陆佩文《无机材料科学基础》考点讲义.pdf

目录绪论（）?第三章熔体与非晶态固体（）?第四章晶体中的点缺陷和线缺陷（）?第六章相平衡与相图（）?第七章固体中质点的扩散（）?第八章固态化学反应（）?第九章固态相变（）?第十章固态烧结（）?陆佩文 无机材料学基础 考点精讲及复习思路绪论一、教材版本说明曾燕伟主编，陆佩文主审，无机材料科学基础，武汉理工大学出版社，年。其他参考书目书名出版社作者无机材料物理化学武汉理工大学出版社周亚栋无机材料科学基础教程化学工业出版社胡志强无机材料科学基础华东理工大学出版社张其士无机材料科学基础化学工业出版社潘群雄材料科学基础上海交通大学出版社胡赓祥二、考情分析及命题规律总结 试题构成与特点试题一般分为名词解释、问答、计算题三大部分，有个别学校还有填空题、选择题及判断题，试卷总分 分。试题难度适中，难题、偏题较少，但有一部分题型需结合生产实际用理论加以解释。其中名词解释约占 分（一般 道），简答占 分左右（一般 道），计算题 分左右（一般 道），二元相图或三元相图 分左右（一般 道），结合实际进行理论分析的问答题大约占 分左右。计算部分涉及到“缺陷浓度”、“固溶体密度”、“结构参数”、“晶粒大小”等方面的知识，不是很多，主要考点还是集中在问答形式的类型题。一定要注意将本门课程与工艺学联系到一起解答问题。教材基本内容与考题权重分析本教材根据无机非金属材料工程、材料物理和材料化学等专业对材料科学基础知识的需要而编写的，结合了无机非金属材料学科和相关专业的特点，着重讲述无机材料从原料到最终制品的热力学及动力学的基本理论及其工程应用。全书包括无机材料的化学键与电子结构、晶体的结构与常见晶体结构类型、熔体与非晶态固体、晶体中的点缺陷与线缺陷、表面与界面、相平衡与相图、固体中质点的扩散、固态化学反应、固态相变及固态烧结这几个部分。在试卷中，各章节中基本概念、名词解释和基本理论的理解以名词解释和简答形式考查，占 分左右。问答题占的比重非常大，而且很多情况下需要将这门课程的理论与其他课程的内容联系起来，为此，需要对这门课程中的基础理论理解深刻。教材中无机材料的化学键与电子结构、晶体的结构与常见晶体结构类型以及表面与界面这三章由于与结晶矿物学和陶瓷工艺学两门课程重复，且其他两门课程对这些内容的介绍更具体与详细，我们在这门课程中就不在复述。教材中晶体中的点缺陷与线缺陷与固体中质点的扩散和固态化学反应三章联系非常紧密，可能将三章的内容综合到一起提出问题，相图题几乎是每个学校的必考题，考基础相图题和专业相图题的几率几乎是相同的。相变一章内容较多，但重点比较突出，而烧结一章基础内容以及与生产实际相结合的考点都比较多，希望考生加以注意。为此，需要考生依次掌握好各章节重点难点。命题规律总结及命题趋势分析本门专业课严格按照考研大纲出题，考察重点较为突出，题量和难度适中，怪题、偏题较少。预测今后几年的出题趋势，应当会较为稳定，与前几年变化不大，新题型很可能就是某些学校将某一个生产实际情况让考生用学过的某一理论加以解释。三、备考与应试策略关于备战复习，要做到“三要三忌”：要抓基础、要注重理解基本概念和方法、要勤于思考和总结；忌死记硬背、忌眼高手低、忌主次不分明。在复习中要注意对基本概念、原理及一些物理量的计算方法这三方面的重点掌握。复习过程中注意透彻理解基本概念、掌握基本原理、灵活运用各种分析方法；注意拓展思维，充分发挥联想，深刻体会各章节之间的联系。动手做题，在练习中领悟知识点、考点以及出题规律之间的关系。重视真题，透彻分析，全面提高分析问题解决问题的能力。重视理论与实际结合的题型。四、要点精讲及复习思路本阶段我们结构设置如下：本章考情分析：在每章开篇，本章所需掌握的内容有个大概了解，以及本章的常考题型、分值、重要性、重难点等等。本章基本内容：在每章开篇，介绍本章的基本内容，了解考点重要程度以及考点之间的联系。本章要点精讲：提炼本门课程中的考点和重难点，原则上覆盖考试大纲内容。讲解过程中着重对复习思路进行引导和强调。本章名校经典试题回顾。本章小结：对本讲内容进行回顾，并针对典型题给出应试技巧。陆佩文 无机材料学基础 考点精讲及复习思路第三章熔体与非晶态固体 本章考情分析本章主要介绍了熔体和玻璃体结构的基本理论、性质及转化时的物理化学条件，学会用这些基本理论分析熔体和玻璃体的结构与性质的变化，并掌握“组成 结构 性能”之间的关系。