无机材料科学基础陆佩文

2-1 名词解释（a）弗伦克尔缺陷与肖特基缺陷；（b）刃型位错和螺型位错 （c）类质同象与同质多晶

解：（a）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。（b）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。（c）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。

2-6（1）在CaF2晶体中，弗仑克尔缺陷形成能为2.8eV，肖特基缺陷的生成能为5.5eV，计算在25℃和1600℃时热缺陷的浓度？（k＝1.38×10－23J/K）

（2）如果CaF2晶体中，含有百万分之一的YF3杂质，则在1600℃时，CaF2晶体中时热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势？说明原因。

解：（1）弗仑克尔缺陷形成能为2.8eV，小于肖特基缺陷形成能5.5eV，所

第二章 晶体结构

2.1名词解释

晶体 由原子(或离子分子等)在空间作周期性排列所构成的固态物质

晶胞 是能够反应晶体结构特征的最小单位, 晶体可看成晶胞的无间隙堆垛而成。晶体结构中的平行六面体单位

点阵 (空间点阵) 一系列在三维空间按周期性排列的几何点. 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（对称面、对称中心、对称轴和旋转反伸轴）的集合,又叫点群.

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 把基元以相同的方式放置在每个格点上，就得到实际的晶体结构。 基元只有一个原子的晶格称为布拉菲格子。

范德华健 分子间由于色散、诱导、取向作用而产生的吸引力的总和 配位数:晶体结构中任一原子周围最近邻且等距离的原子数.

2.2试从晶体结构的周期性论述晶体点阵结构不可能有5次和大于6次的旋转对称?

2.3金属Ni具有立方最紧密堆积的结构试问: I一个晶胞中有几个Ni原子？ II若已知Ni原子的半径为0.125nm，其晶胞边长为多少？

2.4金属铝属立方晶系，其边长为0.405nm，假定其质量密度为2.7g/m3试确定其晶胞的布拉维格子类型

2.5某晶体具有四方结构，其晶胞参数为a=b

一、名词解释（20分）：

1. 不一致熔融化合物，连线规则

答： 不一致熔化合物是一种不稳定的化合物，加热到一定温度会发生分解，分解产物是一种液相和一种固相，液相和固相的组成与化合物组成都不相同。（2.5分）

连线规则：将一界线（或其延长线）与相应的连线（或其延长线）相交，其交点是该界线上的温度最高点。（2.5分） 2. 非本征扩散，稳定扩散 非本征扩散：受固溶引入的杂质离子的电价和浓度等外界因素所控制的扩散。或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。（2.5）

稳定扩散：若扩散物质在扩散层dx内各处的浓度不随时间而变化，即dc/dt=0。这种扩散称稳定扩散。（2.5分） 3. 非均匀成核, 一级相变

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 一级相变：体系由一相变为另一相时，如两相的化学势相等但化学势的一级偏微商(一级导数)不相等的称为一级相变。（2.5） 4. 晶粒生长，二次再结晶

晶粒生长：平衡晶粒尺寸在不改变其分布的情况下，连续增大的过程。（2.5分） 二次再结晶：是少数巨大晶粒在细晶消耗时成核长大的过程。（2.5分） 5. 一致熔融化合物，三角形规则

答：一致熔融化合物是一

第一章 晶 体 结 构 基 础

1-1 定义下述术语，并注意它们之间的联系和区别： 晶系；点群；空间群；平移群；空间点阵

1-2 简述晶体的均一性、各向异性、对称性三者的相互关系。 1-3 列表说明七个晶系的对称特点及晶体定向规则。

1-4 四方晶系晶体a＝b，c＝1/2a。一晶面在X、Y．Z轴上的截距分别为2a, 3b和6c。给出该晶面的密勒指数。

1-5 在立方晶系中画出下列晶面：a）（001）b）（110）c）（111） 1-6 在上题所画的晶面上分别标明下列晶向：a(210) b(111) c(101) 1-7 立方晶系组成{111}单形的各晶面构成一个八面体，请给出所有这些晶面的密勒指数。

