材料科學(xué)基礎(chǔ)(武漢理工大學(xué),張聯(lián)盟版)課后習(xí)題及答案

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第二章答案 2 1 略 2 2 1 一晶面在 x y z 軸上的截距分別為 2a 3 b 6 c 求該晶面的晶面指數(shù) 2 一晶面在 x y z 軸上的截距分別為 a 3 b 2 c 求出該晶面的晶面指數(shù) 答 1 h k l 3 2 1 該晶面的晶面指數(shù)為 321 2 h k l 3 2 1 該晶面的晶面指數(shù)為 321 2 3 在立方晶系晶胞中畫(huà)出下列晶面指數(shù)和晶向指數(shù) 001 與 111 與 與 111 與 236 257 與 123 與 102 110 答 2 4 定性描述晶體結(jié)構(gòu)的參量有哪些 定量描述晶體結(jié)構(gòu)的參量又有哪些 答 定性 對(duì)稱軸 對(duì)稱中心 晶系 點(diǎn)陣 定量 晶胞參數(shù) 2 5 依據(jù)結(jié)合力的本質(zhì)不同 晶體中的鍵合作用分為哪幾類 其特點(diǎn)是什么 答 晶體中的鍵合作用可分為離子鍵 共價(jià)鍵 金屬鍵 范德華鍵和氫鍵 離子鍵的特點(diǎn)是沒(méi)有方向性和飽和性 結(jié)合力很大 共價(jià)鍵的特點(diǎn)是具有方向性和飽 和性 結(jié)合力也很大 金屬鍵是沒(méi)有方向性和飽和性的的共價(jià)鍵 結(jié)合力是離子間的 靜電庫(kù)侖力 范德華鍵是通過(guò)分子力而產(chǎn)生的鍵合 分子力很弱 氫鍵是兩個(gè)電負(fù)性 較大的原子相結(jié)合形成的鍵 具有飽和性 2 6 等徑球最緊密堆積的空隙有哪兩種 一個(gè)球的周圍有多少個(gè)四面體空隙 多少個(gè)八面 體空隙 答 等徑球最緊密堆積有六方和面心立方緊密堆積兩種 一個(gè)球的周圍有 8 個(gè)四面體空隙 6 個(gè)八面體空隙 2 7n 個(gè)等徑球作最緊密堆積時(shí)可形成多少個(gè)四面體空隙 多少個(gè)八面體空隙 不等徑球是 如何進(jìn)行堆積的 答 n 個(gè)等徑球作最緊密堆積時(shí)可形成 n 個(gè)八面體空隙 2n 個(gè)四面體空隙 不等徑球體進(jìn)行緊密堆積時(shí) 可以看成由大球按等徑球體緊密堆積后 小球按其大小 分別填充到其空隙中 稍大的小球填充八面體空隙 稍小的小球填充四面體空隙 形 成不等徑球體緊密堆積 2 8 寫(xiě)出面心立方格子的單位平行六面體上所有結(jié)點(diǎn)的坐標(biāo) 答 面心立方格子的單位平行六面體上所有結(jié)點(diǎn)為 000 001 100 101 110 010 011 111 0 0 0 1 1 1 2 9 計(jì)算面心立方 密排六方晶胞中的原子數(shù) 配位數(shù) 堆積系數(shù) 答 面心 原子數(shù) 4 配位數(shù) 6 堆積密度 六方 原子數(shù) 6 配位數(shù) 6 堆積密度 2 10 根據(jù)最緊密堆積原理 空間利用率越高 結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定 金剛石結(jié)構(gòu)的空間利用率很低 只有 34 01 為什么它也很穩(wěn)定 答 最緊密堆積原理是建立在質(zhì)點(diǎn)的電子云分布呈球形對(duì)稱以及無(wú)方向性的基礎(chǔ)上的 故 只適用于典型的離子晶體和金屬晶體 而不能用最密堆積原理來(lái)衡量原子晶體的穩(wěn)定性 另外 金剛石的單鍵個(gè)數(shù)為 4 即每個(gè)原子周圍有 4 個(gè)單鍵 或原子 由四面體以共頂 方式共價(jià)結(jié)合形成三維空間結(jié)構(gòu) 所以 雖然金剛石結(jié)構(gòu)的空間利用率很低 只有 34 01 但是它也很穩(wěn)定 2 11 證明等徑圓球六方最密堆積的空隙率為 25 9 答 設(shè)球半徑為 a 則球的體積為 球的 z 4 則球的總體積 晶胞 立方體晶胞體積 2 a 3 16 a3 空間利用率 球所占體積 空間體積 74 1 空隙率 1 74 1 25 9 2 12 金屬鎂原子作六方密堆積 測(cè)得它的密度為 1 74g cm3 求它的晶胞體積 答 設(shè)晶胞的體積為 V 相對(duì)原子質(zhì)量為 M 則晶胞體積 nm3 2 13 根據(jù)半徑比關(guān)系 說(shuō)明下列離子與 O2 配位時(shí)的配位數(shù)各是多少 已知 rO2 0 132nm rSi4 0 039nm rK 0 131nm rAl3 0 057nm rMg2 0 078nm 答 對(duì)于 Si4 K Al 3 Mg 2 來(lái)說(shuō) 其 依次是 0 295 0 99 0 43 0 59 依據(jù)正離子 配位數(shù)與正負(fù)離子半徑比的關(guān)系知配位數(shù)為 Si 4 4 K 8 Al 3 6 Mg 2 6 2 14 為什么石英不同系列變體之間的轉(zhuǎn)化溫度比同系列變體之間的轉(zhuǎn)化溫度高得多 答 石英同一系列之間的轉(zhuǎn)變是位移性轉(zhuǎn)變 不涉及晶體結(jié)構(gòu)中鍵的破裂和重建 僅是鍵 長(zhǎng) 鍵角的調(diào)整 需要能量較低 且轉(zhuǎn)變迅速可逆 而不同系列之間的轉(zhuǎn)變屬于重建性轉(zhuǎn) 變 都涉及到舊鍵的破裂和新鍵的重建 因而需要較的能量 且轉(zhuǎn)變速度緩慢 所以石英 不同系列之間的轉(zhuǎn)化溫度比同系列變體之間轉(zhuǎn)化的溫度要高的多 2 15 有效離子半徑可通過(guò)晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定算出 在下面 NaCl 型結(jié)構(gòu)晶體中 測(cè)得 MgS 和 MnS 的晶胞參數(shù)均為 a 0 520nm 在這兩種結(jié)構(gòu)中 陰離子是相互接觸的 若 CaS a 0 567nm CaO a 0 480nm 和 MgO a 0 420nm 為一般陽(yáng)離子 陰離子接 觸 試求這些晶體中各離子的半徑 答 MgS 中 a 0 502nm 陰離子相互接觸 a 2 r rS 2 0 177nm CaS 中 a 0 567nm 陰 陽(yáng)離子相互接觸 a 2 r r r Ca2 0 107nm CaO 中 a 0 408nm a 2 r r r O2 0 097nm MgO 中 a 0 420nm a 2 r r r Mg2 0 113nm 2 16 氟化鋰 LiF 為 NaCl 型結(jié)構(gòu) 測(cè)得其密度為 2 6g cm3 根據(jù)此數(shù)據(jù)計(jì)算晶胞參數(shù) 并將此值與你從離子半徑計(jì)算得到數(shù)值進(jìn)行比較 答 設(shè)晶胞的體積為 V 相對(duì)原子質(zhì)量為 M 對(duì)于 NaCl 型結(jié) 構(gòu)來(lái)說(shuō) 其 n 4 則晶胞體積 nm3 則晶胞參數(shù) 根據(jù)離子半徑計(jì)算 a 2 r r 4 14nm rMg2 使 CaO 結(jié)構(gòu)較 MgO 疏松 H 2O 易于進(jìn)入 所以活潑 2 19CaF2的晶胞參數(shù)為 0 547nm 1 根據(jù) CaF2晶胞立體圖畫(huà)出 CaF2晶胞在 001 面上 的投影圖 2 畫(huà)出 CaF2 110 面上的離子排列簡(jiǎn)圖 3 正負(fù)離子半徑之和為多少 解 1 CaF2晶胞在 001 面上的投影圖 2 CaF2 110 面上的離子排列簡(jiǎn)圖 3 正負(fù)離子半徑之和 2 20 計(jì)算 CdI2晶體中的 I 及 CaTiO3晶體中 O2 的電價(jià)是否飽和 解 CdI 2晶體中 Cd2 的配位數(shù) CN 6 I 與三個(gè)在同一邊的 Cd2 相連 且 I 的配位數(shù) CN 3 所以 即 I 電價(jià)飽和 CaTiO3晶體中 Ca 2 