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无机材料科学基础第六七八章习题答案

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，错误的打一、是非题：（正确的打）??100%（。

、金斯特林格方程可适用至转化率） ?1?）、大多数固相反应是由扩散速度所控制的。

（23、狭义上讲，相变过程是一个化学变化过程。

（?）4、浓度梯度是扩散的推动力，物质总是从高浓度处向低浓度处扩散。

（?）5、晶胚的临界半径rk随着ΔT的增大而减小，相变愈易进行。

（?）6.逆扩散的推动力是浓度梯度。

（?）是化学位梯度。

7．成核--生成相变亚稳区Ｇ< 0 ，斯宾那多分解的不稳区Ｇ>0。

（?）相反。

8.过冷度愈大，晶体生长速率愈快，则晶粒就愈粗大。

（?）9.对扩散系数D的影响因素主要是温度及扩散激活能。

（?）010.相同条件下晶体的非均相成核比均相成核更难。

（?）11.杨德尔方程比金斯特林格方程的适用范围大。

（?）12.间隙扩散活化能包括间隙形成能和间隙原子迁移能。

（?）二、填空题1、根据扩散的热力学理论，扩散的推动力是（A），而发生逆扩散的条件是（B）。

（A）化学位梯度（B）热力学因子小于零 2、熔体是物质在液相温度以上存在的一种高能量状态，在冷却的过程中可以出现（A）、（B）和（C）三种不同的相变过程。

（A）结晶化（B）玻璃化（C）分相3、马氏体相变具有以下的一些特征：（A）、（B）、（C）和（D）等。

（A）存在习性平面（B）无扩散性（C）相变速度高（D）无特定相变温度4、从熔体中析晶的过程分二步完成，首先是（A），然后就是（B）过程。

均匀成核的成核速率Iv由（C）和（D）因子所决定的。

（A）成核（B）晶体生长（C）受核化位垒影响的成核率因子（D）受原子扩散影响的成核率）。

D）和（、（、C马氏体相变的特征有（A）、（B）5存在习性平面、保持一定的取向关系、无扩散性、相变速度快、相变没有一个特定的温度。

）两部分组成。

CB、）和（本征扩散是由（A）而引起的质点迁移，本征扩散的活化能由（6（A）本征扩散是由本征热缺陷所产生的空位而引起的质点迁移，本征扩散的活化能由（B）空位形成能）质点迁移能两部分组成。

C和（8、菲克第一定律J=-Ddc/dx的应用条件是（A），菲克第二定律dc/dt=Ddc/dx的应用条件是（B）（A）稳定扩散，（B）非稳定扩散。

9、相变过程的推动力为（A）、（B）和（C）（A）过冷度；（B）过饱和浓度；（C）过饱和蒸汽压。

10、在三元系统中，无变量点有三种，分别是（A）、（B）和（C）（A）最低共熔点；（B）双升点；（C）双降点。

11、?固体内粒子的迁移方式有（A）、（B）、（C）、（D）和（E）。

（A）环易位机构，（B）直接易位机构，（C）空位机构，（D）间隙机构，（E）亚间隙机构。

12扩散系数D=Dexp(-Q/RT)中，空位扩散活化能Q由，组成，0间隙扩散活化能Q由组成。

13实验测得NaCl的扩散系数与温度关系如右图所示如提高NaCl晶体纯度，两直线的转折点变化规律为。

高温区是扩散，低温区是扩散。

14、合成镁铝尖晶石，可选择的原料为Mg(OH), MgO, α-AlO, γ- AlO,从提高反应速率的角度出33222发选择，原料较好。

15、析晶相变过程的推动力是，，；在均匀成核时，临界成核位垒ΔGk= ,其值相当于，具有临界半径r的粒子数n/N= 。

kk16、液-固相变时，非均匀成核位垒与接触角θ有关，当θ为时，核化位垒下降一半三. 选择题：1、杨德尔方程采用的反应截面模型为。

A. 平板B. 球体C. 球壳D. 圆柱 A?ln?i)(1?、在扩散系数的热力学关系中，称为扩散系数的热力学因子。

在非理想混合体系中：2?ln N）（ 0时，扩散结果使溶质当扩散系数的热力学因子＞i）时，扩散结果使溶质（当扩散系数的热力学因子＜0A C、浓度趋于均匀 a. 发生偏聚 b.浓度不改变 c.3、一般情况下，离子晶体较大离子的扩散多半是通过（）A.空位机构B.直接易位C.间隙扩散D.亚间隙机构 A4、在反应温度下，当固相反应的某一相发生晶型转变时，反应速度是（）A 无影响 C.减慢 B.加快A.）5、表面扩散活化能Qs，界面扩散活化能Qg，晶格扩散活化能Qb的关系是（QsQb B. Qb﹥Qg﹥﹥Qg﹥Qg B﹥Qs﹥Qg D.Qs﹥Qb﹥）4.下列属于逆扩散过程的是（B A.二次再结晶 B.晶界的内吸附 C.布朗运动C为扩散控制的固相反应，若，B进行反应生成AmBn,D》D，则在AmBn-B界面上，反应物A的浓度ABA为（） B.0 C.不确定7.以下属于马氏体相变特征的是（）A.无扩散性B.不存在习性平面C.相变速度低D.有特定的转变温度四、问答题 1、说明影响扩散的因素？化学键：共价键方向性限制不利间隙扩散，空位扩散为主。