1-8 试在完整的六方晶系晶胞上画出（1012）晶面的交线及〔1120〕〔2113〕晶向，并列出{1012}晶面族中所有晶面的密勒指数。 1-9 a≠b≠c α=β=γ=90℃的晶体属什么晶系？

a≠b≠c α≠β≠γ≠90℃的晶体属什么晶系？ 你能否据此确定这二种晶体的布拉维点阵？

1-10 下图示正交面心格子中去掉上下底心后的结点排列情况。以图中的形状在三维空间无限重复，能否形成一空间点阵？为什么？

第二章 晶体结构与晶体中的缺陷

内容提要：1、通过讨论代表性的氧化物、化合物和硅酸盐晶体结构，掌握与本专业有关的各种晶体结构类型。2、实际晶体中点缺陷分类、缺陷符号和缺陷化学反应。3、固熔体分类和各类固熔体、非化学计量化学化合物的形成条件。4、线缺陷

重点：1、硅酸盐晶体结构。 2、点缺陷的定义分类。3、缺陷反应方程式的写法。4、固熔体的分类及影响因素

难点：各缺陷对晶体结构和性能的影响 §2-1 略

§2-2硅酸盐晶体的结构类型

硅酸盐晶体结构是按晶体中硅氧四面体在空间的排列方式为孤岛状、组群状、链状、层装和架状五类。这五类的[SiO4]四面体中，桥氧的数目也依次由0增加到4，非桥氧数由4减至0。硅离子是高点价低配位的阳离子。因此在硅酸盐晶体中，[SiO4]只能以共顶方式相连，而不能以共棱或共面方式相连。表2-1列出硅酸盐晶体结构类型及实例。

表2-1 硅酸盐晶体的结构类型

结构类型 [SiO4]共形 状 络 阴 离 子 用O2-数 岛 状 组 群 状 2 链 状 2 2，3 0 1 四面体 [SiO4]4- 1:4 2:7 镁橄榄石Mg2[SiO4] 硅钙石Ca3[Si2O7] Si:O 实 例 双四面[

第二章 晶体结构与晶体中的缺陷

内容提要：1、通过讨论代表性的氧化物、化合物和硅酸盐晶体结构，掌握与本专业有关的各种晶体结构类型。2、实际晶体中点缺陷分类、缺陷符号和缺陷化学反应。3、固熔体分类和各类固熔体、非化学计量化学化合物的形成条件。4、线缺陷

重点：1、硅酸盐晶体结构。 2、点缺陷的定义分类。3、缺陷反应方程式的写法。4、固熔体的分类及影响因素

难点：各缺陷对晶体结构和性能的影响 §2-1 略

§2-2硅酸盐晶体的结构类型

硅酸盐晶体结构是按晶体中硅氧四面体在空间的排列方式为孤岛状、组群状、链状、层装和架状五类。这五类的[SiO4]四面体中，桥氧的数目也依次由0增加到4，非桥氧数由4减至0。硅离子是高点价低配位的阳离子。因此在硅酸盐晶体中，[SiO4]只能以共顶方式相连，而不能以共棱或共面方式相连。表2-1列出硅酸盐晶体结构类型及实例。

表2-1 硅酸盐晶体的结构类型

结构类型 [SiO4]共形 状 络 阴 离 子 用O2-数 岛 状 组 群 状 2 链 状 2 2，3 0 1 四面体 [SiO4]4- 1:4 2:7 镁橄榄石Mg2[SiO4] 硅钙石Ca3[Si2O7] Si:O 实 例 双四面[

第六章答案

6-1略。

6-2什么是吉布斯相律？它有什么实际意义？

解：相律是吉布斯根据热力学原理得出的相平衡基本定律，又称吉布斯相律，用于描述达到相平衡时系统中自由度数与组分数和相数之间的关系。一般形式的数学表达式为F＝C－P＋2。其中F为自由度数，C为组分数，P为相数，2代表温度和压力两个变量。应用相率可以很方便地确定平衡体系的自由度数。

6-3固体硫有两种晶型，即单斜硫、斜方硫，因此，硫系统可能有四个相，如果某人实验得到这四个相平衡共存，试判断这个实验有无问题？

解：有问题，根据相律，F=C-P+2=1-P+2=3-P，系统平衡时，F=0，则P=3，硫系统只能是三相平衡系统。

图6-1 图6-2

6-4如图6-1是钙长石（CaAl2Si2O）的单元系统相图，请根据相图回解：（1）六方、正交和三斜钙长石的熔点各是多少？（2）三斜和六方晶型的转变是可逆的还是不可逆的？你是如何判断出来的？（3）正交晶型是热力学稳定态？还是介稳态？

