无机材料科学基础复习-张其土PPT课件.ppt

NJ University of Technology无机材料科学基础复习无机材料科学基础复习 张其土 南京工业大学材料学院南京工业大学材料学院.NJ University of Technology主要参考书主要参考书无机材料科学基础无机材料科学基础 陆佩文主编，武汉工业大学出版社陆佩文主编，武汉工业大学出版社无机材料科学基础无机材料科学基础 张其土主编，华东理工大学出版社张其土主编，华东理工大学出版社.NJ University of Technology第一章、晶体结构基础第一章、晶体结构基础1 1、晶体的基本概念、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、晶体的基本性质：结晶均一性、各向异性、自限性、对称性、最小内能性最小内能性2 2、对称的概念、对称的概念 物体中的相同部分作有规律的重复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）对称要素：对称面、对称中心、对称轴（对称轴的类型和特点）（L L1 1、L L2 2、L L3 3、L L4 4、L L6 6、C C、P P）4 4次倒转轴不能被其他的对称要素及其组合取代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.NJ University of Technology3、对称型（点群）：宏观晶体中只存在、对称型（点群）：宏观晶体中只存在32种对称型种对称型 对称型的概念对称型的概念4、晶体的分类晶体的分类、晶族分类的依据、各晶系的晶胞参数关系晶族分类的依据、各晶系的晶胞参数关系5、晶面的取向关系晶面的取向关系、晶面指数的含义和计算（举例）、晶面指数的含义和计算（举例）6、空间点阵的概念、空间点阵的概念、14种布拉维格子（种布拉维格子（P、I、F、C格子）格子）7、晶胞的概念晶胞的概念、晶胞参数（计算）晶胞参数（计算）8、微观对称要素的特征、空间群的概念（只存在微观对称要素的特征、空间群的概念（只存在230种空间群）种空间群）在微观对称操作中都包含有平移动作在微观对称操作中都包含有平移动作 9 9、球体紧密堆积原理、球体紧密堆积原理 （六方密堆、立方密堆）（六方密堆、立方密堆）10、鲍林规则（离子晶体）鲍林规则（离子晶体）1111、决定晶体结构的因素：化学组成、质点相对大小、极化性质、决定晶体结构的因素：化学组成、质点相对大小、极化性质 1212、同质多晶、类质同晶、同质多晶、类质同晶 .NJ University of Technology13、典型的晶体结构（晶体结构的描述方法）、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、结构、金刚石结构、金红石结构、刚玉结构、CaTiO3、尖晶石结构、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，（晶胞参数层状硅酸盐晶体的结构特点，（晶胞参数a a和和b b值相近）值相近）1616、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？、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？（111111）、（）、（110110）17、一晶面在、一晶面在x、y、z轴上的截距分别为轴上的截距分别为2a、3b、6c，求出该晶面的，求出该晶面的 晶面指数。（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？、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各需填入何种价数的阳离子，并对每一种结构举出个例子。个例子。（a）所有四面体空隙位置均填满；）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；所有八而体空隙位置均填满；(c)填满填满半四面体空隙位置；半四面体空隙位置；(d)填满填满半八面休空隙位置。