無(wú)機(jī)材料物理化學(xué)課后習(xí)題及答案

無(wú)機(jī)材料物理化學(xué)課后習(xí)題及答案

第一章幾何結(jié)晶學(xué)基礎(chǔ)

1-1.晶體、晶胞的定義；空間格子構(gòu)造的特點(diǎn)；晶體的基本性質(zhì)。

1-2.參網(wǎng)頁(yè)上的模型，運(yùn)用對(duì)稱要素組合定律，寫(xiě)出四方柱、六方柱、

四方四面體、斜方雙錐、六八面體、三方柱、復(fù)三方三角面體、四六面體

的點(diǎn)群符號(hào)，并寫(xiě)出其所屬的晶系和晶族。

1-3.參閱網(wǎng)頁(yè)上的模型，請(qǐng)確定單型中的六八面體、復(fù)三方偏三角面

體、復(fù)六方雙錐、和聚型中2、3、4號(hào)模型在晶體定向中，各晶體的晶軸

分別與哪些對(duì)稱軸重或晶棱方向平行？

1-4.請(qǐng)寫(xiě)出單型三方柱、四方柱、四方雙錐、六方柱、菱面體、斜方

雙錐各晶面的主要晶面符號(hào)。

『5.請(qǐng)寫(xiě)出下列聚型模型各晶面的晶面符號(hào)：1、2、3、4O兩個(gè)對(duì)稱

面相互成1)60°、2)90°、3)45°、4)30°,可組合成什么點(diǎn)群？

1-6.由兩根相交的二次軸互成1)90。、2)60。、3)45。、4)

30°,可以組合成什么點(diǎn)群？試在面心立方格子中畫(huà)出菱面體格子

1-7.一晶面在某、Y、Z軸分別截得2、4、6個(gè)軸單位，請(qǐng)寫(xiě)出此晶

面符號(hào)。1-8.作圖表示立方晶體的(123)、(012)、(421)晶面。

1-9.在六方晶體中標(biāo)出晶面(0001)>(2110)、(1010)>

(1120)、(1210)的位谿。

1).自限性(自范性)，指晶體在適當(dāng)條件下自發(fā)形成封閉幾何多面

體的性質(zhì)。晶體的的多面體形態(tài)是其格子構(gòu)造在外形上的反映。暴露在空

間的晶體外表，如晶面、晶棱與角頂分別對(duì)應(yīng)其晶體空間格子中的某一個(gè)

面網(wǎng)、行列和結(jié)點(diǎn)。2).結(jié)晶均一性，指同一晶體的各個(gè)不同部分具有相

同的性質(zhì)。因?yàn)橐跃w的格子構(gòu)造特點(diǎn)衡量，晶體不同部分質(zhì)點(diǎn)分布規(guī)律

相同，決定了晶體的均一性。3).對(duì)稱性，指晶體中的相同部分在不同方

向上或不同位貉上可以有規(guī)律地重復(fù)出現(xiàn)。這些相同部位可以是晶面、晶

棱或角頂。晶體宏觀上的對(duì)稱性反映了其微觀格子構(gòu)造的幾何特征。

4).各向異性，指晶體的性質(zhì)因方向不同而具有差異。如云母的層狀

結(jié)構(gòu)顯示了在不同方向上的結(jié)合強(qiáng)度不同。從微觀結(jié)構(gòu)角度考慮，代表云

母晶體的空間格子在不同方向上結(jié)點(diǎn)位輅的排列不同。

5).穩(wěn)定性(最小內(nèi)能)，指在相同的熱力學(xué)條件下，具有相同化學(xué)

組成的晶體與氣相、液相、非晶態(tài)相比，晶體具有最小內(nèi)能，因此也是穩(wěn)

定的結(jié)構(gòu)。2.答：點(diǎn)群運(yùn)用組合定律晶系晶族四方柱L44L25PC1,2,3四方

中級(jí)六方柱L66L27PC1.2.3六方中級(jí)四方四面體Li42L22P4,5四方中級(jí)斜

方雙錐3L23PC1,2,3正交低級(jí)六八面體3L44L36L25等軸高級(jí)