本章考试中名词解释较少，问答题型较多，需要在理解基本理论的基础上，针对实际问题进行解答，本章仅涉及一种类型的计算，即结构参数的计算。本章框架结构本章从两条主线分别介绍了熔体和玻璃体结构的基本理论、性质，然后分别从热力学、动力学、结晶化学三方面介绍了熔体和玻璃体转化时的物理化学条件，并对几种常见的玻璃类型做了介绍，其中重要的是硅酸盐玻璃和硼酸盐玻璃。考点精讲考点一 研究熔体、玻璃的意义 熔体是玻璃制造的中间产物 瓷釉在高温状态下是熔体状态 耐火材料的耐火度与熔体含量有直接关系 瓷胎中 是玻璃状态（高温下是熔体态）考点二 能量曲线及 分析气体、熔体、玻璃体和白硅石的 图 分析结果：熔体和玻璃的结构相似；结构中存在着近程有序区。考点三 熔体的结构（）聚合物理论 聚合物理论的结构描述 硅酸盐熔体中有多种负离子集团同时存在：如 熔体中有：（二聚体）、（三聚体）（）；此外还有“三维晶格碎片”，其边缘有断键，内部有缺陷。平衡时各级聚合物分布呈一定的几何级数。熔体化学键分析熔体中最基本的离子是 、碱或碱土金属离子。其中 键键性为离子键与共价键的（约 ）混合键。且 键具有高键能、方向性和低配位等特点。而熔体中 键的键性以离子键为主。当 、引入硅酸盐熔体中时，能把 键上的氧离子吸引到自己周围，使 键的键强、键长、键角发生改变，最终使桥氧断裂。如果 比升高，之间连接方式发生如下转变：石英的架状层状链状岛状（用聚合物描述）。熔体形成过程以 熔体为例。：石英的分化一切硅氧聚合物来源于 和 的相互作用，石英颗粒表面有断键，并与空气中水汽作用生成 键，与 相遇时发生离子交换。处的化学键加强！处的化学键减弱！“进攻”弱点 石英骨架“分化”形成聚合物。（图见视频）：升温和无序化以 结构作为三维聚合物、二维聚合物及线性聚合物。在熔融过程中随时间延长，温度上升，陆佩文 无机材料学基础 考点精讲及复习思路熔体结构更加无序化。线性链：围绕 轴发生转动、弯曲。二维聚合物：层发生褶皱、翘曲。三维聚合物：（残余石英碎片）热缺陷数增多，同时 键角发生变化。：缩聚反应各种低聚物相互作用形成高聚物：熔体中的可逆平衡熔体中有多种多样的聚合物，高温时低聚物各自以分立状态存在，温度降低时有一部分附着在三维碎片上，形成“毛刺”结构。温度升高“毛刺”脱开。反应的实质是：（）影响熔体结构的两大因素（组成和温度）当温度不变时，熔体组成的 比（）高，则表示碱性氧化物含量较高，分化作用增强，从而 增多，低聚物也增多。当熔体组成不变时，随温度升高，低聚物数量增加；否则反之。小结聚合物形成大致分为三个阶段：初期：主要是石英颗粒的分化；中期：缩聚反应并伴随聚合物的变形；后期：在一定温度（高温）和一定时间（足够长）下达到聚合 解聚平衡。（）聚合物理论要点：硅酸盐熔体是由不同级次、不同大小、不同数量的聚合物组成的混合物。所谓的聚合物是指由 连接起来的硅酸盐聚离子。：聚合物的种类、大小、分布决定熔体结构，各种聚合物处于不断的物理运动和化学运动中，并在一定条件下达到平衡。：聚合物的分布决定熔体结构，分布一定，结构一定。：聚合物的种类、大小、数量随温度和组成而发生变化。考点四 熔体的性质 粘度（）粘度定义使相距一定距离的两个平行平面以一定速度相对移动所需的力。单位为 。（）粘度的理论解释 绝对速度理论 （）（）质点移动的活化能，位垒升高下降下降将粘度公式取对数：其中：；（）有图显示：并非直线关系；低温活化能是高温的 倍（多数）；温度范围活化能突变。自由体积理论液体内分布着不规则，大小不等的空隙，液体流动必须打开这些“空 洞”，允许液体分子的运动，这种空洞为液体分子流动提供了空间，这些空隙是由系统中自由体积 的再分布所形成的。表示在温度 时液体分子表观体积，表示 温度时液体分子紧密堆积的最小体积。体积膨胀至 形成 为分子运动提供空隙越大易流动小。（晶体熔化成液体时一般体积增大 ）过剩熵理论液体由许多结构单元构成，液体的流动就是这些结构单元的再排列过程。陆佩文 无机材料学基础 考点精讲及复习思路 构形熵 结构单元尺寸流动性混乱程度（）熔体粘度与组成的关系对 熔体黏度的影响含量 ，比较低时，对粘度起主要作用的是四面体间 的键力；再引入 ，其中 半径小，削弱 键的作用大，所以 降粘度较 、显著，此时相应熔体的粘度。此时相应的熔体粘度：当 含量 ，比高时，此时 之间连接已接近岛状，孤立 很大程度上依靠碱金属离子相连。再引入 ，键力大使熔体粘度升高，所以 升高粘度较 、显著，此时相应的熔体粘度：例题：当 含量比较高时，碱金属氧化物降低熔体粘度的能力是。