的配位數(shù) CN 12 Ti 4 的配位數(shù) CN 6 O 2 的配位數(shù) CN 6 所以 即 O2 電價(jià)飽和 2 21 1 畫(huà)出 O2 作面心立方堆積時(shí) 各四面體空隙和八面體空隙的所在位置 以一個(gè)晶 胞為結(jié)構(gòu)基元表示出來(lái) 2 計(jì)算四面體空隙數(shù) 八而休空隙數(shù)與 O2 數(shù)之比 解 1 略 2 四面體空隙數(shù)與 O2 數(shù)之比為 2 1 八面體空隙數(shù)與 O2 數(shù)之比為 1 1 2 22 根據(jù)電價(jià)規(guī)則 在下面情況下 空隙內(nèi)各需填入何種價(jià)數(shù)的陽(yáng)離子 并對(duì)每一種結(jié)構(gòu) 舉出 個(gè)例子 1 所有四面體空隙位置均填滿 2 所有八面體空隙位置均填滿 3 填滿 半四面體空隙位置 4 填滿 半八面體空隙位置 答 分別為 1 陰陽(yáng)離子價(jià)態(tài)比應(yīng)為 1 2 如 CaF2 2 陰陽(yáng)離子價(jià)態(tài)比應(yīng)為 1 1 如 NaCl 3 陰陽(yáng)離子價(jià)態(tài)比應(yīng)為 1 1 如 ZnS 4 陰陽(yáng)離子價(jià)態(tài)比應(yīng)為 1 2 如 TiO2 2 23 化學(xué)手冊(cè)中給出 NH4Cl 的密度為 1 5g cm3 X 射線數(shù)據(jù)說(shuō)明 NH4Cl 有兩種晶體結(jié)構(gòu) 一種為 NaCl 型結(jié)構(gòu) a 0 726nm 另一種為 CsCl 結(jié)構(gòu) a 0 387nm 上述密度值是哪一 種晶型的 NH 4 離子作為一個(gè)單元占據(jù)晶體點(diǎn)陣 解 若 NH4Cl 為 NaCl 結(jié)構(gòu) 則可由公式 可得 0 912g cm3 若 NH4Cl 為 NaCl 結(jié)構(gòu) 則可由公式 可得 1 505 由計(jì)算可知 NaCl 型結(jié)構(gòu)的 NH4Cl 與化學(xué)手冊(cè)中給出 NH4Cl 的密度接近 所以該密度 NaCl 晶型 2 24MnS 有三種多晶體 其中兩種為 NaCl 型結(jié)構(gòu) 一種為立方 ZnS 型結(jié)構(gòu) 當(dāng)有立方型 ZnS 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)?NaCl 型結(jié)構(gòu)時(shí) 體積變化的百分?jǐn)?shù)是多少 已知 CN 6 時(shí) rMn2 0 08nm rS2 0 184nm CN 4 時(shí) rMn2 0 073nm rS2 0 167nm 解 當(dāng)為立方 ZnS 型結(jié)構(gòu)時(shí) 0 472nm 當(dāng)為 NaCl 型結(jié)構(gòu)時(shí) 2 rMn2 rS2 2 0 08 0 184 0 384nm 所以體積變化 46 15 2 25 鈦酸鋇是一種重要的鐵電陶瓷 其晶型是鈣鈦礦結(jié)構(gòu) 試問(wèn) 1 屬于什么點(diǎn)陣 2 這個(gè)結(jié)構(gòu)中離子的配位數(shù)為若干 3 這個(gè)結(jié)構(gòu)遵守鮑林規(guī)則嗎 請(qǐng)作充分討論 答 1 屬于立方晶系 2 Ba 2 Ti 4 和 O2 的配位數(shù)分別為 12 6 和 6 3 這個(gè)結(jié)構(gòu)遵守鮑林規(guī)則 鮑林第一規(guī)則 配位多面體規(guī)則 對(duì)于 Ti4 配位數(shù)為 6 對(duì)于 Ba2 配位數(shù)為 12 符合鮑林第一規(guī)則 鮑林第二規(guī)則 電價(jià)規(guī)則 即負(fù)離子電荷 Z 則 O2 離子電荷 與 O2 離子電荷相等 故符合鮑林第二規(guī)則 又根據(jù)鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)知其配位多面體不存在共棱或共面的情況 結(jié) 構(gòu)情況也符合鮑林第四規(guī)則 不同配位體連接方式規(guī)則和鮑林第五規(guī)則 節(jié)約規(guī)則 所以鈣鈦礦結(jié)構(gòu)遵守鮑林規(guī)則 2 26 硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)有何特點(diǎn) 怎樣表征其學(xué)式 答 硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜 但不同的結(jié)構(gòu)之間具有下面的共同特點(diǎn) 1 結(jié)構(gòu)中的 Si4 離子位于 O2 離子形成的四面體中心 構(gòu)成硅酸鹽晶體的基本結(jié)構(gòu)單元 SiO4 四面體 Si O Si 是一條夾角不等的折線 一般在 145 左右 2 SiO 4 四面體的每個(gè)頂點(diǎn) 即 O2 離子最多只能為兩個(gè) SiO 4 四面體所共用 3 兩個(gè)相鄰的 SiO 4 四面體之間只能共頂而不能共棱或共面連接 4 SiO 4 四面體中心的 Si4 離子可以部分地被 Al3 離子所取代 取代后結(jié)構(gòu)本身不發(fā)生 太大變化 即所謂的同晶取代 但晶體的性質(zhì)發(fā)生了很大的變化 這為材料的改性提供了 可能 硅酸鹽的化學(xué)式表征方法主要有以下兩種 1 氧化物表示法 將構(gòu)成硅酸鹽晶體的所有氧化物按一定的比例和順序全部寫(xiě)出來(lái) 先是 1 價(jià)的堿金屬氧化 物 其次是 2 價(jià) 3 價(jià)的金屬氧化物 最后是 SiO2 2 無(wú)機(jī)絡(luò)合鹽表示法 構(gòu)成硅酸鹽晶體的所有離子按一定的比例和順序全部寫(xiě)出來(lái) 再把相關(guān)的絡(luò)陰離子用中括 號(hào)括起來(lái)即可 先是 1 價(jià) 2 價(jià)的金屬離子 其次是 Al3 離子和 Si4 離子 最后是 O2 離子 和 OH 離子 氧化物表示法的優(yōu)點(diǎn)在于一目了然的反應(yīng)出晶體的化學(xué)組成 可以按此配料來(lái)進(jìn)行晶體的 實(shí)驗(yàn)室合成 用無(wú)機(jī)絡(luò)合鹽法則可以比較直觀的反應(yīng)出晶體所屬的結(jié)構(gòu)類型 進(jìn)而可以對(duì) 晶體結(jié)構(gòu)及性質(zhì)作出一定程度的預(yù)測(cè) 兩種表示方法之間可以相互轉(zhuǎn)換 2 27 硅酸鹽晶體的分類依據(jù)是什么 可分為那幾類 每類的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是什么 答 硅酸鹽晶體主要是根據(jù) SiO 4 在結(jié)構(gòu)中的排列結(jié)合方式來(lái)分類 具體可以分為五類 島狀 組群狀 鏈狀 層狀和架狀 結(jié)構(gòu)和組成上的特征見(jiàn)下表 結(jié)構(gòu)類型 SiO4 共用 O2 數(shù) 形狀 絡(luò)陰離子團(tuán) Si O I 島狀 0 四面體 SiO4 4 1 4 組群狀 1 2 2 2 雙四面體 三節(jié)環(huán) 四節(jié)環(huán) 六節(jié)環(huán) Si2O7 6 Si3O9 6 Si4O12 8 Si6O18 12 2 7 1 3 1 3 1 3 鏈狀 2 2 3 單鏈 雙鏈 Si2O6 4 Si4O11 6 1 3 4 11 層狀 3 平面層 Si4O10 4 4 10 架狀 4 骨架 SiO4 4 AlxSi4 x O8 x 1 4 1 4 2 28 下列硅酸鹽礦物各屬何種結(jié)構(gòu)類型 Mg 2 SiO4 K AlSi 3O8 CaMg Si 2O6 Mg3 Si4O10 OH 2 Ca 2Al AlSiO7 答 分別為島狀 架狀 單鏈 層狀 復(fù)網(wǎng) 組群 雙四面體 2 29 