9PC

復(fù)三方三角面L33L23PC1,2,3三方中級(jí)體

四六面體3L44L36L25等軸高級(jí)

9PC

三方柱Li63L23P4六方中級(jí)3答：略4.答：

三方柱晶面1(2110)晶面2(1210)晶面3(1120)晶面4(0001)晶面

5(0001)

四方柱晶面1(100)晶面2(010)晶面3(100)晶面4(010)晶面5(001)

晶面6(001)

四方雙錐晶面1(hOl)晶面2(Oki)晶面3(hOl)晶面4(Oki)晶面晶面

6(Oki)晶面7(hOl)晶面8(Oki)

六方柱晶面1(1010)晶面2(0110)晶面3(1100)晶面4(1010)晶面

5(0101)晶面6(1100)晶面7(0001)晶面8(0001)

菱面體晶面1(h001)晶面2(OkOl)晶面3(h001)晶面4(0101)晶面晶面

6(00il)

斜方雙錐晶面1(hkl)晶面2(hkl)晶面3(hkl)晶面4(hkl)晶面5(hkl)晶

面6(hkl)晶面7(hkl)晶面8(hkl)5.答：

60°L33P900L22P45°L44P300L66P6.答：90°3L2

60°L33L2450L44L2300L66L2

7.答：略。(632)8.答:略9.答：略

第二章晶體化學(xué)基礎(chǔ)和無(wú)機(jī)化合物晶體結(jié)構(gòu)

1-1.晶格能與哪些因素有關(guān)？已知MgO晶體具有氯化鈉的結(jié)構(gòu)型，

其晶格常數(shù)a為0.42nm,試計(jì)算MgO的晶格能。

1一2.計(jì)算具有簡(jiǎn)單立方(SC)和體心立方(BCC)結(jié)構(gòu)金屬(單質(zhì))

晶胞的堆積密度(空間利用率)。

1—3,金屬銅具有BCC結(jié)構(gòu)，其晶格常數(shù)a為0.3146nm,試計(jì)算鋁原

子的半徑。金屬鋁的晶格常數(shù)a為0.2884nm,密度為7.19g/cm3,通過(guò)計(jì)

算確定銘是簡(jiǎn)單立方、體心立方還是面心立方結(jié)構(gòu)。(Cr52.00)

1-4.在氧離子面心立方緊密堆積中，畫(huà)出適合正離子填充的空隙形

狀和位谿，并分析八面體空隙和四面體空隙數(shù)分別與氧離子數(shù)有什么關(guān)系？

1—5.比較面心立方最緊密堆積和六方最緊密堆積的異同點(diǎn)。

10.答：CaMg[Si206]單鏈狀。

Ca2Al[AlSi07]組群狀，雙四面體。A13+離子一部分位于氧八面體空

隙，

另一部分位于四面體空隙。

Mg[Si4010](0H)2層狀。

K[AlSi3()8]架狀。A13+離子位于氧四面體空隙。

第三章晶體的結(jié)構(gòu)缺陷

3-1方鎂石(MgO)的密度是3.58g/cm3,其晶格常數(shù)是0.42nm,計(jì)

算MgO中每個(gè)晶胞

中肖特基缺陷的數(shù)目。

3-21)在CaF2晶體中，弗蘭克爾缺陷形成能為2.8eV,肖特基缺陷的

生成能為5.5eV,

計(jì)算在25c和1600C時(shí)熱缺陷的濃度？

2)如果CaF2晶體中，含有百萬(wàn)分之一的YF3雜質(zhì)，則在1600C時(shí)，

CaF2晶體中是熱缺陷占優(yōu)勢(shì)還是雜質(zhì)缺陷占優(yōu)勢(shì)？請(qǐng)說(shuō)明原因。

3-3在下述晶體中，你認(rèn)為何類缺陷占優(yōu)勢(shì)？1)用MgC12摻雜的

NaCl；2)用Y203摻雜的Zr02；3)用YF3摻雜的CaF2；4)在一種還原

性氣氛中加熱的W03。3-4試寫(xiě)出下列缺陷方程：1)3)

2)4)

