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无机材料科学基础名词解释名词解释 肖特基缺陷：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表面， 晶体内正常格点上留下空位 弗伦克尔缺陷：晶格热振动时，能量足够大的原子离开平衡位置，挤到晶格间隙中，形成 间隙原子，原来位置上形成空位 空间群：晶体结构中一切对称要素的集合称为空间群。 本征扩散:指空位来源于晶体结构中本征热缺陷而引起质点的迁移的扩散方式； 非本征扩散是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。 固溶体：在固态条件下，一种组分内“溶解”了其它组分而形成的单一、均匀的晶态固体称为固溶体。 烧结与熔融：烧结是在远低于固态物质的熔融温度下进行的，熔融时全部组元都转变为液相，而烧结时至少有一组元是固态的。 等同点：在晶体结构中占据相同的位置和具有相同的环境的点 点阵：空间点阵，一系列在三维空间按周期性排列的几何点 结点间距：行列中两个相邻结点间的距离 晶体：内部质点在三维空间按周期性重复排列的固体，具有格子构造的固体 基本性质：结晶均一性、各向异性、自限性、对称性、最小内能性 对称：物体中相同部分之间的有规律的重复 宏观晶体的对称要素：对称轴、对称中心、对称面、倒转轴 对称变换:使对称物体中各相同部分作有规律重复的变换动作 对称型：宏观晶体中对称要素的集合，包含了宏观晶体中全部对称要素的总和以及它们相互间的组合关系 晶胞：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平行六面体一致。单位晶胞：能够充分反映整个晶体结构特征的最小结构单位，其形状大小与对应的单位 平行六面体完全一致。 配位数：晶体结构中，原子或离子的周围，与它直接相邻结合的原子个数或所有异号离子的个数。 固相反应：广义：固相参与的化学反应；狭义：固体与固体发生化学反应生成新的固体。固相反应速度较慢、需要高温 烧结：一种或多种固体粉末经过成型，在加热到一定温度后开始收缩，在低于熔点的温度下变成致密、坚硬的烧结体的过程，包括粉末颗粒表面的粘结和粉末内部物质的传递与迁移。 固溶体:凡在固态条件下，一种组分内“溶解”了其它组分而形成的单一、均匀的晶态固体 取代型固溶体：溶质原子进入晶体中正常格点位置 有限固溶体：溶质只能以一定的限量溶入溶剂 位错及其分类 位错：原子行列间相互滑移，不再符合理想晶格的有秩序的排列，形成的线状缺陷。 分类：刃位错、螺位错 一级相变：体系由一相变为另一相时，两相的化学势相等但化学势的一阶偏导数不相等的相变称为一级相变； 二级相变：相变时化学势及其一阶偏导数相等，而二阶偏导数不相等的相变称为二级相变。 扩散：实际晶体中产生的热缺陷从热涨落的过程中重新获得能量，在晶体结构中不断地改变位置，而出现 稳定扩散：扩散质点的浓度分布不随时间变化的扩散称为稳定扩散； 不稳定扩散：扩散质点的浓度分布随时间变化的扩散称为不稳定扩散 触变性：泥浆静止不动时似凝固体，一经扰动或摇动，凝固的泥浆又重新获得流动性，如再静止又重新凝固，可以这样重复无数次的性质称为泥浆的触变性。 晶体是质点在三维空间按周期性重复排列的固体，它具有远程有序性； 而非晶态固体是具有近程有序而远程无序特征的固体。 均匀成核是在均匀介质中进行的，在母相中各处成核可能性相同的成核过程；而非均匀成核是在异相界面上进行的成核 连线规则：一界线与相应的连线相交，其交点是该界线上的温度最高点。 桥氧与非桥氧：与两个网络形成离子相连的氧称为桥氧，只与一个网络形成离子相连的氧称为非桥氧。 二次再结晶：二次再结晶也称为晶粒异常生长和晶粒不连续生长，它是坯体中少数巨大晶粒在细晶消耗时成核长大的过程 界面：一个相与另一个结构不同的相的接触的分界面 可塑性：粘土加水混炼后，泥团可塑形而不开裂，外力撤除后，能保持形状不变 组分：系统中每一个能单独分离出来并能独立存在的化学物质 独立组分数：足以表示形成平衡系统中各相组成所需要的最少数目的物质，以符号c表示 自由度：在一定范围内，可以任意改变而不引起旧相消失或新相产生的独立变量的数目，符号f表示 自由度变量：温度、压力、组分浓度 相：体系内部物理物质和化学物质的完全均匀的部分®微观尺度的均匀，用符号p表示 由一处向另一处的无规则迁移运动。 相变：物质从一个相转变为另一个相的过程。相变是物理过程，不涉及化学反应。 狭义相变：同组成的两相之间的结构变化； 广义相变：包括过程前后相组成发生变化的情况。 鲍林第一规则负离子配位多面体规则：晶体结构中，围绕每一个阳离子形成一个阴离子配位多面体，阴、阳离子的间距决定于它们的半径之和，阳离子的配位数取决于阴、阳离子的半径之比。 鲍林第二规则静电价规则：在稳定的晶体结构中，从所有相邻接的阳离子到达一个阴离子的静电键的总强度等于阴离子的电荷数。 正扩散：物质流由高浓度处流向低浓度处的扩散；扩散的结果是使溶质趋于均匀化 逆扩散：物质流由低浓度处流向高浓度处的扩散；扩散的结果是使溶质偏聚或分相 泰曼温度：泰曼温度也称为烧结温度，指的是一种反应物开始呈现显著扩散作用的温度 表面能：将表面增大一个单位面积所需要作的功 影响因素：组成、化学键型、温度 固相反应 广义：固相参与的化学反应。 狭义：固体与固体发生化学反应生成新的固体。固相反应速度较慢、需要高温 粘度：使相距一定距离的两个平行平面以一定速度相对移动所需的力。 影响因素：温度、硅酸盐熔体的组成。 ： 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. 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？ 答 晶体结构的基本特征： 晶体是内部质点在三维空间作周期性重复排列的固体。 晶体的内部质点呈对称分布，即晶体具有对称性。 14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。 