根據(jù) Mg2 SiO4 在 100 面的投影圖回答 1 結(jié)構(gòu)中有幾種配位多面體 各配位 多面體間的連接方式怎樣 2 O 2 的電價(jià)是否飽和 3 晶胞的分子數(shù)是多少 4 Si4 和 Mg2 所占的四面體空隙和八面體空隙的分?jǐn)?shù)是多少 解 1 有兩種配位多面體 SiO 4 MgO 6 同層的 MgO6 八面體共棱 如 59 MgO6 和 49 MgO6 共棱 75O2 和 27O2 不同層的 MgO 6 八面體共頂 如 1 MgO6 和 51 MgO6 共頂是 22O2 同層的 MgO 6 與 SiO 4 共頂 如 T MgO6 和 7 SiO4 共頂 22O2 不同層的 MgO 6 與 SiO4 共棱 T MgO 6 和 43 SiO4 共 28O2 和 28O2 2 O 2 與 3 個(gè) MgO 6 和 1 個(gè) SiO 4 所以 O2 飽和 3 z 4 4 Si 4 占四面體空隙 1 8 Mg 2 占八面體空隙 1 2 2 30 石棉礦如透閃石 Ca2Mg5 Si4O11 OH 2具有纖維狀結(jié)晶習(xí)性 而滑石 Mg3 Si4O10 OH 2卻具有片狀結(jié)晶習(xí)性 試解釋之 解 透閃石雙鏈結(jié)構(gòu) 鏈內(nèi)的 Si O 鍵要比鏈 5 的 Ca O Mg O 鍵強(qiáng)很多 所以很容易沿鏈 間結(jié)合力較弱處劈裂成為纖維狀 滑石復(fù)網(wǎng)層結(jié)構(gòu) 復(fù)網(wǎng)層由兩個(gè) SiO4 層和中間的水鎂 石層結(jié)構(gòu)構(gòu)成 復(fù)網(wǎng)層與復(fù)網(wǎng)層之間靠教弱的分之間作用力聯(lián)系 因分子間力弱 所以易 沿分子間力聯(lián)系處解理成片狀 2 31 石墨 滑石和高嶺石具有層狀結(jié)構(gòu) 說(shuō)明它們結(jié)構(gòu)的區(qū)別及由此引起的性質(zhì)上的差異 解 石墨與滑石和高嶺石比較 石墨中同層 C 原子進(jìn)行 SP2 雜化 形成大 鍵 每一層都 是六邊形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 由于間隙較大 電子可在同層中運(yùn)動(dòng) 可以導(dǎo)電 層間分子間力作用 所以石墨比較軟 滑石和高嶺石區(qū)別主要是滑石是 Mg2 取代 Al3 的 2 1 型結(jié)構(gòu)八面體層為三八面體型結(jié)構(gòu)而 高嶺石為 1 1 型二八面體結(jié)構(gòu) 2 32 1 在硅酸鹽晶體中 Al 3 為什么能部分置換硅氧骨架中的 Si4 2 Al 3 置換 Si4 后 對(duì)硅酸鹽組成有何影響 3 用電價(jià)規(guī)則說(shuō)明 Al3 置換骨架中的 Si4 時(shí) 通常 不超過(guò)一半 否則將使結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定 解 1 Al 3 可與 O2 形成 AlO 4 5 Al 3 與 Si4 處于第二周期 性質(zhì)類似 易于進(jìn)入硅酸 鹽晶體結(jié)構(gòu)中與 Si4 發(fā)生同晶取代 由于遵循鮑林規(guī)則 所以只能部分取代 2 Al 3 置 換 Si4 是部分取代 Al 3 取代 Si4 時(shí) 結(jié)構(gòu)單元 AlSiO 4 ASiO5 失去了電中性 有過(guò)剩 的負(fù)電荷 為了保持電中性 將有一些半徑較大而電荷較低的陽(yáng)離子如 K Ca 2 Ba 2 進(jìn)入 結(jié)構(gòu)中 3 設(shè) Al3 置換了一半的 Si4 則 O2 與一個(gè) Si4 一個(gè) Al3 相連 陽(yáng)離子靜電鍵 強(qiáng)度 3 4 1 4 4 1 7 4 O 2 電荷數(shù)為 2 二者相差為 1 4 若取代超過(guò)一半 二者相差 必然 1 4 造成結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定 第三章答案 3 2 略 3 2 試述位錯(cuò)的基本類型及其特點(diǎn) 解 位錯(cuò)主要有兩種 刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò) 刃型位錯(cuò)特點(diǎn) 滑移方向與位錯(cuò)線垂直 符 號(hào) 有多余半片原子面 螺型位錯(cuò)特點(diǎn) 滑移方向與位錯(cuò)線平行 與位錯(cuò)線垂直的面不 是平面 呈螺施狀 稱螺型位錯(cuò) 3 3 非化學(xué)計(jì)量化合物有何特點(diǎn) 為什么非化學(xué)計(jì)量化合物都是 n 型或 p 型半導(dǎo)體材料 解 非化學(xué)計(jì)量化合物的特點(diǎn) 非化學(xué)計(jì)量化合物產(chǎn)生及缺陷濃度與氣氛性質(zhì) 壓力有關(guān) 可以看作是高價(jià)化合物與低價(jià)化合物的固溶體 缺陷濃度與溫度有關(guān) 這點(diǎn)可以從平衡常 數(shù)看出 非化學(xué)計(jì)量化合物都是半導(dǎo)體 由于負(fù)離子缺位和間隙正離子使金屬離子過(guò)剩產(chǎn) 生金屬離子過(guò)剩 n 型 半導(dǎo)體 正離子缺位和間隙負(fù)離子使負(fù)離子過(guò)剩產(chǎn)生負(fù)離子過(guò)剩 p 型 半導(dǎo)體 3 4 影響置換型固溶體和間隙型固溶體形成的因素有哪些 解 影響形成置換型固溶體影響因素 1 離子尺寸 15 規(guī)律 1 R 1 R2 R1 15 不 連續(xù) 2 40 不能形成固熔體 2 離子價(jià) 電價(jià)相同 形成連續(xù)固熔體 3 晶體結(jié)構(gòu)因素 基質(zhì) 雜質(zhì)結(jié)構(gòu)相同 形成連續(xù)固熔體 4 場(chǎng)強(qiáng)因素 5 電負(fù) 性 差值小 形成固熔體 差值大形成化合物 影響形成間隙型固溶體影響因素 1 雜質(zhì)質(zhì)點(diǎn)大小 即添加的原子愈小 易形成固溶體 反之亦然 2 晶體 基質(zhì) 結(jié)構(gòu) 離子尺寸是與晶體結(jié)構(gòu)的關(guān)系密切相關(guān)的 在一定程 度上來(lái)說(shuō) 結(jié)構(gòu)中間隙的大小起了決定性的作用 一般晶體中空隙愈大 結(jié)構(gòu)愈疏松 易 形成固溶體 3 電價(jià)因素 外來(lái)雜質(zhì)原子進(jìn)人間隙時(shí) 必然引起晶體結(jié)構(gòu)中電價(jià)的不平 衡 這時(shí)可以通過(guò)生成空位 產(chǎn)生部分取代或離子的價(jià)態(tài)變化來(lái)保持電價(jià)平衡 3 5 試分析形成固溶體后對(duì)晶體性質(zhì)的影響 解 影響有 1 穩(wěn)定晶格 阻止某些晶型轉(zhuǎn)變的發(fā)生 2 活化晶格 形成固溶體后 晶格結(jié)構(gòu)有一定畸變 處于高能量的活化狀態(tài) 有利于進(jìn)行化學(xué)反應(yīng) 3 固溶強(qiáng)化 溶 質(zhì)原子的溶入 使固溶體的強(qiáng)度 硬度升高 4 形成固溶體后對(duì)材料物理性質(zhì)的影響 固溶體的電學(xué) 熱學(xué) 磁學(xué)等物理性質(zhì)也隨成分而連續(xù)變化 但一般都不是線性關(guān)系 固 溶體的強(qiáng)度與硬度往往高于各組元 而塑性則較低 3 6 說(shuō)明下列符號(hào)的含義 V Na V Na V Cl V Na VCl Ca K Ca Ca Ca i 解 鈉原子空位 鈉離子空位 帶一個(gè)單位負(fù)電荷 氯離子空位 帶一個(gè)單位正電荷 最 鄰近的 Na 空位 Cl 空位形成的締合中心 Ca 2 占據(jù) K 位置 帶一個(gè)單位正電荷 Ca 原子 位于 Ca 原子位置上 Ca 2 處于晶格間隙位置 3 7 寫(xiě)出下列缺陷反應(yīng)式 l NaCl 溶入 CaCl2中形成空位型固溶體 