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无机材料科学基础复习,张其土 南京工业大学材料学院,主要参考书,无机材料科学基础 陆佩文主编，武汉工业大学出版社无机材料科学基础 张其土主编，华东理工大学出版社,第一章、晶体结构基础,1、晶体的基本概念 晶体的本质：质点在三维空间成周期性重复排列 晶体的基本性质：结晶均一性、各向异性、自限性、对称性、最小内能性2、对称的概念 物体中的相同部分作有规律的重复 对称要素：对称面、对称中心、对称轴（对称轴的类型和特点）（L1、L2、L3、L4、L6、C、P）4次倒转轴不能被其他的对称要素及其组合取代 对称操作:对称要素的组合必须满足晶体的整体对称要求，不是无限的,3、对称型（点群）：宏观晶体中只存在32种对称型 对称型的概念4、晶体的分类、晶族分类的依据、各晶系的晶胞参数关系5、晶面的取向关系、晶面指数的含义和计算（举例）6、空间点阵的概念、14种布拉维格子（P、I、F、C格子）7、晶胞的概念、晶胞参数（计算）8、微观对称要素的特征、空间群的概念（只存在230种空间群）在微观对称操作中都包含有平移动作 9、球体紧密堆积原理（六方密堆、立方密堆）10、鲍林规则（离子晶体）11、决定晶体结构的因素：化学组成、质点相对大小、极化性质 12、同质多晶、类质同晶,13、典型的晶体结构（晶体结构的描述方法）CaF2结构、金刚石结构、金红石结构、刚玉结构、CaTiO3、尖晶石结构 14、硅酸盐晶体结构、硅酸盐晶体结构分类的依据 15、层状硅酸盐晶体的结构特点，（晶胞参数a和b值相近）16、在面心立方和体心立方中，最密排的平面的晶面符号是什么？（111）、（110）17、一晶面在x、y、z轴上的截距分别为2a、3b、6c，求出该晶面的 晶面指数。（321）18、为什么等轴晶系晶体有原始、面心、体心而无底心格子？19、O2-作而心立方堆积时，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，并对每一种结构举出个例子。（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；(c)填满半四面体空隙位置；(d)填满半八面休空隙位置。,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）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,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,11、(a)MgO晶体中，肖脱基缺陷的生成能为6eV（9.6121019J），计算在25和1600时热缺陷的浓度。(b)如果MgO晶体中，含有百万分之一摩尔的A12O3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，说明原因。12、非化学计量化合物FexO中，Fe3+Fe2+=0.1，求FexO中的空位浓度及x值。,第三章、非晶体固体,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、网络变性体、网络中间体 计算（如Pb玻璃中Pb2的作用）正硅酸铅PbSiO4玻璃的密度为7.36g/cm3，求这种铅玻璃中氧的密度为多少？如果将它与熔融石英玻璃（密度为2.2g/cm3）中的氧密度相比较，试指出在这种铅玻璃中铅离子所在的位置。（其中原子量分别为O:16，Si:28，Pb:207）。,6、玻璃形成的热力学观点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、硼的反常现象10、硅酸盐晶体与硅酸盐玻璃的区别11、容易形成玻璃的物质，在熔点附近有较高的粘度、Tg/Tm2/312、玻璃的组成为13wt%Na2O、13wt%CaO和74wt%SiO2，试计算其 非桥氧的百分数。,第四章、表面与界面,1、晶体的表面双电层与表面能的关系，固体是如何降低其表面能的？固体表面的双电层厚度主要取决于什么？