对粘度作用对 影响与 相同，同时应考虑离子极化对粘度的影响。、（含 外层）有很大的极化作用，因此比碱金属离子熔体有更低的粘度。降粘度次序：（某些情况）三价离子的作用：对粘度的影响（硼反常）：补网作用时粘度增加。混合碱效应熔体中引入一种以上的 与 时，粘度比等量的一种 或 高，这可能和离子半径、配位数等结晶条件不同而相互制约有关。例：例题：解释图中现象？答：从图可见，在 硅酸盐玻璃中，以 逐渐取代 ，加入量较少时，吸收 提供的游离氧，由 三角体转变为 四面体，使玻璃结构网络紧密，粘度上升；当 时，所有 全部转变为 ，玻璃粘度达极大值；含量继续增加，处于 中，使玻璃结构网络变松，因而粘度下降。这就是“硼反常”现象。考点五 熔体的性质 表面张力（）定义扩展液体表面需要做功，表面能即将表面增大一个单位面积所需要作的功（或把质点从内部移到表面所消耗的能量）。单位：或 比较：数值相同，但表面张力是向量，表面能是标量。（）影响表面张力（）的因素分析表面张力的变化一方面考虑单位表面的质点数，另一方面考虑表面质点受内部的结合力升高质点间距增大质点间作用力减小减小 含量增加解聚作用增强聚合物尺寸减小聚合物数量增多增大。熔体 由大到小排列顺序为 。的影响：作平行于表面排列，层间结合力较小，表面张力很小（），这样的表面与熔体内部之间能量差较小，所以 是瓷釉中常用的降低表面张力的组分。两种熔体混合时，表面张力不具加和性，其中较小的被排挤到表面富集，混合体的表面张力以较小的为主。陆佩文 无机材料学基础 考点精讲及复习思路考点六 玻璃的通性：各向同性均质玻璃其各方向的性质如折射率、硬度、弹性模量、热膨胀系数、导热系数等都相同（非均质玻璃中存在应力除外）。玻璃的各向同性是其内部质点无序排列而呈现统计均质 结构的外在表现。：介稳性热力学 高能状态，有析晶的趋势。动力学 高粘度，析晶不可能，长期保持介稳态。冷却速率会影响 大小，快冷时 较慢冷时高，点在 点前。注意：玻璃形成温度，又称脆性温度。它是玻璃出现脆性的最高温度，由于在这个温度下可以消除玻璃制品因不均匀冷却而产生的内应力，所以也称退火温度上限。：软化温度。它是玻璃开始出现液体状态典型性质的温度。是玻璃可拉成丝的最低温度。：凝固的渐变性和可逆性由熔融态向玻璃态转变的过程是可逆的与渐变的，这与熔体的结晶过程有明显区别。：由熔融态向玻璃态转化时，物理、化学性质随温度变化的连续性。考点七 玻璃的形成（）玻璃形成的热力学观点 越大析晶动力越大，越不容易形成玻璃。越小析晶动力越小，越容易形成玻璃。（）形成玻璃的动力学手段 观点影响析晶因素：成核速率 和晶体生长速率 ，需要适当的过冷度 。其中：临界核坯的生长速率 相邻原子的跃迁速率一方面：，质点动能，质点间引力，容易聚集，对成核有利。一方面：，粘度，质点运动困难，难于扩散到晶核表面，不利于晶核长大。（）（）其中：项 质点长程迁移的影响项 与 有关，晶体态和玻璃态两项自由能差总析晶速率：过冷度太小或过大，对成核和生长均不利，只有在一定过冷度下才能有最大的 和 。如果 和 的极大值所处的温度范围很靠近，熔体就易析晶而不易形成玻璃。反之，就不易析晶而易形成玻璃。陆佩文 无机材料学基础 考点精讲及复习思路 例题：熔体析晶遵循形核 长大机理，、曲线峰值大小及位置直接影响析晶过程及制品性质，当 重叠面积大且过冷度大时，容易得到（）。不能析晶，得到玻璃 晶粒少、尺寸大的粗晶 晶粒多、尺寸小的细晶 晶粒多，尺寸大的粗晶 观点三 图中的三 即：确定玻璃中可以检测到的晶体的最小体积（）。考虑熔体究竟需要多快的冷却速率才能防止此结晶量的产生，从而获得检测上合格的玻璃。（）三 曲线的绘制：选择一个特定的结晶分数 ；在一系列温度下计算成核速率、生长速率 ；把计算所得、代入上式求出对应时间 ；以 为纵坐标，冷却时间 为横坐标作出 图。只有三 曲线前端即鼻尖对应析出 体积分数的晶体的时间是最少的。为避免析出 分数的晶体所需的临界冷却速率可由下式近似求出。（）（）若（）大，则形成玻璃困难，反之则容易。熔点时的粘度高，易形成玻璃，析晶阻力较大，时的粘度是形成玻璃的主要标志。（图见视频）接近“”时，易形成玻璃，即三分之二规则。（）玻璃形成的结晶化学条件 键强：单键强度 （或 ）的氧化物 网络形成体（、）。：单键强度 （或 ）的氧化物为网络变性体（大部分碱或碱土金属氧化物）。：在 为中间体，作用介于玻璃形成体和网络形成体之间（）。