半八面休空隙位置。.NJ University of Technology第二章、晶体结构缺陷第二章、晶体结构缺陷1 1、缺陷的概念、缺陷的概念 2 2、热缺陷、热缺陷 （弗伦克尔缺陷、肖特基缺陷）（弗伦克尔缺陷、肖特基缺陷）热缺陷是一种本征缺陷、高于热缺陷是一种本征缺陷、高于0K0K就存在，热缺陷浓度的计算就存在，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）影响热缺陷浓度的因数：温度和热缺陷形成能（晶体结构）3 3、杂质缺陷、固溶体、杂质缺陷、固溶体 4 4、非化学计量化合物结构缺陷（半导体）、非化学计量化合物结构缺陷（半导体）种类、形成条件、缺陷的计算等种类、形成条件、缺陷的计算等5 5、连续置换型固溶体的形成条件、连续置换型固溶体的形成条件 6 6、影响形成间隙型固溶体的因素、影响形成间隙型固溶体的因素7 7、组分缺陷（补偿缺陷）：不等价离子取代、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）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、与热缺陷的比较缺陷浓度的计算、与热缺陷的比较 .NJ University of Technology8 8、缺陷反应方程和固溶式、缺陷反应方程和固溶式 9 9、固溶体的研究与计算、固溶体的研究与计算 写出缺陷反应方程写出缺陷反应方程 固溶式、算出晶胞的体积和重量固溶式、算出晶胞的体积和重量 理论密度（间隙型、置换型）理论密度（间隙型、置换型）和实测密度比较和实测密度比较 1010、位错概念、位错概念 刃位错：滑移方向与位错线刃位错：滑移方向与位错线垂直垂直，伯格斯矢量，伯格斯矢量b b与位错线与位错线垂直垂直 螺位错：滑移方向与位错线平行，伯格斯矢量螺位错：滑移方向与位错线平行，伯格斯矢量b b与位错线平行与位错线平行 .NJ University of Technology 11 11、(a)MgO晶体中，肖脱基缺陷的生成能为晶体中，肖脱基缺陷的生成能为6eV（9.6121019J），），计算在计算在25和和1600时热缺陷的浓度。时热缺陷的浓度。(b)如果如果MgO晶体中，含有百万晶体中，含有百万分之一摩尔的分之一摩尔的A12O3杂质，则在杂质，则在1600时，时，MgO晶体中是热缺陷占优晶体中是热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势，说明原因。势还是杂质缺陷占优势，说明原因。1212、非化学计量化合物非化学计量化合物FexO中，中，Fe3+Fe2+=0.1，求，求FexO中的空中的空位浓度及位浓度及x值。值。.NJ University of Technology第三章、非晶体固体第三章、非晶体固体1 1、熔体的概念：不同聚合程度的各种聚合物的混合物、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硅酸盐熔体的粘度与组成的关系2 2、非晶态物质的特点、非晶态物质的特点 3 3、玻璃的通性、玻璃的通性 4 4、Tg、Tf,相对应的粘度和特点相对应的粘度和特点5 5、网络形成体、网络变性体、网络中间体、网络形成体、网络变性体、网络中间体 计算（如计算（如PbPb玻璃中玻璃中PbPb2 2的作用）的作用）正硅酸铅正硅酸铅正硅酸铅正硅酸铅PbSiOPbSiOPbSiOPbSiO4 4 4 4玻璃的密度为玻璃的密度为玻璃的密度为玻璃的密度为7.36g/cm7.36g/cm7.36g/cm7.36g/cm3 3 3 3，求这种铅玻璃中氧的密度，求这种铅玻璃中氧的密度，求这种铅玻璃中氧的密度，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（密度为为多少？如果将它与熔融石英玻璃（密度为为多少？如果将它与熔融石英玻璃（密度为为多少？如果将它与熔融石英玻璃（密度为2.2g/cm2.2g/cm2.2g/cm2.2g/cm3 3 3 3）中的氧密度相比）中的氧密度相比）中的氧密度相比）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:16O:16O:16O:16，Si:28Si:28Si:28Si:28，Pb:207Pb:207Pb:207Pb:207）。）。）。）。.NJ University of Technology6 6、玻璃形成的热力学观点、玻璃形成的热力学观点7 7、玻璃的结构学说（、玻璃的结构学说（二种玻璃二种玻璃结结构学构学说说的共同之的共同之处处和不同之和不同之处处）8 8、玻璃的结构参数、玻璃的结构参数 Z Z可根据玻璃类型定，先计算可根据玻璃类型定，先计算R R，再计算，再计算X X、Y Y 注意网络中间体在其中的作用。注意网络中间体在其中的作用。9 9、硼的反常现象、硼的反常现象1010、硅酸盐晶体与硅酸盐玻璃的区别、硅酸盐晶体与硅酸盐玻璃的区别1111、容易形成玻璃的物质，在熔点附近有较高的粘度、容易形成玻璃的物质，在熔点附近有较高的粘度、Tg/TmTg/Tm2/32/31212、玻璃的组成为玻璃的组成为13wt%Na2O、13wt%CaO和和74wt%SiO2，试计算其，试计算其 非桥氧的百分数。非桥氧的百分数。.NJ University of Technology第四章、表面与界面第四章、表面与界面1 1、晶体的表面双电层与表面能的关系，、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？