金属键离子键以空位扩散为主，间隙离子较小时以间隙扩散为主。

缺陷：缺陷部位会成为质点扩散的快速通道，有利扩散。

Q越大温度变化对扩散系数越敏感。

-Q/RT）Q不变，温度升高扩散系数增大有利扩散。

温度：D=D0exp（杂质：杂质与介质形成化合物降低扩散速度；杂质与空位缔合有利扩散；杂质含量大本征扩散和非本征扩散的温度转折点升高。

扩散物质的性质：扩散质点和介质的性质差异大利于扩散扩散介质的结构：结构紧密不利扩散。

r的粒径1，MoO颗粒大小的影响。

当MoO：CaCO＝1：和2、MoOCaCO反应时，反应机理受到CaCO1333 1，r ：MoO＝15：0.13mm为0.036mm，CaCO的粒径r为时，反应是扩散控制的；而333＜时，反当CaCO23332应由升华控制，试解释这种现象。

CaCO，反应由扩散控制，反应速率随着CaCO的粒径r为时, 颗粒大于MoO当MoO的粒径r为，CaCO3333123粒径升MoO颗粒度减小而加速，当r2<r1时存在过量CaCO，由于产物层变薄，扩散阻力减小，反应由33华控制，并随着MoO粒径减小而加剧。

33600h1摩尔比配料并均匀混合。

将原料在1300℃恒温Al3、平均粒径为1μm的MgO粉料与O粉料以1：32后，反应完成的摩后，有的粉料发生反应生成Mg Al300hO，该固相反应为扩散控制的反应。

试求在42尔分数以及反应全部完成所需的时间。

由于该固相反应为扩散控制反应，且粉料可视为均状大小球形，故用金斯特林格方程得：2/3G）=kt －1－2/3G－（1-7K=×10由题中所给条件；t1=3600h G1=(1+1)= 代入得。

045 G2=0所以当 t2=300h时，510 h 令 G=1，则T=1/3k=×在什么情况下需要过冷，为什么成核生长机理的相变过程需要有一定的过冷或过热，相变才能发生，4、什么情况下需要过热？一般物质具有的最大成核速率的过冷度应该如何求得？答：,当 ,过冷;当 ,过热,过冷度为扩散活化能. ,6、纯固相反应在热力学上有何特点？为什么固相反应有气体或液体参加时，范特荷夫规则就不适用了？：一切实际可以进行的纯固相反应，其反应几乎总是放热的，这一规律性的现象称为范特荷夫规则。

解往往很小以致于趋于零。

所以反应自由此规则的热力学基础是因为对纯固相反应而言，反应的熵变△S H<0（即放热）的反应才能发生。

H。

而纯固相反应的热力学必要条件是△G<0，这样△焓变化△G≈△S可以变得很大，范特荷夫规则不再适用。

对于有液相或气相参与的固相反应，△1h反应球形颗粒，在固定温度实验中的第1um的Al2O3MgO7、为观察尖晶石的形成，用过量的粉包围）作球形几何校正时，计b反应形成尖晶石。

试根据（a）无需球形几何修正时，（内有20％的Al2O31算完全反应的时间？)1?G(312[1-Jander方程描述：=Kt：（解a]）不作球形几何修正用)1?G(31220％]K=[1-/t 代入题中反应时间1h,反应程度2).2(1?032-33 2–= 故完全反应所需时间（G=1）t=1/K=1/×10K=[1-]/1=×10/h 22)?G(13223作球形几何校正时用金斯特林格方程描述：G-1-=Kt(b))(1?0.2(1?G)3333-3×]/t=[1-]/1=×10K=[1-/hG-11212代入公式得完全反应所需时间，用G=1G?)(133?333K3?4.893?10==Kt t=G-==1-8、马氏体相变具有什么特征？它和成核好生长机理有何区别?解：马氏体相变具有如下特征：（1）相变体和母体之间的界面保持既不扭曲变形也不旋转。