3-5當(dāng)Zr02添加到Y(jié)203中，為保持結(jié)構(gòu)的電中性，在形成貉換型固

溶體的同時(shí)，還產(chǎn)生正離子空位，寫(xiě)出其缺陷反應(yīng)方程式。

3-6高溫結(jié)構(gòu)材料A1203可以用ZrO2來(lái)實(shí)現(xiàn)增韌，也可以用MgO來(lái)

促進(jìn)A1203的燒結(jié)：1）如加入0.2mol%Zr02,試寫(xiě)出缺陷反應(yīng)式和固溶

體分子式；2）如加入0.3mol%Zr02和某mol%MgO對(duì)A1203進(jìn)行復(fù)合取代,

試寫(xiě)出缺陷反應(yīng)式、固溶體分子式，并求出某值。

3-7ZnO屬六方晶系,a=0.3242nm,c=0.5195nm,每個(gè)晶胞中含有2

個(gè)ZnO分子，測(cè)得晶體密度分別為5.74、5.606g/cm3,求兩種情況下各

產(chǎn)生什么型式的固溶體？

3-8非化學(xué)計(jì)量化合物Fe某。中，F(xiàn)e3+/Fe2+=0.1,求Fe某。中空

位濃度及某值。,答：平均每個(gè)晶胞0.0082對(duì)肖特基缺陷。

2.答：編口=298（弗蘭克缺陷濃度2.21某10-24,肖特基缺陷濃度

為1.374某10-31;T2=1873K,弗蘭克缺陷濃度1.72某10-4,肖特基缺陷

濃度為L(zhǎng)4某10-5；⑵T=1600℃,熱缺陷1.72某10-4,雜質(zhì)缺陷1某10-

6,熱缺陷占優(yōu)勢(shì)3.答：

4.答：：①

②

③

④

5.答：

6.答：①All.997ZH）.00203②Zr0.003Mg0.003Al1.994037.答：略

8.答：FeO.9570,空位濃度［

第四章非晶態(tài)固體

;;;和

]=0.0435

4-1試分析影響熔體粘度的因素有哪些？

4-2名詞解釋：晶子學(xué)說(shuō)和無(wú)規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說(shuō)、單鍵強(qiáng)度、網(wǎng)絡(luò)形成劑

和網(wǎng)絡(luò)變性劑

4-3玻璃的組成是13mol%Na20、13mol%CaO、74nol%Si02,計(jì)算非橋氧分

數(shù)。有兩種不同配比的玻璃，其組成如下：序號(hào)12

Na20(mol%)812

CaO(moI%)128

Si02(mol%)8080

試用玻璃結(jié)構(gòu)參數(shù)說(shuō)明兩種玻璃高溫下粘度的大小。

4-4有一組二元硅酸鹽熔體，其R志變化規(guī)律如下，寫(xiě)出熔體一系列

性質(zhì)的變化規(guī)律：R=2、2.5、3、3.5、4游離堿含量的變化；O/Si比的變

化；低聚物數(shù)量；熔體粘度；形成玻璃的能力；析晶能力。

4-5什么是硼反?，F(xiàn)象？為什么會(huì)產(chǎn)生硼反?，F(xiàn)象。1,答：溶體組成,

質(zhì)點(diǎn)活化能，溫度等。2.答：略。

3.答：R值為2.35。某值為0.7。非橋氧分?jǐn)?shù)為17.5%。兩種玻璃結(jié)

構(gòu)參數(shù)相

同，但(1)的鈣含量高，所以(1)粘度大。4.答：游離堿含量的

變化增大；

()/Si比的變化增大；低聚物數(shù)量增多；溶體粘度遞減；形成玻璃的

能力遞減；析晶能力遞增。

5.答：略。

第五章固體的表面與界面行為5T名詞解釋：

表面能、表面張力、吸附、接觸角、晶界結(jié)構(gòu)、潤(rùn)濕角。5—2試說(shuō)

明晶界能總小于兩個(gè)相鄰晶粒的表面能之和的原因。

5-3MgO-A12O3-SiO2系統(tǒng)的低共熔物放在Si3N4陶瓷片上，在低共

熔溫度下，

液相的表面張力為900某10-3N/m,而液體與固體的界面能為600

某10-

3

N/m,測(cè)得接觸角為70.52°。

(1)求Si3N4的表面張力;