2 CaCl 2溶入 NaCl 中形成空位型固溶體 3 NaCl 形成肖特基缺陷 4 Agl 形成弗倫克爾缺陷 Ag 進(jìn)入間隙 解 1 NaCl NaCa ClCl VCl 2 CaCl 2 CaNa 2ClCl VNa 3 O VNa VCl 4 AgAg VAg Agi 3 8MgO 的密度是 3 58g cm3 其晶格參數(shù)是 0 42nm 計(jì)算單位晶胞 MgO 的肖特基缺陷數(shù) 解 設(shè)有缺陷的 MgO 晶胞的晶胞分子數(shù)為 x 晶胞體積 V 4 20 3 x VN0 M 3 96 單 位晶胞的肖脫基缺陷數(shù) 4 x 0 04 3 9MgO NaCl 型結(jié)構(gòu) 和 Li2O 反螢石型結(jié)構(gòu) 均以氧的立方密堆為基礎(chǔ) 而且陽(yáng)離子都 在這種排列的間隙中 但在 MgO 中主要的點(diǎn)缺陷是肖特基缺陷 而在 Li2O 中是弗倫克爾型 請(qǐng)解釋原因 解 Mg 占據(jù)四面體空隙 Li 占據(jù)八面體空隙 3 10MgO 晶體的肖特基缺陷生成能為 84kJ mol 計(jì)算該晶體 1000K 和 1500K 的缺陷濃度 答 6 4 10 3 3 5 10 2 解 n N exp E 2RT R 8 314 T 1000k n N 6 4 10 3 T 1500k n N 3 5 10 2 3 11 非化學(xué)計(jì)量化合物 FexO 中 Fe 3 Fe 2 0 1 求 FexO 中的空位濃度及 x 值 答 2 25 10 5 0 956 解 Fe 2O3 2FeFe 3OO VFe y 2y y Fe3 2yFe2 1 3yO X 1 y 1 0 0435 0 9565 Fe0 9565O VFe 2 22 10 2 3 12 非化學(xué)計(jì)量缺陷的濃度與周圍氣氛的性質(zhì) 壓力大小相關(guān) 如果增大周圍氧氣的分 壓 非化學(xué)計(jì)量化合物 Fe1 xO 及 Zn1 xO 的密度將發(fā)生怎么樣的變化 增大還是減小 為什 么 解 Zn g Zni e Zn g 1 2O 2 ZnO Zni e 1 2O2 ZnO ZnO e PO 2 Zni O2 g OO VFe 2h k OO VFe h PO21 2 4 OO VFe 3 PO21 2 VFe PO 2 1 6 PO 2 VFe 3 13 對(duì)于刃位錯(cuò)和螺位錯(cuò) 區(qū)別其位錯(cuò)線方向 伯氏矢量和位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向的特點(diǎn) 解 刃位錯(cuò) 位錯(cuò)線垂直于 位錯(cuò)線垂直于位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向 螺位錯(cuò) 位錯(cuò)線平行于 位 錯(cuò)線平行于位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向 3 14 圖 3 1 是晶體二維圖形 內(nèi)含有一個(gè)正刃位錯(cuò)和一個(gè)負(fù)刃位錯(cuò) 1 圍繞兩個(gè)位錯(cuò)伯格斯回路 最后得伯格斯矢量若干 2 圍繞每個(gè)位錯(cuò)分別作伯氏回路 其結(jié)果又怎樣 解 略 3 15 有兩個(gè)相同符號(hào)的刃位錯(cuò) 在同一滑移面上相遇 它們將是排斥還是吸引 解 排斥 張應(yīng)力重疊 壓應(yīng)力重疊 3 16 晶界對(duì)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)將發(fā)生怎么樣的影響 能預(yù)計(jì)嗎 解 晶界對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)起阻礙作用 3 17 晶界有小角度晶界與大角度晶界之分 大角度晶界能用位錯(cuò)的陣列來(lái)描述嗎 解 不能 在大角度晶界中 原子排列接近于無(wú)序的狀態(tài) 而位錯(cuò)之間的距離可能只有 1 2 個(gè)原子的大小 不適用于大角度晶界 3 18 從化學(xué)組成 相組成考慮 試比較固溶體與化合物 機(jī)械混合物的差別 固溶體 機(jī)械混合物 化合物 形成原因 以原子尺寸 溶解 生成 粉末混合 原子間相互反映生成 相數(shù) 均勻單相 多相 單相均勻 化學(xué)計(jì)量 不遵守定比定律 遵守定比定律 化學(xué)組成 不確定 有幾種混合物就有多 少化學(xué)組成 確定 以 AO 溶質(zhì)溶解在 B2O3溶劑中為例 比較項(xiàng) 固溶體 化合物 機(jī)械混合物 化學(xué)組成 x 0 2 AB2O4 AO B2O3 相組成 均勻單相 單相 兩相有界面 3 19 試闡明固溶體 晶格缺陷和非化學(xué)計(jì)量化合物三者之間的異同點(diǎn) 列出簡(jiǎn)明表格比較 解 固溶體 晶格缺陷 非化學(xué)計(jì)量化合物都是點(diǎn)缺陷 是晶體結(jié)構(gòu)缺陷 都是單相均勻 的固體 結(jié)構(gòu)同主晶相 熱缺陷 本征缺陷 固溶體 非本征缺陷 分類 形成原因 形成條件 缺陷反應(yīng) 化學(xué)式 溶解度 缺陷濃度 熱缺陷 肖特基 弗倫克爾 熱起伏 T 0k O MX MX 只受溫度控制 MM Mi 固溶體 無(wú)限 有限 置換 間隙 攙雜 溶解 大小 電負(fù) 性 電價(jià) 結(jié)構(gòu) 無(wú) 受溫度控制 有 攙雜量固溶度受固 溶度控制 非化學(xué) 計(jì)量化 合物 陽(yáng)缺 陰間 陽(yáng)間 陰缺 環(huán)境中氣 氛性質(zhì)和 壓力變化 Fe1 xO UO2 x Zn1 xO TiO2 X h 3 20 在面心立方空間點(diǎn)陣中 面心位置的原子數(shù)比立方體項(xiàng)角位置的原子數(shù)多三倍 原子 B 溶入 A 晶格的面心位置中 形成置換型固溶體 其成分應(yīng)該是 A3B 呢還是 A2B 為什么 解 略 3 21Al2O3在 MgO 中形成有限固溶體 在低共熔溫度 1995 時(shí) 約有 18wt Al 2O3溶入 MgO 中 假設(shè) MgO 單位晶胞尺寸變化可忽略不計(jì) 試預(yù)計(jì)下列情況的密度變化 1 Al 3 為填隙 離子 2 Al 3 為置換離子 解 a Al 3 為填隙離子 缺陷反應(yīng)為 1 固溶式分子式 b Al 3 為置換離子 缺陷反應(yīng)為 2 固溶式分子式 3 取 100g 試樣為基準(zhǔn) 為摩爾數(shù) m 為摩爾數(shù) MgO 中固溶 18 wt 的 Al2O3后的分子式為 2 035MgO 0 176Al2O3或 Mg2 035Al0 352O2 563 4 4 式各項(xiàng)除以 2 563 得 Mg0 794Al0 137O 5 由 5 式得 x 0 137 代入 2 3 式 對(duì) a 有 即 b 有 設(shè) 固溶前后晶胞體積不變 則密度變化為 分別代表固溶前后密度 所以 固溶后的密度小于固溶前的密度 3 22 對(duì)硫鐵礦進(jìn)行化學(xué)分析 按分析數(shù)據(jù)的 Fe S 計(jì)算 得出兩種可能的成分 Fe 1 xS 和 FeS1 x 前者意味著是 Fe 空位的缺陷結(jié)構(gòu) 后者是 Fe 被置換 設(shè)想用一種實(shí)驗(yàn)方法以確定 該礦物究竟屬哪一類成分 解 Fe 1 xS 中存在 Fe 空位 非化學(xué)計(jì)量 存在 h P 型半導(dǎo)體 FeS 1 x中金屬離子過(guò)剩 存在 S2 空位 存在 N 型半導(dǎo)體 因 Fe1 xS FeS 1 x分屬不同類型半導(dǎo)體 通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定 其半導(dǎo)體性質(zhì)即可 3 23 說(shuō)明為什么只有置換型固溶體的兩個(gè)組分之間才能相互完全溶解 而填隙型固溶體則 不能 解 1 晶體中間隙位置是有限的 