这种界面称习性平面（Habit plane），其结晶学方向不变。

（2）无扩散的位移式相变。

（3）相变速率可高达声速。

（4）相变不是在特定的温度，而是在一个温度范围内进行。

成核生长的新相与母相有完全不同的晶格结构，新相是在特定的温度下产生的，相变具有核化和晶化位垒。

、在KCl晶体中掺入10mo1％CaCl离子扩散以非本征扩散为主，试回答在多高K中的KCl，低-5+9温时2．H=251kJ/mol离子扩散以热缺陷控制的本征扩散为主？（KCl的肖特基缺陷形成能Δ温度以上，+，K s K）R=mo1·-5CaCl，缺陷方程为：10mo1％解：在KCl晶体中掺入2欲使扩散以热缺陷为主，则则掺杂引起的空位浓度为即即T>解得℃，13001）若球形颗粒之间反应生成NiCrO是通过产物层扩散进行的，请回答：（10、如果NiO和CrO4223生成速率的扩散是哪一种离子的扩散？为什么？，控制NiCrOD>>D>D4Ni2+2Cr3+O2-关系应符合哪一个动力学方程？2）试分析早期的这一反应转化率G-t（2+主（1）控制NiCr34222+3+要阳离子经过产物层的逆向扩O与CrO生成速率的扩散是Ni离子。

因为NiO答：扩散速度慢。

扩散速度快，而NiD>>D>D，Cr散生成NiCrO。

而O2Cr3+2Ni2+421/3。

=Kt2）这一反应早期转化率与时间之间的关系应符合杨德尔方程[1-(1-G)]（J讨论热力学和动力学特性以及过冷度和时间对产物对比不稳分解和均匀成核成长这两种相变过程。

11、组织的影响。

如何用实验方法区分这两种过程？在玻璃工业中，分相有何作用？请举例说明。

长大过程，分相所- ，液相会自发分相，不需要克服热力学势垒；无成核答：不稳分解：在此区域内，需时间极短，第二相组成随时间连续变化。

在不稳分解分相区内，随着温度的降低、时间的延长，析出的第二相在母液中相互贯通，形成蠕虫状结构。

，系统对微小的组成起伏是亚稳的，形成新相需要做功，即存生成：在此区域内，在热力学上， -成核长大机理，分相所需时间长，分出的第二相组成不随时间在成核势垒，新相形成如同结晶过程的成核- 变化。

随着温度的降低、时间的延长，析出的第二相在母液中逐渐长大，形成孤立球状结构。

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无机材料科学基础学习试题及解答完整版

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第一章晶体几何根底1-1 解释概念：等同点：晶体结构中，在同一取向上几何环境和物质环境皆相同的点。

空间点阵：概括地表示晶体结构中等同点排列规律的几何图形。

结点：空间点阵中的点称为结点。

晶体：内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体。

对称：物体相同局部作有规律的重复。

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〕的集合为对称型，也称点群。

晶类：将对称型相同的晶体归为一类，称为晶类。

晶体定向：为了用数字表示晶体中点、线、面的相对位置，在晶体中引入一个坐标系统的过程。

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：是指法国学者 A. 布拉菲根据晶体结构的最高点群和平移群对称及空间格子的平行六面体原那么，将所有晶体结构的空间点阵划分成 14 种类型的空间格子。

晶胞：能够反响晶体结构特征的最小单位。

晶胞参数：表示晶胞的形状和大小的 6 个参数〔 a、b、 c、α 、β、γ〕.1-2 晶体结构的两个根本特征是什么？哪种几何图形可表示晶体的根本特征？解答：⑴晶体结构的根本特征：① 晶体是内部质点在三维空间作周期性重复排列的固体。

② 晶体的内部质点呈对称分布，即晶体具有对称性。

⑵ 14 种布拉菲格子的平行六面体单位格子可以表示晶体的根本特征。

1-3 晶体中有哪些对称要素，用国际符号表示。

解答：对称面— m，对称中心— 1，n 次对称轴— n，n 次旋转反伸轴— n螺旋轴— ns ，滑移面— a、b、c、d1-5 一个四方晶系的晶面，其上的截距分别为3a、4a、6c，求该晶面的晶面指数。

解答：在 X、Y、 Z 轴上的截距系数： 3、4、6。

截距系数的倒数比为： 1/3:1/4:1/6=4:3:2晶面指数为：〔432〕补充：晶体的根本性质是什么？与其内部结构有什么关系？解答：① 自限性：晶体的多面体形态是其格子构造在外形上的反映。

②均一性和异向性：均一性是由于内部质点周期性重复排列，晶体中的任何一局部在结构上是相同的。

材料科学基础习题与参考答案（doc14页）完美版

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材料科学基础习题与参考答案（doc14页）完美版第⼀章材料的结构⼀、解释以下基本概念空间点阵、晶格、晶胞、配位数、致密度、共价键、离⼦键、⾦属键、组元、合⾦、相、固溶体、中间相、间隙固溶体、置换固溶体、固溶强化、第⼆相强化。