键型：离子化合物如 、在熔融状态以正、负离子形式单独存在，流动性很大。由于离子键作用范围大，无方向性且有较高的配位数，组成晶格的几率较高，在凝固点由库仑力迅速组成晶格，所以很难形成玻璃。：金属键物质在熔融时失去联系较弱的 后以正离子状态存在。价电子属于一定的能带，不固定在某一个局部，由于金属键无方向性和饱和性，原子相遇组成晶格的几率最大（），很难形成玻璃。：纯粹共价键物质大部分为分子结构，在分子内部以共价键相联系，而分子之间是无方向性的范德华力，在冷却过程中形成分子晶格的几率比较大，很难形成玻璃。结论：三种纯键型在一定条件下都不能形成玻璃。：离子共价混合键或金属共价混合键容易形成玻璃：当离子键向共价键过渡，离子共价混合键，主要在于有 电子形成的杂化轨道，并构成 键和键，强烈的极化作用，这种混合键既具有离子键易改变键角、易形成无对称变形的趋势，有利于造成玻璃的远程无序，又有共价键的方向性和饱和性，不易改变键长和键角的倾向，造成玻璃的近程有序，因此容易形成玻璃。：当金属键向共价键过渡称为金属共价键。在金属中加入半径小电荷高的半金属离子（、）或加入场强大的过渡金属原子产生强烈的极化作用，从而形成 或 杂化轨道，形成金属和加入元素形成的原子团，使得玻璃近程有序，但金属的无方向性和饱和性则使这些原子团之间可以自由连接，形成无对称变形的趋势从而形成金属玻璃的远程无序。陆佩文 无机材料学基础 考点精讲及复习思路 练习题：）在硅酸盐熔体中，当以低聚物为主时，体系的粘度低、析晶能力大。（）物质在熔点时的粘度越越容易形成玻璃，（略大于，等于，略小于）时容易形成玻璃。考点八 玻璃的结构玻璃的结构：是指玻璃中质点在空间的几何配置、有序程度以及彼此间的结合状态。玻璃结构特点：近程有序，远程无序。（）晶子学说 的 射线散射强度曲线第一峰：是石英玻璃衍射的主峰与晶体石英特征峰一致。第二峰：是 玻璃的衍射主峰与偏硅酸钠晶体的特征峰一致。在钠硅玻璃中，上述两个峰均同时出现。的含量增加，第一峰明显，第二峰减弱；：学说要点玻璃由无数的“晶子”组成。所谓“晶子”不同于一般微晶，而是带有晶格变形的有序区域，它分散于无定形的介质中，并且“晶子”到介质的过渡是逐渐完成的，两者之间无明显界线。：学说核心结构的不均匀性及近程有序性。：意义及评价第一次揭示了玻璃的微不均匀性，描述了玻璃结构近程有序的特点。：不足之处晶子尺寸太小，无法用 射线检测，晶子的含量、组成也无法得知。（）无规则网络学说形成玻璃的物质与相应的晶体类似，形成相似的三维空间网络。网络由离子多面体（四面体或三角体）构筑起来的。晶体：结构网由多面体无数次有规律重复构成。玻璃：结构多面体的重复没有规律性。由于石英玻璃和方石英的特征谱线重合，瓦伦认为石英玻璃和方石英中原子间距大致一致。石英玻璃中没有象硅胶（粒子间有间距和空隙）一样的小角度衍射，从而说明是一种密实体，结构中没有不连续的离子或空隙。：学说要点：形成玻璃的物质与相应的晶体类似，形成相似的三维空间网络。：这种网络是由离子多面体通过桥氧相连，向三维空间无规律的发展而构筑起来的。：电荷高的网络形成离子位于多面体中心，半径大的变性离子，在网络空隙中统计分布。：氧化物要形成玻璃必须具备四个条件：每个 最多与两个网络形成离子相连。多面体中阳离子的配位数。多面体共点而不共棱或共面。多面体至少有 个角与其它相邻多面体共用。：意义及评价：说明玻璃结构宏观上是均匀的。解释了结构上是远程无序的，揭示了玻璃各向同性等性质。：不足之处是对分相研究不利，不能完满解释玻璃的微观不均匀性和分相现象。（）两个学说比较两种假说各具优缺点，两种观点正在逐步靠近。统一的看法是玻璃是具有近程有序、远程无序结构特点的无定形物质。晶子假说着重于玻璃结构的微不均匀和有序性。无规则网络学说着重于玻璃结构的无序、连续、均匀和统计性。它们各自能解释玻璃的一些性质变化规律。考点九 硅酸盐玻璃（）玻璃的结构参数：计算当 、等氧化物引入石英玻璃，形成二元、三元甚至多元硅酸盐玻璃时，由于 比增加，三维骨架破坏，玻璃性能改变。比，即玻璃中氧离子总数与网络形成离子总数之比。每个多面体中平均非桥氧数（百分数）（）。每个多面体中平均桥氧数（百分数）（）。每个多面体中氧离子平均总数（一般硅酸盐和磷酸盐玻璃中为 ，硼酸盐玻璃中为 ）。参数间存在的关系：例 ：陆佩文 无机材料学基础 考点精讲及复习思路 （）例 ：（）（）注：有些离子不属典型的网络形成离子或网络变性离子，如 、等属于所谓的中间离子，这时就不能准确地确定 值。