容納雜質(zhì)質(zhì)點(diǎn)能力釉式 2Y2 所以在高溫下釉式 1 粘度 釉式 2 粘度 2 釉式 1 熔融溫度 釉式 2 熔融溫度 3 表面張力的差別 釉式 1 表面張力1 Al3 被視為網(wǎng)絡(luò)形成離子 Z 4 X 2R Z 4 66 4 0 66 Y 4 0 66 3 34 3 1 Al3 被視為網(wǎng)絡(luò)形成離子 Z 4 X 2R Z 4 8 4 0 8 Y 4 0 8 3 2 4 Na2O CaO SiO2 wt 18 10 72 mol 0 290 0 179 1 200 mol 17 4 10 7 71 9 Z 4 X 2R Z 0 78 Y 4 0 78 3 22 4 16 有兩種玻璃其組成 mol 如下表 試計(jì)算玻璃的結(jié)構(gòu)參數(shù) 并比較兩種玻璃的粘 度在高溫下何者大 序號(hào) Na2O CaO A12O3 SiO2 B2O3 1 20 10 10 60 0 2 10 0 20 60 10 解 1 號(hào) Z 4 Al3 被視為網(wǎng)絡(luò)形成離子 X1 2R Z 0 5 Y 1 4 0 5 3 5 2 號(hào) Z 4 Al3 被視為網(wǎng)絡(luò)改變離子 X2 2R Z 1 5 Y 2 4 1 5 2 5 Y1 Y2 高溫下 1 號(hào)玻璃的粘度大 4 17 有兩種不同配比的玻璃其組成 wt 如下 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 序號(hào) Na2O A12O3 SiO2 1 8 12 80 2 12 8 80 解 Na2O A12O3 SiO2 序號(hào) wt mol wt mol wt mol 1 8 8 16 12 7 47 80 84 37 2 12 12 09 8 4 86 80 83 05 對(duì)于 1 Z 4 Al2O3被視為網(wǎng)絡(luò)形成離子 X1 2R Z 0 014 Y 1 4 X 3 986 對(duì)于 2 Z 4 Al2O3被視為網(wǎng)絡(luò)形成離子 X2 2R Z 0 16 Y 2 4 X 3 84 Y1 Y2 故 1 號(hào)在高溫下的粘度大 4 18 有一種玻璃組成 wt 為 Na2O14 CaO13 SiO 273 其密度為 2 5g cm3 1 計(jì)算該玻璃的原子堆積系數(shù) AFP 及結(jié)構(gòu)參數(shù)值 2 若用純堿 石灰 石和石英砂作原料 用 1000kg 石英砂熔制該玻璃 問(wèn)其他兩種原料各需多少 解 1 該玻璃的平均分子量 GM 0 14 62 0 13 56 0 73 60 02 59 77 在 1 3中原子數(shù)為 n 2 5 10 24 6 02 1023 59 77 0 252 個(gè) 3 在 1 3原子所占體積 V 0 0252 4 3 0 14 2 0 98 3 0 13 1 063 0 73 0 393 0 14 0 13 0 73 2 1 323 0 4685 AFP 0 46 結(jié)構(gòu)參數(shù) Na2O CaO SiO2 wt 14 13 73 mol 0 23 0 23 1 22 mol 13 7 13 7 72 6 R 13 7 13 7 72 6 2 72 6 2 38 Z 4 X 2R Z 2 38 2 4 0 76 Y Z X 4 0 76 3 24 2 石英砂為 1000kg 則需要純堿 Na 2CO3 需要石灰石 CaCO 3 4 19 試簡(jiǎn)述哪些物質(zhì)可以形成非晶態(tài)固體 NCS 形成 NCS 的手段有哪些 可以用什 么實(shí)驗(yàn)方法研究 NCS 結(jié)構(gòu) 解 熔體和玻璃體可以形成非晶態(tài)固體 將熔體和玻璃體過(guò)冷可以得到非晶態(tài)固體 4 20 試簡(jiǎn)述淬火玻璃與退火玻璃在結(jié)構(gòu)與性能上有何差異 解 消除和均衡由溫度梯度產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力的玻璃為退火玻璃 這類玻璃不易碎裂且切割方 便 淬火處理是將制品加熱至接近其軟化溫度 使玻璃完全退火 然后進(jìn)行迅速冷卻 淬火 處理 因此產(chǎn)生均勻的內(nèi)應(yīng)力 從而使玻璃表面產(chǎn)生預(yù)加壓應(yīng)力 增加了抗彎 抗沖擊的 抗扭曲變形的能力 4 21 以下三種物質(zhì) 哪個(gè)最容易形成玻璃 哪個(gè)最不容易形成玻璃 為什么 1 Na2O 2SiO2 2 Na 2O SiO2 3 NaCl 解 1 最容易形成玻璃 3 最不容易形成玻璃 經(jīng)計(jì)算可知 R1 2 5 R 2 3 Y 1 3 Y 2 2Y1 Y2 高溫下 1 粘度大 容易形成玻璃 NaCl 不具備網(wǎng)絡(luò) 結(jié)構(gòu) 為典型的離子晶體很難形成玻璃 4 22 查閱下列系統(tǒng)的粘度和 Tg TM等有關(guān)數(shù)據(jù) 試判斷下列系統(tǒng)形成玻璃可能性的順序 1 GeO 2 SiO2 以 100 s 冷卻 2 GeO 2 SiO2氣相沉積在 0 SiO 2基板上 3 金屬金氣相沉積在 0 銅基板上 4 A1 2O3氣相沉積在 0 A1 2O3基板上 5 液態(tài)硫以 1 s 冷卻 6 液態(tài)金以 106 s 冷卻 7 氣態(tài) NaCl 在 0 A1 2O3基板上冷卻 8 液態(tài) ZnCl2以 100 s 冷卻 解 略 4 23 若將 10mol Na 2O 加入到 SiO2中去 計(jì)算 O Si 比例是多少 這樣一種配比有形成玻 璃趨向嗎 為什么 解 這種配比有形成玻璃的趨向 因?yàn)榇藭r(shí)結(jié)構(gòu)維持三維架狀 結(jié)構(gòu) 玻璃的粘度還較大 容易形成玻璃 4 24 在 100gSiO2中要加入多少 CaO 才能使 O Si 達(dá) 2 5 解 設(shè)要加入 XgCaO 則 解得 X 46 67 4 25 若將 50mol Na 2O 加入到 SiO2中 計(jì)算 O Si 比例是多少 這種配比能形成玻璃嗎 為什么 解 可以形成玻璃 當(dāng)加入 50mol Na2O 時(shí) 連續(xù)網(wǎng)狀 SiO2骨架 雖然松弛化 但依然是三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 可以形成玻璃 4 26 在 SiO2中加入 20 B 2O3 試計(jì)算熔體的 O Si 比例是多少 解 1 86 4 27 在 SiO2中應(yīng)加入多少 Na2O 使玻璃的 O Si 2 5 此時(shí)析晶能力是增強(qiáng)還是削弱 解 設(shè)加入 xmol 的 Na2O 而 SiO2 的量為 ymol 則 O Si x 2y y 2 5 x y 2 即二者的物質(zhì)量比為 1 2 時(shí) O Si 2 5 因?yàn)?O Si 增加了 粘度下降 析晶能力增強(qiáng)了 4 28 個(gè)別網(wǎng)絡(luò)改變體 如 Na2O 加到石英玻璃中 使氧硅比增加 實(shí)驗(yàn)觀察到當(dāng) O Si 2 5 3 時(shí) 即達(dá)到形成玻璃的極限 根據(jù)結(jié)構(gòu)解釋為什么在 2 O Si 2 5 的堿和硅 石混合物可以形成玻璃 而 O Si 3 的堿和硅灰石混合物結(jié)晶而不形成玻璃 解 當(dāng) O Si 2 5 3 時(shí) Y 2 3 當(dāng) 2 O Si 2 5 時(shí) 3 Y 4 而當(dāng) O Si 3 時(shí) Y 2 結(jié)構(gòu) 參數(shù) Y 對(duì)玻璃性質(zhì)有重要意義 對(duì)于 Na2O SiO2玻璃 Y 越大 網(wǎng)絡(luò)連接越緊密 強(qiáng)度越 大 反之 Y 愈小 網(wǎng)絡(luò)空間上的聚集也愈小 結(jié)構(gòu)也變得較松 并隨之出現(xiàn)較大的空隙 結(jié)果使網(wǎng)絡(luò)改變離子的運(yùn)動(dòng) 