(2)把Si3N4在低共熔溫度下進(jìn)行熱處理，測(cè)試其熱腐蝕的槽角為

60°,求Si3N4的

品界能。

5—4生產(chǎn)氧化鉛瓷件過(guò)程中需要鍍銀，已知1000C時(shí)丫A1203=1.0

某10-3N/m,

yAgL=0.92某10-3N/m,丫AgL/A12O3=L77某10-3N/m,問(wèn)液態(tài)

銀能否潤(rùn)濕氧化鉛瓷件表面？可以用什么方法改善它們之間的潤(rùn)濕性？5

-5影響潤(rùn)濕效果的主要因素有哪些？

5—6大塊狀的石英材料經(jīng)煨燒后易于破碎，這是為什么？5—7試說(shuō)

明晶粒之間的晶界應(yīng)力大小對(duì)晶體性能的影響。

5-8在真空中和在空氣中將云母片剝落后再合上，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象?

說(shuō)明理

由？

5-9什么是粘附功？粘附性越好是否就意味著粘附功越小，為什么？

5-101克石英當(dāng)它粉碎（在濕空氣中）成每顆粒半徑為1um的粉末時(shí)質(zhì)量

增加

至1.02克，它的吸附水膜厚度為多少？（石英密度是2.65g/cm3）

L答:略2.答：略3.答：⑴900某10-3N/M

⑵1559某10-3N/M

4.答：0=147°>90°,液態(tài)銀不能潤(rùn)濕氧化鉛表面，可以通過(guò)以下方

法改善它們之間的潤(rùn)濕性:增大瓷件表面粗糙度；設(shè)法除去表面吸附膜等.

5.略6.略7,略8.略9,略10.答：膜厚度為0.0177um

第六章相圖及其相平衡

6—1名詞解釋：

凝聚系統(tǒng)；介穩(wěn)平衡；無(wú)變量點(diǎn)；低共熔點(diǎn)；雙升點(diǎn)；雙降點(diǎn)；液相

獨(dú)

立析晶。

6-2簡(jiǎn)述SiO2的多晶轉(zhuǎn)變現(xiàn)象，說(shuō)明為什么在硅酸鹽產(chǎn)品中SiO2

經(jīng)常是以介穩(wěn)狀態(tài)存在。

6—3具有不一致熔融二元化合物的二元相圖（圖6—11所示），在

低共熔點(diǎn)E

發(fā)生如下析晶過(guò)程：

o已知E點(diǎn)B含量為20%,化合物

AmBn的B含量為64%。現(xiàn)有C1和C2二種配合料，已知C1中的B含

量為C2中B含量的1.5倍，且在高溫熔融冷卻析晶時(shí)，從該二配合料中

析出的初相(即到達(dá)低共熔溫度前析出的第一種晶體)含量相等。試計(jì)算

C1和C2配合料的組成。

6-4今通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得如圖所示的各相圖，試判斷這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正

確性，若有

錯(cuò)誤，予以修正，并說(shuō)明理由。

6-5已知A和B兩組份構(gòu)成具有低共熔點(diǎn)的有限固溶體二元系統(tǒng)

(圖6—17)。

試根據(jù)下列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制概略相圖：A的熔點(diǎn)為1000C,B的熔點(diǎn)為

700℃o含B25%的試樣在500℃完全凝固,其中含73.3?%初相SA(B)和

26.7%SA(B)+SB(A)共生體。含B50%的試樣在同一溫度下凝固完畢，其中

含40%初相SA(B)和60%SA(B)+SB(A)共生體，而SA(B)相總量占晶相總

量的50%,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均在達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)測(cè)定。

6—6試完成下圖中的配料點(diǎn)1、2、3的結(jié)晶路程(表明液、固相組

成點(diǎn)的變化

及其結(jié)晶過(guò)程各階段系統(tǒng)中發(fā)生的相變化)。

6—7下圖所示為一個(gè)三元化合物的三元相圖。(1)判斷三元化合物

N的性質(zhì);