解：（1）六方钙长石熔点约1300℃（B点），正钙长石熔点约1180℃（C点），三斜钙长石的熔点约为1750℃（A点）。

（2）三斜与六方晶型的转变是可逆的。因为六方晶型加热到转变温度会转变

选择题

1．NaCl型结构中，Cl- 按立方最紧密方式堆积，Na+充填于（ B ）之中。

A、全部四面体空隙 B、全部八面体空隙 C、1/2四面体空隙 D、1/2八面体空隙 2．在析晶过程中，若?T较大，则获得的晶粒为（ A ）

A、数目多而尺寸小的细晶 B、数目少而尺寸大的粗晶 C、数目多且尺寸大的粗晶 D、数目少且尺寸小的细晶 3．在熔体中加入网络变性体会使得熔体的析晶能力（ c ）：

a.不变 b. 减弱 c. 增大

4．在烧结过程的传质方式中，不会使坯体致密的是（ a ）

a. 扩散传质 b. 溶解-沉淀传质 c. 蒸发-凝聚传质 d. 流动传质 5．过冷度愈大，临界晶核半径（ c ）相应的相变（ e ）

a. 不变 b. 愈大 c. 愈小 d. 愈难进行 e. 愈易进行 f. 不受影响 6．从防止二次再结晶的角度考虑，起始粒径必须（ c ）

a. 细 b. 粗 c. 细而均匀 d. 粗但均匀

7．根据晶界两边原子排列的连贯性来划分，在多晶体材料中主要是(

《材料科学基础》

课程设计报告

设计题目 ： 水泥制品的设计 学生姓名 ： 何祥涛 学 号 ： 1020560126

指导老师姓名： 朱国平 所 属 院(系)： 化学生物与材料科学学院 专 业 班 级 ： 材料化学（1）班 课程设计时间 ： 2013 年 1 月 8日

课程设计的总结报告

一．课程设计的基本任务

结合钙铝硅三元相图，通过查阅资料了解水泥生产工艺，设计并确定原料配

方和烧成冷却温度制度。

二．课程设计的基本要求

1．读懂并分析钙铝硅三元相图，尤其是高钙部分。

2．硅酸盐水泥熟料由C2S、C3S、C3A、C4AF四种矿物组成，根据三角形规则，确定配料点。根据你的配料，写出相关析晶过程。 3．常用的水泥生料的主要成分是CaO、Al2O3、SiO2、Fe2O3，因为Fe2O3含量低，并入Al2O3一起考虑，设计水泥材料生料化学组成。 4．查阅相关资料，画出水泥生产工艺流程图。

5．硅酸盐水泥生产所采用的原料是：石灰石、粘土以及校正原料，在报告中提出配料计算大致过程。

6．根据你设计的配料确定烧成和冷却温度制度，并探讨你的烧成和冷却温度制度对你的产品性能可能产生的

测试十

一、名词解释（共60分，每小题3分）

1．色散力

2．静电键强度

3．类质同晶现象

4．反结构

5．压电效应

6．铁电效应

7．结构水

8．触变性

9．本征缺陷

10．色心

11．螺型位错

12．混合碱效应

13．逆性玻璃

14．不一致熔融化合物

15．穿相区现象

16．矿化剂

17．二级相变

18．非均态成核

19．初次再结晶

20．扩散传质

二、计算（共40分）

1．氯化铯（CsCl）结构中，已知离子半径：Cs＋为0.182nm，Cl－为0.155nm；原子量：Cs为132.91，Cl为35.45。请计算球状离子所占据的空间分数（堆

积系数）及CsCl晶体的密度。假设Cs＋和Cl－离子沿立方对角线接触。（10分）

2．ZnO为六方晶系，a＝0.324nm，c＝0.520nm，每个晶胞中含2个 ZnO分子，测得两种情况下ZnO晶体的密度分别为 5.740 g/cm3和 5.606g/cm3，求这

两种情况下各产生什么型式的固溶体？已知原子量：Zn为65.39，O为16.00。（10分）

3．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