不論在本身位置振動(dòng)或從一位置通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)隙躍遷到另一 位置都比較容易 因此隨著 Y 值遞減 出現(xiàn)膨脹系數(shù)增大 電導(dǎo)增加和粘度減小等變化 對(duì)于硅酸鹽玻璃來(lái)說(shuō) Y98 主要晶相 SiO 2 2Al 203 2SiO3 固溶體 莫來(lái)石 粘土 磚 含 Al20335 50 主要晶相 SiO 2 A 3S2 高鋁磚 含 Al20360 90 主要晶相 60 72 A 3S272 90 Al 203 A 3S2 2 為了保持硅磚的耐火度 要嚴(yán)格防止原料中混如 Al203 SiO 2熔點(diǎn)為 1723 SiO 2液 相很陡 加入少量的 Al203后 硅磚中會(huì)產(chǎn)生大量的液相 SiO 2的熔點(diǎn)劇烈下降 如加入 1wt Al203 在低共熔點(diǎn) 1595 時(shí)產(chǎn)生的液相量為 1 5 5 18 2 會(huì)使硅磚的耐火度大 大下降 3 根據(jù)相圖 當(dāng)出現(xiàn) 40 液相時(shí) 由桿杠規(guī)則可知 得 x 0 1 在相 圖中作出析晶路線 可以估計(jì)出粘土磚的最高溫度約為 1670 Al 2O3 SiO 2系統(tǒng)相圖 6 14 根據(jù) CaO SiO 2系統(tǒng)相圖回答下列問(wèn)題 1 若以含 CaO80 的熔體 1000g 冷卻到 2150 以后 溫度即將離開(kāi) 2150 時(shí) 會(huì)獲得何種產(chǎn)物 這些產(chǎn)物的量各為多少 2 若以 CaO SiO 2二組元配料 加熱至熔融后再冷卻 要求產(chǎn)物中只有 C2S 和 C3S 則 配料范圍應(yīng)選在哪里 若平衡冷卻能達(dá)到目的嗎 為什么 應(yīng)采取什么措施 解 CaO SiO 2系統(tǒng)如下 CaO SiO 2系統(tǒng)相圖 1 根據(jù)上圖 可知 含 CaO80 的熔體 1000g 冷卻到即將離開(kāi)轉(zhuǎn)熔點(diǎn) M 時(shí) 2150 產(chǎn)物為 C3S 和 CaO 根據(jù)桿杠規(guī)則可知 C 3S 為 CaO 為 2 若要求產(chǎn)物中只有 C2S 和 C3S 據(jù)相圖可知 配料范圍應(yīng)選在含 CaO65 74 之間 平衡冷卻不能達(dá)到目的 因?yàn)槠胶饫鋮s得到的是 C2S 和 CaO 為使產(chǎn)物只有 C2S 和 C3S 應(yīng) 在溫度降至 1250 急冷 6 15 在 CaO SiO 2和 Al2O3 SiO 2系統(tǒng)中 SiO 2的液相線都很陡 解釋為什么在硅磚生產(chǎn)中 可摻入少量 CaO 做礦化劑不會(huì)降低硅磚的耐火度 而在硅磚中卻要嚴(yán)格防止混入 Al2O3 否 則便會(huì)使硅磚耐火度大大下降 解 SiO 2中加入少量的 CaO 在低共熔點(diǎn) 1436 時(shí) 液相量為 2 37 5 4 液相量增加不 多 不會(huì)降低硅磚的耐火度 故可加少量 CaO 作礦化劑 6 16 加熱粘土礦物高嶺石 Al 2O3 2SiO2 2H2O 至 600 時(shí) 高嶺石分解為水蒸氣和 Al2O3 2SiO2 繼續(xù)加熱到 1595 時(shí)會(huì)發(fā)生什么變化 在該溫度下長(zhǎng)時(shí)間保溫達(dá)到平衡 系統(tǒng)的相組成如何 當(dāng)系統(tǒng)生成 40 液相時(shí) 應(yīng)達(dá)到什么溫度 在什么溫度下該粘土完全 熔融 解 Al 2O3 2SiO2 H2OAl2O3 2SiO2 H2O Al2O3 2SiO2相圖中 SiO2 33 mol 1 加熱到 1595 時(shí) 生成 A3S2 2 1595 長(zhǎng)時(shí)間保溫 系統(tǒng)中為液相和 A3S2 L 21 8 3 完全熔融即固相完全消失 應(yīng)為 33 直線與液相線交點(diǎn)處溫度 6 17 將含有 MgO 和 Al2O3的熔體冷卻到一定溫度 然后濾去析出的晶體并對(duì)剩下的液相進(jìn) 行分析 得知液相中含 MgO 為 65 而且知道液相量是物系總量的 70 求原始熔體的組 成 解 MgO45 5 Al 2O354 5 6 18 指出圖 6 7 所示一些三元系統(tǒng)相圖中的錯(cuò)誤 并說(shuō)明理由 解 a 此相圖上等界線相應(yīng)的連線可將圖面劃分成五個(gè)副三角形 但是只有四個(gè)無(wú)變量 點(diǎn) 這是不可能的 事實(shí)上三元化合物 XYZ 的初晶區(qū)不可能延伸到 YZ 邊上 圖 6 7 6 19 請(qǐng)劃分圖 6 8 所示四個(gè)相圖中的副三角形 圖 6 8 解 如下圖所示 6 20 在濃度三角形中畫(huà)出下列配料的組成點(diǎn)的位置 M A 10 B 70 C 20 N A 10 B 20 C 70 P A 70 B 20 C 10 若將 3kgM 2kg N 和 5kgP 混合 試根據(jù)杠桿規(guī)則用作圖法找出新配料 Q 的組成 點(diǎn)位置 解 如圖所示 6 21 圖 6 9 是最簡(jiǎn)單的三元系統(tǒng)投影圖 圖中等溫線從高溫到低溫的次序是 t5 t4 t3 t2 t1 根據(jù)此投影圖回解 1 三個(gè)組元 A B C 熔點(diǎn)的高低次序是怎樣排列的 2 各液相面的陡勢(shì)排列如何 哪個(gè)最陡 哪個(gè)最平坦 3 指出組成為 65 A 15 B 20 C 的熔體在什么溫度下開(kāi)始析晶 析晶過(guò)程怎樣 表明液 固相組成點(diǎn)的變化及結(jié)晶過(guò)程各階段中發(fā)生的變化過(guò)程 解 1 熔點(diǎn) T B T A T C 2 B 最陡 C 次之 A 最平坦 3 如圖所示 在 M 點(diǎn)所在的溫度下開(kāi)始析晶 析晶過(guò)程如下 圖 6 9 圖 6 10 6 22 圖 6 10 為 ABC 三元系統(tǒng)相圖 根據(jù)此相圖 l 判斷化合物 K 和 D 的性質(zhì) 2 標(biāo)出各條界線上的溫度下降方向 3 劃分副三角形 4 判斷各無(wú)變量點(diǎn)的性質(zhì) 并 寫(xiě)出相平衡關(guān)系式 解 1 K 為一致熔融三元化合物 D 為一致熔融二元化合物 2 如圖所示 3 如圖所示 4 無(wú)變量點(diǎn) M N O P 均為低共熔點(diǎn) 向平衡關(guān)系如下 M N O P 6 23 試分析圖 6 11 上配料點(diǎn) 1 2 3 的結(jié)晶過(guò)程 寫(xiě)出結(jié)晶過(guò)程的相平衡表達(dá)式 表明 液 固相組成點(diǎn)的變化及結(jié)晶過(guò)程各階段系統(tǒng)中發(fā)生的相變化和自由度數(shù)的變化 解 1 點(diǎn)冷卻析晶過(guò)程 2 點(diǎn)冷卻析晶過(guò)程 3 點(diǎn)冷卻析晶過(guò)程 圖 6 11 圖 6 12 6 24 圖 6 12 所示為生成一個(gè)三元化合物的三元系統(tǒng)相圖 1 判斷三元化合物 N 的性質(zhì) 2 標(biāo)出界線上的溫降方向 轉(zhuǎn)熔界線用雙箭頭 3 指出無(wú)變量點(diǎn) K L M 的性質(zhì) 并寫(xiě)出相平衡方程 4 分析點(diǎn) l 2 的結(jié)晶過(guò)程 寫(xiě)出結(jié)晶過(guò)程的相平衡表達(dá)式 解 1 N 為不一致熔融三元化合物 2 如圖所示 3 副 ACN 對(duì)應(yīng) M 低共熔點(diǎn) 副 BCN 對(duì)應(yīng) L 低共熔點(diǎn) 副 ABN 對(duì)應(yīng) K 單轉(zhuǎn)熔點(diǎn) 4 1 的結(jié)晶過(guò)程 2 的結(jié)晶過(guò)程 6 25 根據(jù)圖 6 13 三元系統(tǒng)相圖 1 判斷無(wú)變量點(diǎn) E