定律的表达式，并说明什么是非稳定扩散。（10分）10、解释下列现象：在H+－粘土中引入Ca（OH）2，开始在水系统中出现絮凝，随着Ca(OH)2引入量的增加，相继又解凝和再次絮凝。（10分）11、比较无规则网络学说和晶子学说的异同。（10分）12、计算Na2O·CaO·Al2O3·2SiO2和Na2O·Al2O3·2SiO2的玻璃结构参数。（10分）13、在CaF2中引入

3、0.2mol分数的YF3，测得晶胞参数ao=0.55nm，固溶体密度d=3.64g/cm3；已知MY=88.90，MCa=40.08，MF=19.00。试计算说明形成固溶体的类型。（10分）14、讨论烧结助剂对材料烧结的作用。（10分）15、分析液-固相变的推动力。（5分）16、（10、11中选做一题）（20分）图例说明低共熔点与转熔点的异同。17、如右图示的三元相图：（1）说明化合物D1、D2、D3、D4的性质。5（2）分析E、F、G与H点的性质并写出相平衡方程。（3）分析熔体I的析晶过程。18、试简述形成连续置换型固溶体的条件是什么？19、已知某晶体的多晶转变式

4、为α相β相，α→β转变的△GV=－418J/mol，900℃时为－2090J/mol，并假设△GV与温度之间呈线性关系。试计算（a）1025℃（b）850℃时的临界半径rk和△GV。20、为了促进Al2O3材料的致密化，当加入0.002～0.005molMgO作烧结助剂，其作用机理有三种观点：（a）MgO-Al2O3形成固溶体（写出固溶式）（b）MgO-Al2O3形成化合物（写出固相反应式）（c）MgO-Al2O3出现液相（读出温度）（1）请你根据MgO-Al2O3相图判断这3种观点是否正确，并说明这三种机理促进烧结的原因。（2）画出1700℃时的自由焓一组成曲线。

5、21、有一个三元相图A-B-C。（a）标明各条界线的性质（共熔用单箭头，转熔用双箭头表示）。（b）写出E、F、G、H点的性质及相变式。（c）分析M点的析晶路程，写出刚达析晶结束点时各相含量。（d）如果冷却速率非常快，M点析晶路程将如何变化。答案1、扩散：化学位梯度，Fi=μi/x相变：△GT.P≤O，分温度条件，压力条件及浓度条件烧结：γSV＞γGB，即表面能与界面能之差2、非化学计量：形成与气氛及压力条件相关；可视为一种等价置换固溶体—同一元素的不同价态间置换。固溶体：有间隙与置换两种（概念）；溶解度影响因素。二者均是结构缺陷，为均相体系。53、解：（1）已知：t

6、=1h，G=0.1则：k=[1―（1―G）1/3]2/t=a（2）k=Aexp（－△E/RT）k1/k2=exp[（）4、（1）按[S：O4]的连接方式分类，分成5类（2）岛状：O/Si=4/1组群：O/Si=7/2、3/1链状：O/Si=3/1、11/4层状：O/Si=10/4架状：O/Si=2/15、（1）玻璃的通性（2）晶体的通性（3）结构决定性质（4）成份与工艺决定微观结构（5）材料结构设计的概念6、解：（1）熔体静压ρ1=h·ρg=0.2×2200×9.81=4316.4Pa（2）附加压力Δρ=2γ/r=2×0.29/5×10－8=1.16×107Pa（3

7、）总压（min）ρ=P1+Δρ=117.04×105Pa7、（1）二、三八面体（2）层间结合力及其水化作用，层间取代（3）层内取代8、（1）尺寸；（2）结构；（3）电价关系；（4）电负性及极化（各2pts）9、（1）J=－DC[=－D（ic/+jc/y+kc/y）]5c/t=D（2c/x2+2c/y2+2c/y2）（6pts）（2）质点浓度随时间和位置而变化的扩散4pts10、—电位降→升→降的过程↑变性11、（1）无规则网络：（a）似晶体的三维；（b）只是三维多面体的无规则重复（2）晶子说：（a）“晶子”的组成变化；（b）“晶子”是晶格变形的，近序而远无序（c