硅酸盐物理化学复习纲要南昌大学材料科学与工程样本.doc

资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。
11-12(09级)硅物化课程复习纲要
一.名词解释
结构缺陷; 点缺陷; 热缺陷; 弗仑克尔缺陷及特点; 肖特基缺陷及特点; 固溶体(置换型和间隙型固溶体); 杂质缺陷及特点; 非化学计量缺陷; 组分缺陷; 色心; 熔体与玻璃体; 分化(解聚)与缩聚; 网络形成体; 网络中间体; 网络改变体; 桥与非桥氧; 硼反常现象; 单键强度; 晶子学说与无规则网络学说; 定向作用; 诱导作用; 色散作用; 范德华力; 润湿角; 临界表面张力; 粘附功; 界面与晶界; 电动电位或ζ电位; 阳离子交换容量; 触变性; 滤水性; 可塑性; 稳定扩散; 不稳定扩散; 本征扩散; 非本征扩散; 自扩散; 互扩散; 扩散系数; 扩散通量; 固相反应; 烧成与烧结; 烧结温度; 泰曼温度; 液相烧结; 固相烧结; 蒸发-凝聚传质; 扩散传质; 初次再结晶; 晶粒长大; 二次再结晶。
二.写出下列缺陷反应方程式
NaCl形成肖特基缺陷; MgO形成肖特基缺陷的方程式; LiCl形成肖特基缺陷;
AgI形成弗仑克尔缺陷(Ag+进入间隙); AgBr形成弗仑克尔缺陷的方程(Ag+进入间隙); AgCl形成弗仑克尔缺陷(Ag+进入间隙);
NaCl溶入CaCl2中形成空位型固溶体; CaCl2溶入NaCl中形成空位型固溶体;
ZrO2掺入到Y2O3中,请写出二个合理的方程,并判断可能成立的方程是哪一种? 再写出每个方程的固溶体的化学式;
TiO2掺入到Nb2O3中,请写出二个合理的方程,并判断可能成立的方程是哪一种? 再写出每个方程的固溶体的化学式;
MnO2掺入到Fe2O3中,请写出二个合理的方程,并判断可能成立的方程是哪一种? 再写出每个方程的固溶体的化学式。
在TiO2中引入高价氧化物V2O5形成置换型固溶体,请写出其缺陷反应方程式和固溶体分子式。
三.回答问题
1.从化合键的角度,讨论金属材料和陶瓷材料的性能差异。
2.影响间隙型固溶体形成的因素有哪些?
3.试分析形成固溶体后对晶体性质的影响?
4.叙述形成连续置换型固溶体的条件。比较固溶体、 混合物和化合物。
5.说明为什么只有置换型固溶体的两个组分之间才能相互完全溶解,而填隙型固溶体则不能?
6.将YF3加入到CaF2中形成固溶体,试写出缺陷方程式及相应的固溶化学式,并判断是否能够成立,同时简单说明理由。
7.玻璃的通性有哪些?
8.影响玻璃形成过程中的动力学因素是什么? 结晶化学因素是什么? 简要叙述之。
9.试分析在硅酸盐熔体中,加入—价碱金属氧化物熔体粘度的变化? 为什么?
10.试简述淬火玻璃与退火玻璃在结构与性能上有何差异?
11.表面力的存在使固体表面处于高能量状态,然而,能量愈高系统愈不稳定,那么固体是经过何种方式降低其过剩的表面能以达到热力学稳定状态的。
12.简述粘土产生荷电的主要原因。
13.试解析离子晶体中的D阴离子＜D阳离子的原因。
14.若要合成镁铝尖晶石,可供选择的原料为MgCO3、 Mg(OH)2、 MgO、 Al2O3·3H2O、 γ-Al2O3、 α-Al2O3。从提高反应速率的角度出发,选择什么原料较好? 请说明理由。
15.烧结过程中,晶界遇到夹杂物时会出现几种情况? 从实现致密化目的考虑,晶界应如何移动,怎样控制?
四.综合计算题
1.NiO加入到Al2O3,加入量为0.2mol%,写出缺陷方程式和固溶体化学式; 求空位浓度。
2.对非化学计量化合物Fe1-xO系统,试(1)推导出空位浓度与氧分压之间的关系式; (2)计算在其它条件不变的情况下,当氧分压增加4倍时,其空位浓度是原来空位浓度的几倍?
3.在CaF2晶体中,弗仑克尔缺陷生成能为2.8eV,而肖特基缺陷生成能为5.6eV。
(a)计算25℃何1600℃时,CaF2晶体中这两种缺陷的浓度各是多少?
(b)如果在CaF2晶体中,含有百万分之一的YF3杂质,则在1600℃时,CaF2晶体中热缺陷与杂质缺陷何者占优势? 为什么?
4.SiO2熔体的粘度在1000℃时为1014Pa·s,在1400℃时为107Pa·s。SiO2玻璃粘滞流动的活化能是多少? 上述数据为恒压下取得,若在恒容下获得,你认为活化能会改变吗? 为什么?
5.MgO-Al2O3-SiO2系统的低共熔物放在Si3N4陶瓷片上,在低共熔温度下,液相的表面张力为900 mN/m,液体与固体的界面能为600 mN/m,测得接触角为70.52o。
(1) 求Si3N4的表面张力;
(2) 把Si3N4在低共熔温度下进行热处理,测试其热腐蚀的槽角为60o,求Si3N4的晶界能。
6.有两种不同配比的玻璃,其组成如下。试用玻璃结构参数说明两种玻璃高温下粘度的大小?
序 号
Na2O wt%
Al2O3 wt%
SiO2 wt%
1
10
20
70
2
20
10
70
7.MgO熔点TM＝2800℃,空位形成能E＝6eV。欲使Mg2＋在MgO中的扩散直至MgO的熔点都是非本征扩散,要求MgO中三价杂质离子有什么样的浓度?
设体积扩散与晶界扩散活化能间关系为Qgb=1/2Qv(Qgb、 Qv分别为晶界扩散与体积扩散激活能),试画出lnD~1/T曲线,并分析在哪个温度范围内,晶界扩散超过体积扩散?
8.MgO与Al2O3固相反应生成MgAl2O4是由扩散控制的加成反应。
(1)反应时什么离子是扩散离子,请写出界面反应方程;
(2)若用过量的Al2O3粉包围MgO球形颗粒,在实验温度不变的情况下,3小时内有30%的MgO被反应形成MgAl2O4,计算完全反应所需要的时间。
(3)为加快反应进程可采取哪些有效措施?
9.粒径为1μm的球状Al2O3由过量的MgO微粒包围,观察尖晶石的形成,在恒定温度下,第1个小时有20%的Al2O3起了反应,计算完全反应的时间:
(1)用杨德尔方程计算; (2)用金斯特林格方程计算。
根据公式,温度升高,下降,但实际上随温度升高,为什么?
10.假定Al2O3和SiO2粉料形成3Al2O3·2SiO2(莫来石)为扩散控制过程,激活能Q=210KJ/mol,在1400℃的温度下,1h内反应过程完成10%。试计算在1500℃的温度下,1h和4h内反应进行到什么程度?
11.BaTiO3材料在750℃到794℃之间的烧结速率增加了10倍,试计算与750℃相比,烧结速率增加100倍时的温度是多少? 并计算BaTiO3的烧结活化能(BaTiO3属于扩散传质烧结机制)。
12.99%Al2O3瓷的烧结实验测得在1350℃烧结时间为10min时,收缩率∆L/L为4%; 烧结时间为45min,收缩率为7.3%。试问这种氧化铝瓷烧结的主要传质方式是哪一种?