P 的性質(zhì) 并寫(xiě)出相平衡關(guān)系式 2 分析熔體 M1 M2和 M3的冷卻析晶過(guò)程 并總結(jié)判斷結(jié)晶產(chǎn)物和結(jié)晶結(jié)束點(diǎn)的規(guī)則 3 加熱組成為 M4的混合物 將于什么溫度出現(xiàn)液相 在該溫度下出現(xiàn)的最大液相量是 多少 在什么溫度下完全熔融 寫(xiě)出其加熱過(guò)程相平衡表達(dá)式 解 1 E 為低共熔點(diǎn) P 為單轉(zhuǎn)熔點(diǎn) 2 熔體 M1的冷卻析晶過(guò)程 熔體 M2的冷卻析晶過(guò)程 熔體 M3的冷卻析晶過(guò)程 熔體組成點(diǎn)所在副三角形三個(gè)頂點(diǎn)所代表的晶相違結(jié)晶產(chǎn)物 三晶相對(duì)應(yīng)的初晶區(qū)所包圍 的無(wú)變量點(diǎn)為結(jié)晶結(jié)束點(diǎn) 3 加熱組成為 M4的混合物 將于 E 點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度出現(xiàn)液相 在該溫度下出現(xiàn)的最大液 相量為 在 M4點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度下完全熔融 加熱過(guò)程相平衡表達(dá)式 圖 6 13 圖 6 14 6 26 圖 6 14 為一個(gè)三元系統(tǒng)相圖 根據(jù)此圖 1 判斷化合物 D 的性質(zhì) 標(biāo)出圖中各邊 界和界線溫降方向并判斷界線性質(zhì) 2 判斷無(wú)變量點(diǎn) E F G 的性質(zhì) 并寫(xiě)出相平衡關(guān) 系式 3 寫(xiě)出熔體 M1和 M2的冷卻析晶過(guò)程 4 計(jì)算熔體 M2液相剛到結(jié)晶結(jié)束點(diǎn)時(shí) 以及結(jié)晶結(jié)束后的各相含量 解 1 化合物 D 為不一致熔融三元化合物 2 E 低共熔點(diǎn) F 單轉(zhuǎn)熔點(diǎn) G 單轉(zhuǎn)熔點(diǎn) 3 熔體 M1的冷卻析晶過(guò)程 熔體 M2的冷卻析晶過(guò)程 4 熔體 M2液相剛到結(jié)晶結(jié)束點(diǎn)時(shí)各相的含量 熔體 M2液相到結(jié)晶結(jié)束點(diǎn)后各相的含量 6 27 圖 6 15 為生成 2 個(gè)一致熔融二元化合物的三元系統(tǒng) 據(jù)圖回答下列問(wèn)題 l 可將 其劃分為幾個(gè)副三角形 2 標(biāo)出圖中各邊界及相區(qū)界線上溫度下降方向 3 判斷各 無(wú)變量點(diǎn)的性質(zhì) 并寫(xiě)出相平衡關(guān)系式 解 1 三個(gè)副三角形 AS 1S2 S 1S2B S 2CB 2 如下圖所示 3 無(wú)變量點(diǎn) E1 E 2 E 3都是低共熔點(diǎn) 各向平衡關(guān)系式如下 AS 1S2E1 S 1S2BE2 S 2CBE3 圖 6 15 圖 6 16 6 28 圖 6 16 是生成一致熔融二元化合物 BC 的三元系統(tǒng)投影圖 設(shè)有組成為 35 A 35 B 30 C 的熔體 試確定其在圖中的位置 冷卻時(shí)該熔體在何溫度下開(kāi)始析 出晶體 解 M 點(diǎn)的位置如下圖所示 M 點(diǎn)所在溫度約 1050 1050 開(kāi)始析晶 6 29 根據(jù)圖 6 17 回答下列問(wèn)題 l 說(shuō)明化合物 S1 S2的性質(zhì) 2 在圖中劃分副三 角形及用箭頭指示出各界線的溫度下降方向及性質(zhì) 3 指出各無(wú)變量點(diǎn)的性質(zhì)并寫(xiě)出各 點(diǎn)的平衡關(guān)系 4 寫(xiě)出 1 3 組成的熔體的冷卻結(jié)晶過(guò)程 5 計(jì)算熔體 1 結(jié)晶結(jié)束時(shí) 各相百分含量 若在第三次結(jié)晶過(guò)程開(kāi)始前將其急冷卻 這時(shí)液相凝固成為玻璃相 各 相的百分含量又如何 用線段表示即可 6 加熱組成 2 的三元混合物將于哪一點(diǎn)溫 度開(kāi)始出現(xiàn)液相 在該溫度下生成的最大液相量是多少 在什么溫度下完全熔融 寫(xiě)出它 的加熱過(guò)程 解 1 S 1為一致熔融二元化合物 S 2為不一致熔融化合物 2 如圖所示 3 E 低共熔點(diǎn) P1單轉(zhuǎn)熔點(diǎn) P2單轉(zhuǎn)熔點(diǎn) 4 1 組成的熔體的冷卻結(jié)晶過(guò)程 3 組成的熔體的冷卻結(jié)晶過(guò)程 5 熔體 1 結(jié)晶結(jié)束時(shí)各相百分含量 在第三次結(jié)晶過(guò)程開(kāi)始前將其急冷卻 各相的百分含量 6 在 P2點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度開(kāi)始出現(xiàn)液相 在該溫度下出現(xiàn)的最大液相量為 在 2 點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度下完全熔融 組成 2 加熱過(guò)程 圖 6 17 圖 6 18 6 30 根據(jù)圖 6 18 回答下列問(wèn)題 1 說(shuō)明化合物 S 的熔融性質(zhì) 并分析相圖中各界線上 溫度變化的方向以及界線和無(wú)變量點(diǎn)的性質(zhì) 2 寫(xiě)出組成點(diǎn)為 1 2 3 及 4 各熔體的冷 卻結(jié)晶過(guò)程 3 分別將組成為 5 和組成為 6 的物系 在平衡的條件下加熱到完全熔融 說(shuō)明其固液相組成的變化途徑 解 1 化合物 S 為不一致熔融三元化合物 P 1E P 2E 均為共熔界線 P 1P2為轉(zhuǎn)熔界線 無(wú)變量點(diǎn) E 為低共熔點(diǎn) P 1 P 2均為單轉(zhuǎn)熔點(diǎn) 2 組成點(diǎn)為 1 的熔體的冷卻結(jié)晶過(guò)程 組成點(diǎn)為 2 的熔體的冷卻結(jié)晶過(guò)程 組成點(diǎn)為 3 的熔體的冷卻結(jié)晶過(guò)程 組成點(diǎn)為 4 的熔體的冷卻結(jié)晶過(guò)程 3 組成為 5 物系的熔融過(guò)程 組成為 6 物系的熔融過(guò)程 6 31 根據(jù)圖 6 19 回答下列問(wèn)題 1 用箭頭標(biāo)出各界線的溫度下降方向并說(shuō)明界線性質(zhì) 2 指出各無(wú)變量點(diǎn) E P R Q 的性質(zhì) 并寫(xiě)出其相平衡關(guān)系 3 寫(xiě)出熔體 M 的結(jié)晶 過(guò)程 說(shuō)明液相離開(kāi) R 點(diǎn)的原因 4 畫(huà)出 AB BC 二元系統(tǒng)相圖 解 1 界線 Ee2 e 1P ab PE RE QR e 3Q 均為共熔界線 界線 aP bR 為轉(zhuǎn)熔界線 2 E 低共熔點(diǎn) P 單轉(zhuǎn)熔點(diǎn) Q 過(guò)渡點(diǎn) 3 熔體 M 的結(jié)晶過(guò)程 熔體 M 在副 BCS 內(nèi) 其結(jié)晶結(jié)束點(diǎn)應(yīng)在 E 點(diǎn) 所以液相離開(kāi) R 點(diǎn) 圖 6 19 6 32 比較各種三元無(wú)變量點(diǎn) 低共熔點(diǎn) 單轉(zhuǎn)熔點(diǎn) 雙轉(zhuǎn)熔點(diǎn) 過(guò)渡點(diǎn)和多晶轉(zhuǎn)變點(diǎn) 的 特點(diǎn) 寫(xiě)出它們的平衡關(guān)系 解 低共熔點(diǎn)指是一種無(wú)變量點(diǎn) 系統(tǒng)冷卻時(shí)幾種晶相同時(shí)從熔液中析出 或加熱時(shí)同時(shí) 融化 相平衡關(guān)系為 L E 若無(wú)變量點(diǎn)處于交叉位置的是單共熔分別點(diǎn) 在共軛位置的是雙轉(zhuǎn)熔點(diǎn) 