2、润湿的概念、定义 改善润湿的方法：去除表面吸附膜（提高固体表面能）、改变表面粗糙度、降低固液界面能 3、表面粗糙度对润湿的影响 4、吸附膜对润湿的影响 5、弯曲表面的效应(开尔文公式的应用)6、界面的分类与特点 7、决定晶界构型的因素（界面能与晶界能的相互关系）8、粘土荷电的原因、粘土与水的作用、电动电位9、泥浆胶溶的原理与条件、粘土泥浆属于塑性流动 10、泥浆发生触变的原因,第五章、相平衡,1、相律以及相图中的一些基本概念 相、独立组分、自由度等 2、水型物质相图的特点（固液界线的斜率为负）3、单元系统相图中可逆与不可逆多晶转变的特点4、SiO2相图中的多晶转变（重建型转变、位移型转变）5、一致熔化合物和不一致熔化合物的特点6、形成连续固溶体的二元相图的特点（没有二元无变量点）7、相图的坐标系统由什么来决定（相平衡系统中的最大自由度）8、界线、连线的概念，以及他们的关系,9、等含量规则、等比例规则、背向规则、杠杆规则、连线规则、切线规则、重心规则。10、独立析晶（非平衡析晶）11、三元相图析晶路径的分析 判断化合物的性质 划分副三角形 标出界线上的温度走向和界线的性质 确定无变量点的性质 分析具体的析晶路程,第六章、扩散与固相反应,1、固体中扩散的特点 2、菲克定律（宏观现象）菲克第一定律：稳态扩散 菲克第二定律：不稳态扩散3、扩散系数是一个什么样的参数 4、扩散推动力（化学位梯度）5、扩散系数的一般热力学关系式 6、质点的扩散方式（五种、其中空位最常见，所需能量最小）7、本征扩散、非本征扩散，及其相应的扩散系数D 产生本征扩散与非本征扩散的原因，分析、计算8、萤石结构的ZrO2中Zr4+和O2-哪个扩散的活化能大？Zr4+,9、固相反应的定义、泰曼温度10、固相反应的转化率 11、固相反应的一般动力学关系（反应的总阻力=各个分阻力之和）12、固相反应的特点（化学反应动力学范围、扩散动力学范围）13、杨德尔方程 G0.3 14、金斯特林格方程 G0.8 15、如果要合成MgAl2O4，可提供选择的原料为MgCO3、Mg(OH)2、MgO、Al2O33H2O、-Al2O3、-Al2O3,从提高反应速率的角度 出发，选择什么原料较好？16、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?,第七章、相变,1、相变的概念（相的概念等）2、相变的分类 3、一级相变、二级相变 4、固态相变 马氏体相变、有序无序相变 5、相变过程中的亚稳态 6、晶核的形成条件、临界晶核rk。（要有T）7、影响成核速率的因素：核坯的数目、质点加到核坯上的速率 Iv=PD8、均匀成核、非均匀成核，选择成核剂的要求。9、晶体生长速率 10、成核与晶体生长相比，需要更大的T,11、分相现象、分相的概念及判断 12、无扩散型相变的特点 由于存在均匀切变，使晶体发生外形变化 由于相变过程无扩散，新相与母相的化学成分相同 母相与新相之间具有一定的取向关系 相变速度极快13、试讨论非均匀成核的活化能与接触角的关系，并证明当接触角 为90度时，非均匀活化能的是均匀成核活化能的一半。,第八章、烧结,1、烧结的概念、定义 2、烧成与烧结、烧结与固相反应3、烧结的推动力（过剩的表面能G）4、烧结的模型（烧结初期的动力学关系、颈部增长率与烧结收缩率之间的关系）5、固态烧结的类型、特点、公式（与时间、粒径的关系）、计算 蒸发-凝聚传质过程的特点（L/L=0）6、液态烧结的类型、特点、公式（与时间、粒径的关系）、计算7、液相烧结与固相烧结的异同点 8、晶粒生长与二次再结晶的概念（烧结中后期）,9、晶粒生长的计算公式：D2-Do2=kt 10、晶粒生长与二次再结晶的区别 11、造成二次再结晶的原因以及防止方法 12、在有杂质（或烧结添加剂存在下）的晶粒生长：G3-Go3=kt 13、约束晶粒生长的因素、烧结过程中晶界移动的情况（三种）14、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?试说明之。(a)蒸发-冷凝；(b)体积扩散；(c)粘性流动；(d)溶解-沉淀 15、有一个平均粒径为5m的粉末压块，若烧结2小时，颈部增长 x/r=0.1,若不考虑晶粒生长等，试问若分别通过体积扩散传质和粘 性流动传质，烧结至颈部增长 x/r=0.2各需要多少时间？16、某一粉末压块,其粉末平均粒径为2m，烧结至最高温度保温0.5小 时，测得晶粒尺寸为10m，试问若保温2小时，晶粒尺寸多大？为 抑制晶粒生长加入0.1%晶粒生长抑制剂，若也保温2小时，晶粒尺 寸有多大？,