（2）標(biāo)出邊界曲線的降溫方向（轉(zhuǎn)熔界線用雙箭頭）；（3）指出無(wú)

變點(diǎn)K、L、M的性質(zhì)

（4）分析點(diǎn)1、2的結(jié)晶路程（表明液固相組成的變化及各階段的相

變化）

6—8如圖6—43,配合料P的液相在無(wú)變點(diǎn)K發(fā)生獨(dú)立析晶，最終在

低共熔點(diǎn)F

結(jié)束結(jié)晶。試問(wèn)此時(shí)所獲得的C3S,C2S,C3A和Cl2A7四種晶相的含

量各為多少？，如果在F點(diǎn)仍未達(dá)到平衡，殘留液和能否離開(kāi)F點(diǎn)向其它

無(wú)變點(diǎn)繼續(xù)轉(zhuǎn)移？為什么？

6—9如圖6—43,今取配合料成分恰好如無(wú)變點(diǎn)h的組成，在充分平

衡條件下，

問(wèn)：

（1）加熱該配合料，什么溫度開(kāi)始出現(xiàn)液相？（2）要使物料全部熔

融，至少要加熱到多高溫度？

（3）寫(xiě)出配合料加熱到開(kāi)始出現(xiàn)液相時(shí)和全部熔融時(shí)的反應(yīng)過(guò)程。

6—10如圖6—43,若原始液相組成位于配合料圈內(nèi)，并恰好在CaO

和C3S初相

區(qū)的邊界曲線上：

（1）說(shuō)明此液相的結(jié)晶路程

（2）在緩慢冷卻到無(wú)變點(diǎn)K的溫度1455℃時(shí)急劇冷卻到室溫，則最

終獲得哪些相？

各相含量如何？1.答：名詞解釋略。

2.答：略，提示從動(dòng)力學(xué)角度說(shuō)明。

3.答：C1配料組成為A74.1%,B25.9%；C2配料組成為A82.7%,

B17.3%。

4.答：（A）B的熔點(diǎn)溫度只有一個(gè)，兩點(diǎn)應(yīng)該重合。（B）液相組

成不應(yīng)該存在范圍。（C）低共熔溫度不應(yīng)該是一條傾斜的直線，應(yīng)該是

水平的。（D）（E）均為二元系統(tǒng)，P最大為3,不應(yīng)該出現(xiàn)四相點(diǎn)和四

相區(qū)域。

5.答：圖略，提示低共熔溫度線上三點(diǎn)的B%分別為5%,80%,

95%。6.答：略。

7.答：（1）N為不一致熔融三元化合物。（2）略。（3）L點(diǎn)位于

△BNC內(nèi)部，為

低共熔點(diǎn)，K點(diǎn)位于4ANB交叉位，為雙升點(diǎn)，M點(diǎn)位于aANC內(nèi)部，

為低共熔點(diǎn)。（4）略，

8.答：C3S,C2S,C3A和Cl2A7四種晶相的含量略,殘留液相不能

離開(kāi)F向其它無(wú)變量

點(diǎn)轉(zhuǎn)移，因?yàn)槿到y(tǒng)最多存在四相，在F點(diǎn)已有四相。

9.答：（1）加熱該配合料，1335度開(kāi)始出現(xiàn)液相。（2）要使物料

全部熔融，至少要加熱到2570度。（3）略，10.答：最終獲得C3S,C2S,

玻璃相。

第七章擴(kuò)散與固相反應(yīng)7—1名詞解釋:

無(wú)序擴(kuò)散、晶界擴(kuò)散、表面擴(kuò)散、本征擴(kuò)散、非本征擴(kuò)散、自擴(kuò)散、

互擴(kuò)散、穩(wěn)定擴(kuò)散、不穩(wěn)定擴(kuò)散、擴(kuò)散活化能、擴(kuò)散通量。

7-2已知CaO的肖特基缺陷生成能為6ev,欲使Ca2+在CaO中的擴(kuò)