相轉(zhuǎn)變關(guān)系為 過(guò)渡點(diǎn)就是轉(zhuǎn)熔性質(zhì)和共熔性質(zhì)轉(zhuǎn)變的點(diǎn) 無(wú)對(duì)應(yīng)三角形 相平衡的三晶相組成在一條直 線上 多晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)兩種或者三種晶型發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變的溫度點(diǎn) 6 38 如圖 6 25 為 CaO Al 2O3 SiO 2系統(tǒng)的富鈣部分相圖 若原始液相組成位于硅酸鹽水 泥的配料圈內(nèi) 并恰好在 CaO 和 C3S 初相區(qū)的邊界曲線上 1 分析此液相組成的結(jié)晶過(guò) 程 2 在緩慢冷卻到無(wú)變量點(diǎn) K 的溫度 1455 時(shí)急劇冷卻到室溫 則最終獲得哪些相 各相含量多少 圖 6 25 CaO Al2O3 SiO2系統(tǒng)高鈣區(qū)部分相圖 解 1 2 溶體平衡冷卻得到產(chǎn)物是 C2S C 3S 和 C3A 其固相組成點(diǎn)為 P 點(diǎn) 各晶相可根據(jù) P 點(diǎn) 在 C 2S C3S C3A 中的位置按雙線法求得 C 2S 14 6 C3S 63 9 C 3A 21 5 實(shí)際生產(chǎn) 過(guò)程中有可能會(huì)產(chǎn)生玻璃相 6 39 見(jiàn)圖 6 25 已知 H 點(diǎn)的溫度 1470 K 點(diǎn)溫度 1455 F 點(diǎn)溫度 1355 今取配料 成分恰為無(wú)變量點(diǎn) H 的組成 在充分平衡條件下 問(wèn) l 加熱該配料混合物 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)出該配合料的 加熱過(guò)程相平衡表達(dá)式 解 1 1335 2 1455 3 6 40 如圖 6 25 配料 P 的液相在無(wú)變量點(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 問(wèn)此時(shí)所獲得的 C3S C 2S C 3A 和 C4AF 四種晶相的含量各為多少 如果在 F 點(diǎn)仍未達(dá)到充 分平衡 殘留液相能否離開(kāi) F 點(diǎn)向其它無(wú)變量點(diǎn)繼續(xù)轉(zhuǎn)移 為什么 解 配料 P 的液相在無(wú)變量點(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 所獲得 C3S 為 63 9 C 2S 為 14 6 C 3A 和 C4AF 為 21 5 獨(dú)立析晶過(guò)程也不一定會(huì)進(jìn)行到底 由于冷卻速度較快 還可能使熟料中殘留玻璃相 這 樣的話殘留玻璃相有可能離開(kāi) F 點(diǎn)向其它無(wú)變量點(diǎn)繼續(xù)轉(zhuǎn)移 6 43 參看 CaO A1 2O3 SiO 2系統(tǒng)相圖 圖 6 27 回答下列問(wèn)題 1 組成為 66 CaO 26 SiO 2 8 A1 2O3的水泥配料將于什么溫度開(kāi)始出現(xiàn)液相 這時(shí)生成的最大液 相量是多少 2 為了得到較高的 C3S 含量 1 中組成的水泥燒成后急冷好 還是緩 冷讓其充分結(jié)晶好 3 欲得到 l 中組成的水泥 若只用高嶺土和石灰石 A1 2O3 2SiO2 2H2O 和 CaCO3 配料 能否得到該水泥的組成點(diǎn) 為什么 若不能 需要 加入何種原料 并計(jì)算出所需各種原料的百分含量 圖 6 27CaO Al 2O3 SiO 2系統(tǒng)相圖 解 1 k 點(diǎn)開(kāi)始出現(xiàn)液相 溫度為 1455 連接 3k 交 CaO C3S 線于 6 點(diǎn) L 線段長(zhǎng)度可直接量取 2 急冷好 k 點(diǎn)將進(jìn)行轉(zhuǎn)熔過(guò)程 這樣 C3S 量會(huì)減少 急冷使轉(zhuǎn)熔過(guò)程來(lái)不及進(jìn)行 從而提高 C3S 含量 3 AS 2與 CaCO3配料 不能得到 3 點(diǎn)礦物組成 3 點(diǎn)組成 66CaO1 179mol26SiO20 433mol8Al2030 078mol 化成 mol 69 76 25 62 4 62 SiO2mol Al203mol 5 55 題目組成點(diǎn) Al203 2SiO2 2H2O 與 CaCO3配料 SiO 2mol Al203mol 2 1 二者比較 SiO2量不夠 所以需加入 SiO2 設(shè)配料 100g 含有 66gCaO 26gSiO 2 8gAl 203 66gCaO 化成 CaCO3量 66 56 100 117 86g 8gAl203化成 Al203 2SiO2 2H2O 量 8 102 258 20 24g AS2 2H2O 提供 SiO28 102 2 60 9 41g 還需 SiO2量 20 24 9 41 10 83g CaCO 3wt 79 14 AS 2 2H2Owt 13 59 SiO 2wt 7 27 6 44 根據(jù) Na2O CaO SiO 2系統(tǒng)相圖 圖 6 28 回解 1 組成為 13 Na 2O 13 CaO 74 SiO 2玻璃配合料將于什么溫度熔化 在什么溫度完全熔融 2 上面組成的玻璃 當(dāng)加熱到 1050 1000 900 800 時(shí) 可能會(huì)析出什么晶 體 3 NC 3S6晶體加熱時(shí)是否會(huì)不一致熔化 分解出什么晶體 熔化溫度如何 圖 6 28Na2O CaO SiO 2系統(tǒng)相圖 解 1 該點(diǎn)位于 NC 3S6 NCS5 SiO2中 Q 點(diǎn)附近 CS 初晶區(qū)對(duì)應(yīng)無(wú)變量 H 點(diǎn) 1 3 6 石英 L1 1 5 配料在 827 熔化 完全熔化為 1050 左右 2 加熱到 1050 L CS 1000 L 1 3 6 鱗石英 900 L 1 3 6 石英 800 加熱到 800 時(shí)未熔化 冷卻到 800 時(shí)三個(gè)晶相 1 3 61 1 5 3 NC 3S6加熱是不一致熔融 加熱分解 1 3 6 析晶 先析出 CS CS CS RQ 線上 L CS 1 3 6 1 3 6 加熱到 RQ 界線與 CS 1 3 6 交點(diǎn)溫度開(kāi)始熔化 1050 左右 分解出 CS 6 45 在陶瓷生產(chǎn)中一般出現(xiàn) 35 液相就足以使瓷坯?；?而當(dāng)液相達(dá)到 45 時(shí) 將使瓷 坯變形 成為過(guò)燒 根據(jù) MgO A1 2O3 SiO 2系統(tǒng)相圖 圖 6 29 具體計(jì)算含 10 偏高嶺石 90 偏滑石的配料的燒成溫度范圍 圖 6 29 MgO Al 2O3 SiO 2系統(tǒng)高硅部分相圖 解 組成點(diǎn)確定下來(lái) 圖中 M 點(diǎn) MS M2Al 2S35 SiO2對(duì)應(yīng)無(wú)變量點(diǎn) 1 點(diǎn) 1355 加熱該 組成點(diǎn) 于 1 點(diǎn)開(kāi)始出現(xiàn)液相 液相組成點(diǎn)在 MS 與 SiO2界線上移動(dòng) 固相組成點(diǎn)在 MS SiO2連線上變化 以 M 點(diǎn)為支點(diǎn)連成杠桿 當(dāng) L 35 時(shí) 對(duì)應(yīng)溫度 1390 L 45 時(shí) 對(duì) 應(yīng)溫度 1430 燒成溫度范圍為 1390 1430 6 46 根據(jù) K2O A1 2O3 SiO 2系統(tǒng)相圖 圖 6 30 計(jì)算含 50 高嶺石 30 長(zhǎng)石 20 石 英的一個(gè)瓷器配方在 1250 燒成達(dá)到平衡時(shí)的相組成及各相的相對(duì)量 圖 6 30K2O Al2O3 SiO2系統(tǒng)相圖 解 50 AS 230 KAS