若（），则有 ，即为网络形成离子；若（），则有 ，即为网络变性离子；若（）?，则有 ，即为网络形成离子。：结构参数 玻璃的很多性质取决于 值。时硅酸盐玻璃就不能构成三维网络。在形成玻璃范围内：增大网络紧密，强度增大，粘度增大，膨胀系数降低，电导率下降。下降网络结构疏松，网络变性离子的移动变得容易，粘度下降，膨胀系数增大，电导率增大。例题：的玻璃中，结构参数 为。例题：有两种不同配比的玻璃，其组成如下：序号 试用玻璃结构参数说明两种玻璃高温下粘度的大小？注意：质量百分数要变成摩尔百分数。注意 的性质。序号 对于 ：，所以 为网络变性体 （）对于 ：，所以 为网络形成体 （）（）?序号 的玻璃组成的粘度比序号 的玻璃小。（）硅酸盐玻璃与硅酸盐晶体结构上显著的差别：晶体中 骨架按一定对称性作周期重复排列，是严格有序的，在玻璃中则是无序排列的。：晶体中 或 阳离子占据点阵的固定位置：在玻璃中，它们统计地分布在空腔内，平衡 的负电荷。：晶体中，只有半径相近的阳离子能发生互相置换，玻璃中，只要遵守静电价规则，不论离子半径如何，网络变性离子均能互相置换。（因为网络结构容易变形，可以适应不同大小的离子互换）。：在晶体中一般组成是固定的，并且符合化学计量比例（除固溶体外），在形成玻璃的组成范围内氧化物以非化学计量任意比例混合。考点十 硼酸盐玻璃 键能 ，比 键能 大，但因为 玻璃的层状或链状结构的特性，任何 附近空间并不完全被三角体所充填，而不同于 。玻璃的层之间是分子力，是一种弱键，所以 玻璃软化温度低（），表面张力小，化学稳定性差（易在空气中潮解），热膨胀系数高。一般说纯 玻璃实用价值小。但 是唯一能用来制造有效吸收慢中子的氧化物玻璃，而且是其它材料不可取代的。与 、等配合才能制成稳定的有实用价值的硼酸盐玻璃。当 中加入 、时会出现“硼反常”。硼酸盐玻璃分相，可使玻璃发生乳浊。例题：硅酸盐熔体中，减小时，下列变化分别是：（）碱性氧化物含量（）。（）非桥氧（）。（）熔体粘度（）。（）析晶倾向（）。（）聚合度（）。（）不变，（）降低，（）增加。例题：分析 、对硅酸盐熔体粘度的影响。）含量 ，比较低时，对粘度起主要作用的是四面体间 的键力；引入 ，削弱 键，粘度降低。）对 影响与 相同，同时应考虑离子极化对粘度的影响。因此比碱金属离子熔体有更低的粘度。）视其含量不同可能起补网和破坏网络两种作用，补网时粘度增强。陆佩文 无机材料学基础 考点精讲及复习思路 ）加入量少时，可以增大粘度，当加入量太多时，粘度反而减小。）会增大粘度。例题：从熔体中析晶的过程分二步完成，首先是成核，然后就是晶体生长过程。均匀成核的成核速率由受核化位垒影响的成核率因子和受原子扩散影响的成核率因子所决定的。本章历年经典试题回顾 （江苏大学 、分）判断题：碱金属氧化物的加入会使氧化物玻璃的结构变得疏松。（）（江苏大学 、分）名词解释：玻璃结构的晶子学说 （江苏大学 、分）试述玻璃形成的结晶化学条件。（江西理工大学 、分）在钠硅酸盐玻璃中，分析 的含量对熔体黏度的影响，并说明理由。（江西理工大学 、分）两种玻璃其组成（）如下表：试计算玻璃的结构参数，并比较良好总玻璃的粘度在高温下何者大？（分 年江西理工大学）在钠硅酸熔体中，分析 对熔体表面张力的影响，并说明理由。为什么相同组成的固体表面能总是高于液体的表面能？（分 年 山东建筑大学）、等氧化物能单独形成玻璃，称为网络形成体，而 、等氧化物只能改变玻璃网络结构，称为网络变性体。（分 年 山东建筑大学）熔体的析晶过程是由成核和晶体生长共同构成的，这两个过程都需要适当的过冷度。（分 年 山东建筑大学）一种纳钙硅酸盐玻璃的组成为 （质量分数），试计算玻璃的结构参数值（，）。（分 年山东建筑大学）试述玻璃的通性有哪些？（分 年山东建筑大学）、等氧化物能单独形成玻璃，称为网络形成体，而 、等氧化物只能改变玻璃网络结构，称为网络变性体。（分 年山东建筑大学）一种玻璃的组成为 （质量分数），则玻璃的结构参数值 ，。（分 年 山东建筑大学）玻璃网络形成体和玻璃网络变性体。（分 年 山东建筑大学）玻璃的通性有哪些？（分 年 山东轻工业学院）试用实验方法鉴别晶体 、玻璃、硅胶和 熔体，他们的结构有何不同。（分 年 山东轻工业学院）为玻璃的形成温度，为玻璃的软化温度。（分 年 山东轻工业学院）有两种玻璃组成 ，计算、值，说明两种玻璃的膨胀系数大小以及化学稳定性的大小。（分 年 山东轻工业学院）简述温度、化学组成（、）对硅酸盐熔体黏度的影响。