固体表面的双电层厚度主要取决于什么？2 2、润湿的概念、定义、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、降低固液界面能改变表面粗糙度、降低固液界面能 3 3、表面粗糙度对润湿的影响、表面粗糙度对润湿的影响 4 4、吸附膜对润湿的影响、吸附膜对润湿的影响 5 5、弯曲表面的效应、弯曲表面的效应 (开尔文公式的应用开尔文公式的应用)6 6、界面的分类与特点、界面的分类与特点 7 7、决定晶界构型的因素、决定晶界构型的因素 （界面能与晶界能的相互关系）（界面能与晶界能的相互关系）8 8、粘土荷电的原因、粘土与水的作用、电动电位、粘土荷电的原因、粘土与水的作用、电动电位9 9、泥浆胶溶的原理与条件、粘土泥浆属于塑性流动、泥浆胶溶的原理与条件、粘土泥浆属于塑性流动 1010、泥浆发生触变的原因、泥浆发生触变的原因 .NJ University of Technology第五章、相平衡第五章、相平衡1 1、相律以及相图中的一些基本概念、相律以及相图中的一些基本概念 相、独立组分、自由度等相、独立组分、自由度等 2 2、水型物质相图的特点（固液界线的斜率为负）、水型物质相图的特点（固液界线的斜率为负）3 3、单元系统相图中可逆与不可逆多晶转变的特点、单元系统相图中可逆与不可逆多晶转变的特点4 4、SiO2SiO2相图中的多晶转变（重建型转变、位移型转变）相图中的多晶转变（重建型转变、位移型转变）5 5、一致熔化合物和不一致熔化合物的特点、一致熔化合物和不一致熔化合物的特点6 6、形成连续固溶体的二元相图的特点（没有二元无变量点）、形成连续固溶体的二元相图的特点（没有二元无变量点）7 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）、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 8、界线、连线的概念，以及他们的关系、界线、连线的概念，以及他们的关系 .NJ University of Technology9 9、等含量规则、等比例规则、背向规则、杠杆规则、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。连线规则、切线规则、重心规则。1010、独立析晶（非平衡析晶）、独立析晶（非平衡析晶）1111、三元相图析晶路径的分析、三元相图析晶路径的分析 判断化合物的性质判断化合物的性质 划分副三角形划分副三角形 标出界线上的温度走向和界线的性质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确定无变量点的性质 分析具体的析晶路程分析具体的析晶路程 .NJ University of Technology第六章、扩散与固相反应第六章、扩散与固相反应1 1、固体中扩散的特点、固体中扩散的特点 2 2、菲克定律（宏观现象）、菲克定律（宏观现象）菲克第一定律：稳态扩散菲克第一定律：稳态扩散 菲克第二定律：不稳态扩散菲克第二定律：不稳态扩散3 3、扩散系数是一个什么样的参数、扩散系数是一个什么样的参数 4 4、扩散推动力（化学位梯度）、扩散推动力（化学位梯度）5 5、扩散系数的一般热力学关系式、扩散系数的一般热力学关系式 6 6、质点的扩散方式（五种、其中空位最常见，所需能量最小）、质点的扩散方式（五种、其中空位最常见，所需能量最小）7 7、本征扩散、非本征扩散，及其相应的扩散系数、本征扩散、非本征扩散，及其相应的扩散系数D D 产生本征扩散与非本征扩散的原因，分析、计算产生本征扩散与非本征扩散的原因，分析、计算8 8、萤石结构的、萤石结构的ZrOZrO2 2中中ZrZr4+4+和和O O2-2-哪个扩散的活化能大？哪个扩散的活化能大？ZrZr4+4+.NJ University of Technology9 9、固相反应的定义、泰曼温度、固相反应的定义、泰曼温度1010、固相反应的转化率、固相反应的转化率 1111、固相反应的一般动力学关系（反应的总阻力、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）各个分阻力之和）1212、固相反应的特点、固相反应的特点 （化学反应动力学范围、扩散动力学范围）（化学反应动力学范围、扩散动力学范围）1313、杨德尔方程、杨德尔方程 G G0.3 0.3 1414、金斯特林格方程、金斯特林格方程 G G0.8 0.8 1515、如果要合成如果要合成MgAl2O4，可提供选择的原料为，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从提高反应速率的角度 出发，选择什么原料较好？