散直至CaO

的熔點(diǎn)（2600

℃）都是非本征擴(kuò)散，要求三價(jià)雜質(zhì)離子的濃度是多少？

7-3設(shè)有一條內(nèi)徑為30mm的厚壁管道，被厚度為0.1mm的鐵膜隔開(kāi)。

通過(guò)管子

的一端向

管內(nèi)輸送氮?dú)?，以保持膜片一?cè)氮?dú)鉂舛葹?200mol/m3,而另一側(cè)

的氮?dú)鉂舛葹?00

mol/m3o如在700c下測(cè)得通過(guò)管道的氮?dú)饬髁繛?.8某10—8moi/,

求此時(shí)氯氣在鐵

中的擴(kuò)散系數(shù)。

7-4在二根金晶體圓棒的端點(diǎn)涂上示蹤原子Au,并把棒的兩端如圖

所示連接。在920c下加熱100小時(shí)，Au示蹤原子的擴(kuò)散分布如圖所示，

并滿足下列關(guān)系：

M為實(shí)驗(yàn)中示蹤原子總量，求此時(shí)金的自擴(kuò)散系數(shù)。

7-5試定性地分析和討論從室溫到熔融溫度范圍內(nèi)，氯化鋅添加劑

（10—4mol%）對(duì)氯化納單晶

中所有離子（Zn、Na、Cl）的擴(kuò)散能力的影響。

7—6試從擴(kuò)散介質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、晶粒尺寸、擴(kuò)散物濃度、雜質(zhì)等

方面分析影響擴(kuò)散的主要因素。

7—7根據(jù)ZnS燒結(jié)的數(shù)據(jù)測(cè)定了擴(kuò)散系數(shù)，在450℃和563℃時(shí)，分

別測(cè)得擴(kuò)散系數(shù)為L(zhǎng)0某10—4cm2/和3.0某10-4cm2/o（1）確定激活

能和DO；（2）根據(jù)你對(duì)結(jié)構(gòu)的了解，試從運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)和缺陷的產(chǎn)生來(lái)推

斷激活能的含義；（3）根據(jù)ZnS和Zn（）相互類似的特點(diǎn)，預(yù)測(cè)D隨硫的

分壓而變化的關(guān)系。

7—8試分析碳原子在面心立方和體心立方鐵八面體空隙間跳躍情況

并以D=、P「形式寫(xiě)出其擴(kuò)散系數(shù)（設(shè)點(diǎn)陣常數(shù)為a）。式中X為躍遷

自由程，P為躍遷幾率，而r為躍遼頻率。7—9指出以下概念中的錯(cuò)誤:

（1）如果固體中不存在擴(kuò)散流，則說(shuō)明原子沒(méi)有擴(kuò)散；

（2）因固體原子每次跳動(dòng)方向是隨機(jī)的，所以在任何情況下擴(kuò)散流

量為零；（3）晶界上原子排列混亂，不存在空位，所以以空位機(jī)制擴(kuò)散

的原子在晶界處無(wú)法

擴(kuò)散；

（4）間隙固溶體中溶質(zhì)濃度較高，則溶質(zhì)所占據(jù)的間隙越多，供擴(kuò)

散的空余間隙越

少，即Z值越小，越容易導(dǎo)致擴(kuò)散系數(shù)的降低。

7-10以空位機(jī)制進(jìn)行擴(kuò)散時(shí)，原子每次跳動(dòng)一次就相當(dāng)于空位反向

跳動(dòng)一次，

并未形成新的空位，而擴(kuò)散活化能中卻包含著空位形成能，此說(shuō)法正

確嗎？請(qǐng)給出說(shuō)明。

1.答：略

2.答：1.1某10-5mol/m33.答：D=3.6某10-12m2/4.答：根據(jù)表中數(shù)

據(jù)，以Tn

，求D為2.33某10-7m2/

5.答：低溫時(shí)，以雜質(zhì)擴(kuò)散為主,ZnC12的加入對(duì)Na離子的擴(kuò)散能力

有擴(kuò)散作用，而對(duì)氯離子的擴(kuò)散能力影響不大,在高溫條件下,本征擴(kuò)散為

主要形式,ZnC12的加入影響可忽略.6.略7.答：①Q(mào)=48.9kJ,DO-O.39cm2/

②質(zhì)點(diǎn)處于其他質(zhì)點(diǎn)作用的三位勢(shì)阱中作周期性振動(dòng),若要擺脫其他

質(zhì)點(diǎn)的束縛，必須具有克服勢(shì)阱作用的能量,這部分能量稱為激活能,激活

能包括遷移能和缺陷形成能.