（分 年 山东轻工业学院）网络形成体：单键强度 （或 ）的氧化物，能够单独形成玻璃，叫做网络形成体（、）。（分 年 山东轻工业学院）硼反常现象：硼酸盐玻璃与相同条件下的硅酸盐 玻璃相比，其性质随 或 加入量的变化规律想反，这种现象称硼反常现象。（分 年 山东轻工业学院）分析 、对硅酸盐熔体粘度的影响。（分 年 山东轻工业学院）试用图例说明过冷度对核化、晶化速率、析晶范围、析晶数量和晶粒尺寸的影响。（分 年 山东轻工业学院）玻璃网络形成剂 （分 年 山东轻工业学院）试比较硅酸盐玻璃与硅酸盐晶体结构上的异同。（分 年 山东轻工业学院）计算玻璃 ，网络结构参数？并比较其热稳定性、电导、粘度的大小。（分 西北工业大学）陶瓷晶体相可分为哪两大类？有何共同特点？（分 西北工业大学）固体中有哪些常见的相结构？（分 武汉理工大学）玻璃转变温度 分 年 武汉理工大学）临界冷却速率是形成玻璃所需要的最小冷却速率，临界冷却速率越大越容易形成非晶体。（）（分 年 武汉理工大学）根据玻璃的形成条件，对下列几种物质形成玻璃的难易程度进行排序，并说明理由。、（年 武汉理工大学）熔体结晶时，显示核化速率 温度、晶化速率 温度关系及对总结晶速率的影响；核化速率与晶化速率的不同对新相的显微结构有何影响，为什么？指出在哪一温度范围内对形成玻璃有利，为什么？（分 年 武汉理工大学）网络形成体 （年 武汉理工大学）在钠硅酸盐玻璃中，分析 对熔体粘度的影响，并说明理由。（年 武汉理工大学）分析熔体 、的粘度以及表面张力大小。并比较其形成玻璃的能力。（年 武汉理工大学）从熔融态向玻璃态的转化取决于（）速率和（）。（年 武汉理工大学）硅酸盐熔体中各种聚合程度的聚合物浓度受（）和（）的 影陆佩文 无机材料学基础 考点精讲及复习思路 响，玻璃体由熔融态向玻璃态转化的过程是（）。在一定温度范围完成，无固定熔点。（年 武汉理工大学 分）玻璃网络形成体和玻璃网络外体 （年 武汉理工大学 分）根据玻璃形成的条件，对 ，、三种物质形成玻璃的难易程度、热膨胀系数、电导率和熔融温度的大小进行排序，并说明理由。（分 年 西南石油大学）升温或降温速率越快，测得的聚合物玻璃化温度越高。（）（分 年 四川大学）在一定条件下，晶态和非晶态可以互相转化。（）（分 南京工业大学）法制备的非晶态硅也具有玻璃的四个通性（）（分 南京工业大学）硅酸盐熔体是由不同级次、不同大小、不同数量的聚合物组成的混合物。玻璃转变温度为，玻璃软化温度为，对应粘度分别为 和 。（分 南京工业大学）对于有的材料来说，不管冷却速率多么快，都不可能形成玻璃。（）（分 南京工业大学）法制备的非晶态硅也具有玻璃的四个通性（）（分 南京工业大学）玻璃具有下列四个同性：各向同性、介稳性、凝固的渐变性和可逆性、由熔融态向玻璃态转化时，物理、化学性质随温度变化的连续性。（分 南京工业大学）晶体生长包括成核和晶体生长两个过程，成核过程是受因子和因子影响的。（分 南京工业大学）硅酸盐熔体的粘度随碱金属氧化物含量增加而迅速增大。（）（分 南京工业大学）玻璃具有下列四个同性：各向同性、介稳性、凝固的渐变性和可逆性、由熔融态向玻璃态转化时，物理、化学性质随温度变化的连续性。（分 南京工业大学）熔体是的混合物。各种聚合度的聚合物和游离碱 不同聚合程度的各种聚合物各种低聚物 各种高聚物 （分 南京工业大学）与玻璃形成温度 相对应的粘度为。（分 南京工业大学）试计算 玻璃的四个结构参数 、。（分 南京工业大学）玻璃在常温下能长期稳定存在，因而它是热力学稳定态（）（年 南京工业大学）图中的临界冷却速度大，则意味着容易形成玻璃，而析晶困难。（分 南京工业大学）与玻璃形成温度 相对应的粘度为。（分 南京工业大学）容易形成玻璃的物质往往具有之类的键型。离子键 金属键 极性共价键 共价键 （分 南京工业大学）熔体是物质在液相温度以存在的一种高能量状态，熔体在冷却过 程中可以出（）（）（）三种不同的相变过程。（分 南京工业大学）网络形成体单键强度 （或 ）的氧化物，能够单独形成玻璃，叫做网络形成体（、）。（分 年 北京工业大学）玻璃具有下列通性：各向同性、介稳性、凝固的渐变性和可逆性、由熔融态向玻璃态转化时，物理、化学性质随温度变化的连续性。（分 浙江大学）非晶态固体的特点是：具有短程有序而长程无序的结构 原子完全混乱无序地无规则排列 由许多小晶体取向无序形成的结构 （分 浙江大学）参与形成氧化物玻璃的氧化物常分为三种类型：分别是网络形成剂、网络改变剂和中间剂，其主要为：网络形成剂 、等；网络改变剂 、等；中间剂 、等。