出发，选择什么原料较好？1616、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?为什么为什么?.NJ University of Technology第七章、相变第七章、相变1 1、相变的概念（相的概念等）、相变的概念（相的概念等）2 2、相变的分类、相变的分类 3 3、一级相变、二级相变、一级相变、二级相变 4 4、固态相变、固态相变 马氏体相变、有序无序相变马氏体相变、有序无序相变 5 5、相变过程中的亚稳态、相变过程中的亚稳态 6 6、晶核的形成条件、临界晶核、晶核的形成条件、临界晶核r rk k。（要有。（要有T T）7 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、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=PIv=PD D8 8、均匀成核、非均匀成核，选择成核剂的要求。、均匀成核、非均匀成核，选择成核剂的要求。9 9、晶体生长速率、晶体生长速率 1010、成核与晶体生长相比，需要更大的、成核与晶体生长相比，需要更大的T T.NJ University of Technology1111、分相现象、分相的概念及判断、分相现象、分相的概念及判断 1212、无扩散型相变的特点、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母相与新相之间具有一定的取向关系 相变速度极快相变速度极快1313、试讨论非均匀成核的活化能与接触角试讨论非均匀成核的活化能与接触角的关系，并证明当接触角的关系，并证明当接触角 为为90度时，非均匀活化能的是均匀成核活化能的一半。度时，非均匀活化能的是均匀成核活化能的一半。.NJ University of Technology第八章、烧结第八章、烧结1 1、烧结的概念、定义、烧结的概念、定义 2 2、烧成与烧结、烧结与固相反应、烧成与烧结、烧结与固相反应3 3、烧结的推动力（过剩的表面能、烧结的推动力（过剩的表面能 G G）4 4、烧结的模型、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）（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 5、固态烧结的类型、特点、公式（与时间、粒径的关系）、计算、固态烧结的类型、特点、公式（与时间、粒径的关系）、计算 蒸发蒸发-凝聚传质过程的特点（凝聚传质过程的特点（L/L=0L/L=0）6 6、液态烧结的类型、特点、公式（与时间、粒径的关系）、液态烧结的类型、特点、公式（与时间、粒径的关系）、计算、计算7 7、液相烧结与固相烧结的异同点、液相烧结与固相烧结的异同点 8 8、晶粒生长与、晶粒生长与二次再结晶二次再结晶的概念（烧结中后期）的概念（烧结中后期）.NJ University of Technology9 9、晶粒生长的计算公式：、晶粒生长的计算公式：D D2 2-Do-Do2 2=kt =kt 1010、晶粒生长与二次再结晶的区别、晶粒生长与二次再结晶的区别 1111、造成二次再结晶的原因以及防止方法、造成二次再结晶的原因以及防止方法 1212、在有杂质（或烧结添加剂存在下）的晶粒生长：、在有杂质（或烧结添加剂存在下）的晶粒生长：G G3 3-Go-Go3 3=kt=kt 1313、约束晶粒生长的因素、烧结过程中晶界移动的情况（三种）、约束晶粒生长的因素、烧结过程中晶界移动的情况（三种）1414、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 收缩收缩?试说明之。试说明之。(a)蒸发蒸发-冷凝；冷凝；(b)体积扩散；体积扩散；(c)粘性流动；粘性流动；(d)溶解溶解-沉淀沉淀 1515、有一个平均粒径为有一个平均粒径为5m的粉末压块，若烧结的粉末压块，若烧结2小时，颈部增长小时，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，烧结至颈部增长性流动传质，烧结至颈部增长 x/r=0.2各需要多少时间？各需要多少时间？16、某一粉末压块、某一粉末压块,其粉末平均粒径为其粉末平均粒径为2m，烧结至最高温度保温，烧结至最高温度保温0.5小小 时，测得晶粒尺寸为时，测得晶粒尺寸为10m，试问若保温，试问若保温2小时，晶粒尺寸多大？为小时，晶粒尺寸多大？为 抑制晶粒生长加入抑制晶粒生长加入0.1%晶粒生长抑制剂，若也保温晶粒生长抑制剂，若也保温2小时，晶粒尺小时，晶粒尺 寸有多大？寸有多大？.NJ University of Technology.NJ University of Technology.NJ University of Technology.