晶体的基本性质是什么？与其内部结构有什么关系？ 解答：自限性：晶体的多面体形态是其格子构造在外形上的反映。 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。 对称性：是由于晶体内部质点排列的对称。 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。 名词解释：配位数与配位体，同质多晶与多晶转变，位移性转变与重建性转变，晶体场理论与配位场理论。 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：晶体结构中与某一个阳离子直接相邻、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，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，从一种变体转变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样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，并将配位体作为点电荷来处理的理论。 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 3-1 名词解释 萤石型和反萤石型 类质同晶和同质多晶 二八面体型与三八面体型 同晶取代与阳离子交换 尖晶石与反尖晶石 答：萤石型：CaF2型结构中，Ca2+按面心立方紧密排列，F-占据晶胞中全部四面体空隙。 反萤石型：阳离子和阴离子的位置与CaF2型结构完全相反，即碱金属离子占据F-的位置，O2-占据Ca2+的位置。 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。 二八面体型：在层状硅酸盐矿物中，若有三分之二的八面体空隙被阳离子所填充称为二八面体型结构 三八面体型：在层状硅酸盐矿物中，若全部的八面体空隙被阳离子所填充称为三八面体型结构。 同晶取代：杂质离子取代晶体结构中某一结点上的离子而不改变晶体结构类型的现象。 阳离子交换：在粘土矿物中，当结构中的同晶取代主要发生在铝氧层时，一些电价低、半径大的阳离子将进入晶体结构来平衡多余的负电荷，它们与晶体的结合不很牢固，在一定条件下可以被其它阳离子交换。 正尖晶石：在AB2O4尖晶石型晶体结构中，若A2+分布在四面体空隙、而B3+分布于八面体空隙，称为正尖晶石 反尖晶石：若A2+分布在八面体空隙、而B3+一半分布于四面体空隙另一半分布于八面体空隙，通式为B(AB)O4，称为反尖晶石。 第四章 晶体结构缺陷 4.1 名词解释弗伦克尔缺陷与肖特基缺陷；刃型位错和螺型位错 解：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。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。 第五章 固溶体 5.1试述影响置换型固溶体的固溶度的条件。 解： 1. 离子尺寸因素 从晶体稳定性考虑，相互替代的离子尺寸愈相近，则固溶体愈稳定。若以r1和r2分别代表半径大和半径小的两种离子的半径。当它们半径差< 15%时，形成连续置换型固溶体。若此值在1530%时，可以形成有限置换型固溶体。而此值>30%时，不能形成固溶体。 2、晶体的结构类型 形成连续固溶体的两个组分必须具有完全相同的晶体结构。结构不同最多只能生成有限固溶体。 3、离子的电价因素 只有离子价相同或复合替代离子价总和相同时，才可能形成连续置换型固溶体。 4、电负性因素 电负性相近，有利于固溶体的生成。 5.2 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。 比 较 项 化学组成 固 溶 体 化 合 物 AB2O4 B2-xAxO(x =02) 单相 两相有界面 机 械 混 合 物 AO+B2O3 相组成 均匀单相 第六章 熔体和非晶态固体 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 晶子学说和无规则网络学说 单键强 分化和缩聚 网络形成剂和网络变性剂 答：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。 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。 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。 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/molk者称为网络变形剂。 影响湿润的因素有那些？ 答： 固体表面粗糙度 当真实接触角小于90°时，粗糙度越大，表面接触角越小，就越容易湿润；当大于90°，则粗糙度越大，越不利于湿润。 吸附膜 吸附膜的存在使接触角增大，起着阻碍作用 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：是一种无变量点，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：处于共轭位的双转熔点。 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：将一界线与相应的连线相交，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。 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。 重心规则：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 第十一章 扩 散 11-1 名词解释 1无序扩散：原子或离子的无规则扩散迁移运动发生在结构无序的非晶态材料中，称为无序扩散。 