网络形成剂 、等；网络改变剂 、等；中间剂 、等。网络形成剂 、等；网络改变剂 、等；中间剂 、等。（分 浙江大学）玻璃形成能力可以三 图（即温度 时间 转变）来判断。其中定义玻璃中能测出的最小晶体体积与熔体之比约为：（分 浙江大学）玻璃在高温下的粘度与该玻璃的桥氧有关，一般桥氧多，体系的高温粘度就高。现有两不同组成的玻璃，（）试计算两种玻璃的桥氧数，（）判断两种玻璃高温粘度的大小。两种玻璃的配比如下：样品 注：由于是两性氧化物，当体系 超过 的量时，可视为网络改性离子，反之，则 视为网络形成离子。陆佩文 无机材料学基础 考点精讲及复习思路 （分 年 浙江大学）氧化物玻璃形成稳定网络结构时满足：（分 年 浙江大学）有两种不同配比的玻璃，其组成如下：编号 考虑到 中 离子为两性离子，一般情况下当体系中 的摩尔数比 的摩尔数小，则 离子表现为网络改性离子的特性，反之则具有网络形成离子的特性，（）试计算这两种系统的桥氧数（）依据桥氧数判断在高温下这两个玻璃系统的粘度大小。陕西科技大学 熔体析晶遵循形核 长大机理，、曲线峰值大小及位置直接影响析晶过程及制品性质，当 重叠面积大且过冷度大时，容易得到（）。不能析晶，得到玻璃 晶粒少、尺寸大的粗晶 晶粒多、尺寸小的细晶 晶粒多，尺寸大的粗晶 在硅酸盐熔体中，当以低聚物为主时，体系的粘度低、析晶能力大。（）物质在熔点时的粘度越越容易形成玻璃，（略大于，等于，略小于）时容易形成玻璃。硅酸盐熔体中，减小时，下列变化分别是：（）碱性氧化物含量（）。（）非桥氧（）。（）熔体粘度（）。（）析晶倾向（）。（）聚合度（）。（）不变，（）降低，（）增加。分析 、对硅酸盐熔体粘度的影响。从熔体中析晶的过程分二步完成，首先是成核，然后就是晶体生长过程。均匀成核的成核速率由受核化位垒影响的成核率因子和受原子扩散影响的成核率因子所决定的。的玻璃中，结构参数 为。在硅酸盐玻璃和硼酸盐玻璃中，随着 的引入（），玻璃熔体的粘度各发生怎样变化？试用聚合物理论解释。在硅酸盐熔体析晶的成核速率、生长速率随 变化的关系图中，标出哪一条曲线代表成核速率，哪一条曲线代表生长速率？为什么？当 含量比较高时，碱金属氧化物降低熔体粘度的能力是。本章小结本章类型题大部分集中于问答题型（熔体与玻璃体组成、结构与性质之间的关系，熔体变成玻璃体的热力学条件、动力学手段、结晶化学观点）、计算题（结构参数的计算）。但也可能出来一些名词解释，如网络形成体、网络变性体、网络中间体、晶子学说、无规则网络学说等。陆佩文 无机材料学基础 考点精讲及复习思路 第四章晶体中的点缺陷和线缺陷 本章考情分析本章主要介绍了晶体结构缺陷中一些最基本概念、分类及缺陷浓度的计算等知识，考试中主要在名词解释、判断、简答以及计算题中有所涉及，相对来说属于基础题，没有较大题型，但切不可掉以轻心，本章内容很可能与扩散一章内容综合起来出考题，所以要将这些基础知识掌握牢靠。本章内容与生产实际结合的类型题并不多。本章框架结构本章首先介绍了缺陷的定义、分类、缺陷方程的书写，然后介绍缺陷浓度的计算方法、各种类型的固溶体以及四种非化学计量化合物。考点精讲考点一 缺陷概述（）晶体结构缺陷定义实际晶体与理想晶体相比有一定程度的偏离或不完美性，把两种结构发生偏离的区域叫缺陷。（）研究缺陷的意义导电、半导体、发色（色心）、发光、扩散、烧结、固相反应。考点二 点缺陷的基本类型（）根据对理想晶体偏离的几何位置分三类：空位 正常结点位置没有被质点占据，称为空位。：填隙原子 质点进入间隙位置成为填隙原子。：杂质原子 杂质原子进入晶格（结晶过程中混入或加入）。间隙位置 间隙杂质原子；正常结点 取代（置换）杂质原子。（）根据产生缺陷的原因分三类：热缺陷 当晶体的温度高于绝对 时，由于晶格内原子热运动，使一部分能量较大的原子离开平衡位置造成的缺陷。：缺陷形成：特点：空位和间隙成对产生；晶体密度不变。：缺陷形成：正常格点的原子由于热运动跃迁到晶体表面，在晶体内正常格点留下空位。特点：对于离子晶体，为保持电中性，正离子空位和负离子空位成对产生，晶体体积增大。注意：缺陷形成的能量小于 缺陷形成的能量，因此对于大多数晶体来说，缺陷是主要的。：杂质缺陷定义：杂质原子进入晶体而产生的缺陷。原子进入晶体的数量一般小于 。种类：间隙杂质和置换杂质。特点：杂质缺陷的浓度与温度无关，只取决于溶解度和掺杂量。