③D8PS2T/4,硫分壓越小,D越大,硫分壓增大,D減小.8.答：面心立

方(fee),

,P=

，卜

,體心立方(bee),D=

對(duì)某2作圖，得一直線，求斜率K,t=360000,0=

9.答：①擴(kuò)散流的產(chǎn)生需要一個(gè)推動(dòng)力,但在宏觀上不存在擴(kuò)散流，只

要有一定溫度,原子之間存在雜亂無(wú)章的自擴(kuò)散.

②當(dāng)有外力作用，如處于電場(chǎng)中，擴(kuò)散流量不為零，只有在平衡狀態(tài)下,

擴(kuò)散流量為零.

③晶界上原子所受束縛力低,其能量/振動(dòng)頻率搞,遷移能力強(qiáng),其原子

遷移到內(nèi)部相黨羽空位的反向擴(kuò)散,不僅存在擴(kuò)散,其擴(kuò)散能力還比內(nèi)部

強(qiáng).④對(duì)擴(kuò)散系數(shù)的影響可以忽略.

10.答：不正確。擴(kuò)散系數(shù)是宏觀值不是單個(gè)原子跳動(dòng)機(jī)理的簡(jiǎn)單疊

加。

第八章固相反應(yīng)

8-lMg0和Si02固相反應(yīng)生成Mg2SiO4,反應(yīng)時(shí)擴(kuò)散離子是什么?寫(xiě)

出界面反應(yīng)方程。

8-2Mo03和CaCO3反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)機(jī)理受到CaC03顆粒大小的影響。當(dāng)

Mo03：CaC03

=1：1,Mo03的粒徑rl為0.036mm,CaC03的粒徑r2為0.13mm時(shí),

反應(yīng)是擴(kuò)散控制的；而當(dāng)CaCO3：Mo()3=15：1,r2Vo.03時(shí)，反應(yīng)由升

華控制，試解釋這種現(xiàn)象。

8—3試比較楊德方程和金斯特林格方程的優(yōu)缺點(diǎn)及其適用條件。

8-4當(dāng)測(cè)量氧化鋁一水化物的分解速率時(shí)，發(fā)現(xiàn)在等溫試驗(yàn)期間，

質(zhì)量損失隨

時(shí)間線性增加到50%左右，超過(guò)50%時(shí)，質(zhì)量損失的速率就小于線

性規(guī)律。線性等溫速率隨溫度指數(shù)地增加，溫度從451C增大到493c時(shí)

速率增大10倍，試計(jì)算激活能，并說(shuō)明這是一個(gè)擴(kuò)散控制的反應(yīng)？還是

一般反應(yīng)或是界面控制的反應(yīng)。

8-5平均粒徑為1Hm的MgO粉料與A1203粉料以1：1摩爾比配料

并均勻混合。

將原料在1300C恒溫3600h后，有0.3moi的粉料發(fā)生反應(yīng)生成

MgA1204,該固相反應(yīng)為擴(kuò)散控制的反應(yīng)。試求在300h后，反應(yīng)完成的摩

爾分?jǐn)?shù)以及反應(yīng)全部完成所需的時(shí)間。

答：擴(kuò)散離子是Mg2+和Si4+,界面反應(yīng)方程為：

Si4++4Mg0

g2++SiO4Mg2SiO4+Si4+

Mg2SiO4+2Mg2+

2.答：當(dāng)Mo03的粒徑rl為0.036mm,CaC03的粒徑r2為0.13mm

時(shí),CaC03顆粒大于Mo03,反應(yīng)由擴(kuò)散控制，反應(yīng)速率隨著CaC03顆粒度

減小而加速，當(dāng)r2<rl時(shí)存在過(guò)量CaC03,由于產(chǎn)物層變薄，擴(kuò)散阻力減

小，反應(yīng)由Mo03粒徑升華控制,并隨著Mo03粒徑減小而加劇。3.答：

略。

4.答：1)：.由阿累尼烏斯公式:K=Ae某p(-Q/RT)得:

Q=RInk2/kl(TlT2/T2-Tl)=InlO某R某776某724/(493-

451)=257.189KJ/mol故反應(yīng)激活能為257.189kJ/mol

2)：此反應(yīng)為熱分解反應(yīng)，反應(yīng)是在反應(yīng)物與產(chǎn)物層的界面處進(jìn)行

的。由題中

所述，反應(yīng)進(jìn)行到一定程度后質(zhì)量損失速率小于線性規(guī)律，由此可推

測(cè)該

反應(yīng)由擴(kuò)散控制，即后期由于反應(yīng)物表層已被先前生成的大量產(chǎn)物層

所包裹，導(dǎo)致新產(chǎn)生的氣體無(wú)法擴(kuò)散到外界去，從而減緩反應(yīng)進(jìn)行。5.答:

由于該固相反應(yīng)為擴(kuò)散控制反應(yīng)，且粉料可視為均狀大小球形，故用金斯

特林格方程得：1—2/3G—(1—G)2/3二kt

由題中所給條件;tl=3600hGl=0.3/(l+l)=0.15代入得K=7.45某10-

7所以當(dāng)t2=300h時(shí),G2=0o045令G=l,則T=l/3k=4.47某105h

第九章相變9—1名詞解釋：

一級(jí)相變、二級(jí)相變、玻璃析晶、玻璃分相、均態(tài)成核、非均態(tài)成核、

馬

氏體相變、亞穩(wěn)分解、不穩(wěn)分解。

9—2為什么成核生長(zhǎng)機(jī)理的相變過(guò)程需要有一定的過(guò)冷或過(guò)熱，相

變才能發(fā)生，

在什么情況下需要過(guò)冷，什么情況下需要過(guò)熱？一般物質(zhì)具有的最大

成核速率的過(guò)冷度應(yīng)該如何求得？

9-3當(dāng)一個(gè)球形晶核在液態(tài)中形成時(shí)，其自由能的變化4G=

4nr2Y+

4/3

r3AGVo式中r為球形晶核的半徑；Y為液態(tài)中晶核的表面能；

△GV為單位體積晶核形成時(shí)釋放的體積自由能，求臨界半徑rk和臨界核

化自由能AGk。

8-4如果液態(tài)中形成一個(gè)邊長(zhǎng)為a的立方體晶核時(shí)'其自由能4G將

寫(xiě)出什么形

式？求出此時(shí)晶核的臨界立方體邊長(zhǎng)ak和臨界核化自由能△Gk,并

比較球狀晶核時(shí)，哪一種形狀的4G值更大，為什么？

9-5由A向B轉(zhuǎn)變的相變過(guò)程中，單位體積能變化4GV在1000℃時(shí)

為一419J/cm3,

在900℃時(shí)為一2093J/cm3,設(shè)A-B間界面能為5某10-5J/cm3,求：

(1)在900℃和1000℃時(shí)的臨界半徑；(2)在1000C進(jìn)行相變時(shí)

所需的能量。

9-6試從熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)和形貌等方面比較亞穩(wěn)分解和不穩(wěn)分解這

兩種分相過(guò)

程的特點(diǎn)。

9-9某物質(zhì)從熔體析晶，當(dāng)時(shí)間分別為1和5時(shí)、測(cè)得晶相的體積

分?jǐn)?shù)分別

為0.1%與1L8%,試用VB/V=l-e某p(-Ktn)式計(jì)算Avrami指數(shù)及其

速率常數(shù)K。

9-10如果直徑為20Hm的液滴，測(cè)得成核速率IV=10-lS-lcm-3,

如果楮能夠過(guò)

冷227℃,試計(jì)算錯(cuò)的晶-液界面能？(TM=1231K,AH=

34.8kJ/mol,P=5.35g/cm3)

9—11舉例說(shuō)明相變理論在科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)際中的應(yīng)用。1,答：略

2.答：

，當(dāng)

,過(guò)熱,過(guò)冷度

為擴(kuò)散活化能.

3.答：

4.答：

,顯然立方體晶核形成

5.答：900℃,

某