晶格扩散：原子或离子在晶体结构中不断地改变位置而出现由一处向另一处的无规则迁移运动，称为晶格扩散。 2本征扩散：不含有任何杂质的物质中由于热起伏引起的扩散。 非本征扩散：由于杂质引入引起的扩散。 3自扩散：一种原子或离子通过由该种原子或离子所构成的晶体中的扩散。 互扩散：两种或两种以上的原子或离子同时参与的扩散。 4稳定扩散：是指扩散物质的浓度分布不随时间变化的扩散过程，使用菲克第一定律可解决稳定扩散问题。 不稳定扩散：是指扩散物质浓度分布随时间变化的一类扩散，这类问题的解决应借助于菲克第二定律 第十二章 相 变 12-1 名词解释 1一级相变：体系由一相变为另一相时，两相的化学势相等但化学势的一级偏微商不相等，即相变时有相变潜热，并伴随有体积改变。二级相变：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，即无相变潜热，没有体积的不连续变化，而只有热容量、热膨胀系数和压缩系数的不连续变化。 2玻璃析晶：当玻璃熔体冷却到析晶温度范围时，晶核形成和晶粒长大速率均较大，导致玻璃中析出晶体，即为玻璃析晶。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，并相互共存，这种现象称为玻璃的分相。 3均匀成核：是指晶核从均匀的单相熔体中产生的几率处处是相同的。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。 4马氏体相变：一个晶体在外加应力的作用下通过晶体的一个分立体积的剪切作用以极迅速的速率而进行相变称为马氏体转变。 1.正尖晶石、反尖晶石； 正尖晶石；在AB2O4尖晶石结构中， A离子占据四面体空隙，B离子占据八面体空隙的尖晶石。 反尖晶石：如果半数的B离子占据四面体空隙，A离子和另外半数的B离子占据八面体空隙则称反尖晶石。 2. 线缺陷、面缺陷； 线缺陷：指在一维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列所产生的缺陷。 面缺陷：指在两维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列所产生的缺陷。 3.晶子学说、无规则网络学说； 晶子学说：认为玻璃结构是一种不连续的原子的结合体，即无数“晶子”分散在无定形介质中，“晶子”的化学性质和数量取决于玻璃的化学组成，“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，越远离中心则变形程度越大，从“晶子”部分到无定形部分的过渡是逐步完成的，两者之间无明显界面。 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。 4.可塑性、晶胞参数； 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。 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、即为晶胞参数。 某晶体AB，A的电荷数为1，AB键的S=1/6，则A+的配位数为。 A、4 B、12 C、8 D、6 依据等径球体的堆积原理得出，六方密堆积的堆积系数立方密堆积的堆积系数。 A、大于 B、小于 C、等于 D、不确定 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 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 在硅酸盐熔体中，当R=O/Si减小时，相应熔体组成和性质发生变化，熔体析晶能力 熔体的黏度，低聚物数量。 A、增大 B、减小 C、不变 D、不确定 一种玻璃的组成为32.8%CaO，6.0 Al2O3%，61.2 SiO2%，此玻璃中的Al3+可视为网络，玻璃结构参数Y=。 A、变性离子，3.26 B、形成离子，3.26 C、变性离子，2.34 D、形成离子，2.34 黏土泥浆胶溶必须使介质呈。 A、酸性 B、碱性 C、中性 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小，就形成玻璃。 A、越难 B、越容易 C、很快 D、缓慢 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 1、a=bc = 900，=1200的晶体属晶系。 2、晶体的对称要素中宏观晶体中可能出现的对称要素种类有、。 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面。 4、TiO2在还原气氛中可形成型非计量化合物，可形成型半导体，缺陷浓度与氧分压的1/6次方成，如果减少周围氧气的分压，TiO2-x的密度将。 5形成连续固溶体的条件是、和。 6、晶体的热缺陷有和两类，热缺陷浓度与温度的关系式为。 7、Ca-黏土泥浆胶溶时，加入NaOH和Na2SiO3电解质，效果好？ 8、黏土带电荷的主要原因是、和，黏土所带静电荷为。 四、 问答题 1、 试比较伊利石和蒙脱石的结构特点。 2、 试解释说明为什么在硅酸盐结构中Al3+经常取代SiO4中Si4+，但Si4+一般不会置换AlO6中的Al3+？）。 3、 网络变性体加到石英玻璃中，使硅氧比增加。实验观察到当O/Si=2.53时，即达到形成玻璃的极限，根据结构解释为什么在2<O/Si<2.5的碱和硅石混合物可以形成玻璃,而O/Si=3的碱和硅石混合物结晶而不形成玻璃? 4、 什么是润湿？改善润湿的方法有那些？ 5、完成下列缺陷反应式 Fe2O3 FeO CaF2 YF3 五、 计算题 有两种不同配比的玻璃，其组成如下： 序号 1 2 Na2O mol 10 20 Al2O3mol 12 6 SiO2mol 78 74 试用玻璃结构参数说明两种玻璃高温下粘度的大小？