：非化学计量结构缺陷（电荷缺陷）定义：存在于非化学计量化合物中的结构缺陷，化合物化学组成与周围环境气氛有关；不同种类的离子或原子数之比不能用简单整数表示。特点：非化学计量缺陷的实质为电荷缺陷。练习题：晶体产生 缺陷时，晶体体积，晶体密度；而有 缺陷时，晶体体积，晶体密度。一般说离子晶体中正、负离子半径相差不大时，是主要的；两种离子半径相差大时，是主要的。答案：不变，不变，变大，变小，缺陷，缺陷。考点三 缺陷化学反应方程式及固溶式满足三个条件：位置关系，电中性，质量平衡。例 ：溶解在 中 （）（）（）以上三种写法均符合缺陷反应规则。根据实际，（）比较合理。例 ：溶解到 晶格中 （）（）（）较不合理。因为 进入间隙位置不易发生。练习：固溶在 晶体中（产生正离子空位，生成置换型 ）陆佩文 无机材料学基础 考点精讲及复习思路 （）固溶在 晶体中（产生正离子空位，生成置换型 ）（）固溶在 晶体中（产生正离子空位，生成置换型 ）（）固溶在 晶体中（产生正离子空位，生成置换型 ）（）固溶在 晶体中（产生负离子空位，生成置换型 ）（）例题：试写出少量 掺杂到 中和少量 掺杂到 中的缺陷方程。（）判断方程的合理性。（）写出每一个方程对应的固溶式。注意：因萤石晶体中存较多的八面体空隙，离子半径较小，形成填隙型固溶体比较稳定。在高温下（），因为 为萤石型结构，在高温下具有较大的立方体和八面体空隙，能够形成填隙型缺陷。例题：少量 在 中形成固溶体后，实测密度值随 离子数 离子数比值增加而减少，由此可判断其缺陷反应式为 。例题：一块金黄色的人造刚玉，化学分析结果认为，是在 中添加了 和 。试写出缺陷反应方程（置换型）及化学式。解：缺陷反应式为 固溶体的化学式为：，即 考点四 热缺陷和杂质缺陷浓度计算热缺陷浓度：（）：缺陷形成能，：杂质缺陷浓度：根据缺陷反应方程来计算。例题：（）在 晶体中，缺陷形成能为 ，缺陷的生成能为 ，计算在 和 时热缺陷的浓度？（）如果 晶体中，含有百万分之一的 杂质，则在 时，晶体中时热缺陷占优势还时杂质缺陷占优势？解：（）由题可知，缺陷形成能 缺陷的生成能，由 （）知，缺陷是主要的，为此：在 时，（）在 时，（）（）在 中加入百万分之一的 ，缺陷方程如下：此时产生得缺陷为 杂质。而 杂质 ，由（）计在 时，热 ，所以 杂质 热，在 时杂质缺陷占优势。例题：对某晶体的缺陷测定生成能为 ，计算该晶体在 和 时的缺陷浓度。解：根据热缺陷浓度公式：（）由题意 则 （）其中 当 时，（）()当 时，（）()例题：试写出在下列二种情况，生成什么缺陷？缺陷浓度是多少？（）在 中，添加 陆佩文 无机材料学基础 考点精讲及复习思路 的 ，生成淡红宝石（）在 中，添加 的 ，生成黄宝石。解：（）生成置换式杂质原子点缺陷。其缺陷浓度为：（）生成置换式的空位点缺陷。其缺陷浓度为：考点五 非化学计量化合物定义：把原子或离子的比例不成简单整数比或固定的比例关系的化合物称为非化学计量化合物。实质：同一种元素的高价态与低价态离子之间的置换型固溶体。非化学计量化合物可分为四种类型：阴离子间隙型阳离子填隙型阳离子空位型阴离子缺位型（）阴离子缺位型 晶体在缺 条件下，在晶体中会出现氧空位。缺氧的 可以看作 和 氧化物的 ，缺陷反应为：色心定义：，电子 并不固定在一个特定的 上，可把 看作 在负离子空位周围。因为 是带正电的，在电场作用下 可以迁移，形成电子导电，易形成色心。（在 蒸汽下加热呈黄色）氧分压与空位浓度关系：平衡常数：，又 假定：例题：非化学计量化合物 中，求 中的 值。缺陷方程为：故固溶式可写成 由 知道 （），解得 于是 中的 值为：（）阳离子填隙型 ，故 （）阴离子间隙 即 由化学平衡得 （）阳离子空位型 如 ，为了保持电中性在正离子空位周围捕获电子空穴，是 型半导体。缺陷反应为：（）为 取代 可写成 即得（）注意：非化学计量化合物组成与缺陷浓度有关，并与氧分压有关，或与气氛有关。色心：为保持电中性，两个 被吸引到 形成 色心。电子空穴的与氧分压的 方成正比，随着氧分压的增大，电导率相应增加。例题：非化学计量化合物 中，求 中空位浓度及 值。分析：是 溶解在 中的非化学计量化合物，先写出缺陷方程式，然后根据 计算。缺陷反应式：陆佩文 无机材料学基础 考点精讲及复习思路 其化学式为：注：为正常结点数例题：）非化学计量化台物 由于在化学组成上偏离化学计量而产生的晶格缺陷是：（）阴离子空位 阳离