⼆、填空题1、材料的键合⽅式有四类，分别是（），（），（），（）。

2、⾦属原⼦的特点是最外层电⼦数（），且与原⼦核引⼒（），因此这些电⼦极容易脱离原⼦核的束缚⽽变成（）。

3、我们把原⼦在物质内部呈（）排列的固体物质称为晶体，晶体物质具有以下三个特点，分别是（），（），（）。

4、三种常见的⾦属晶格分别为（），（）和（）。

5、体⼼⽴⽅晶格中，晶胞原⼦数为（），原⼦半径与晶格常数的关系为（），配位数是（），致密度是（），密排晶向为（），密排晶⾯为（），晶胞中⼋⾯体间隙个数为（），四⾯体间隙个数为（），具有体⼼⽴⽅晶格的常见⾦属有（）。

6、⾯⼼⽴⽅晶格中，晶胞原⼦数为（），原⼦半径与晶格常数的关系为（），配位数是（），致密度是（），密排晶向为（），密排晶⾯为（），晶胞中⼋⾯体间隙个数为（），四⾯体间隙个数为（），具有⾯⼼⽴⽅晶格的常见⾦属有（）。

7、密排六⽅晶格中，晶胞原⼦数为（），原⼦半径与晶格常数的关系为（），配位数是（），致密度是（），密排晶向为（），密排晶⾯为（），具有密排六⽅晶格的常见⾦属有（）。

8、合⾦的相结构分为两⼤类，分别是（）和（）。

9、固溶体按照溶质原⼦在晶格中所占的位置分为（）和（），按照固溶度分为（）和（），按照溶质原⼦与溶剂原⼦相对分布分为（）和（）。

10、影响固溶体结构形式和溶解度的因素主要有（）、（）、（）、（）。

11、⾦属化合物（中间相）分为以下四类，分别是（），（），（），（）。

12、⾦属化合物（中间相）的性能特点是：熔点（）、硬度（）、脆性（），因此在合⾦中不作为（）相，⽽是少量存在起到第⼆相（）作⽤。

13、CuZn、Cu5Zn8、Cu3Sn的电⼦浓度分别为（），（），（）。

无机非金属材料科学基础答案6~10部分

无机非金属材料科学基础答案6~10部分

第六章6-4 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。

6-6 根据Al2O3－SiO2系统相图说明：（1）铝硅质耐火材料：硅砖（含SiO2＞98％）、粘土砖（含Al2O335％～50％）、高铝砖（含Al2O360％～90％）、刚玉砖（含Al2O3＞90％）内，各有哪些主要的晶相？（2）为了保持较高的耐火度，在生产硅砖时应注意什么？（3）若耐火材料出现40％的液相便软化不能使用，试计算含40mol％Al2O3的粘土砖的最高使用温度。

解：（1）硅砖（含SiO2>98%）主要晶相： SiO2、2Al2O3·2SiO3固溶体（莫来石），粘土砖（含Al20335 ～50%）主要晶相：SiO2、A3S2，高铝砖（含Al20360 ～90%）主要晶相：60～72%A3S2 72 ～90% Al2O3、A3S2。

（2）为了保持硅砖的耐火度，要严格防止原料中混如Al203。

SiO2熔点为1723 ℃，SiO2液相很陡，加入少量的Al203后，硅砖中会产生大量的液相，SiO2的熔点剧烈下降。

如加入1wt% Al203，在低共熔点（1595 ℃）时产生的液相量为1/5.5=18.2% ，会使硅砖的耐火度大大下降；（3）根据相图，当出现40%液相时，由杆杠规则可知，，得x=0.1, 在相图中作出析晶路线，可以估计出粘土砖的最高温度约为1670 ℃。

6-9图6-15为生成2个一致熔融二元化合物的三元系统，据图回答下列问题：（l）可将其划分为几个副三角形？（2）标出图中各边界及相区界线上温度下降方向。

（3）判断各无变量点的性质，并写出相平衡关系式。

《材料科学基础》经典习题及答案全解

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材料科学与基础习题集和答案第七章回复再结晶，还有相图的内容。

第一章1.作图表示立方晶体的()()()421,210,123晶面及[][][]346,112,021晶向。

2.在六方晶体中，绘出以下常见晶向[][][][][]0121,0211,0110,0112,0001等。

3.写出立方晶体中晶面族{100}，{110}，{111}，{112}等所包括的等价晶面。

4.镁的原子堆积密度和所有hcp 金属一样，为0.74。

试求镁单位晶胞的体积。

已知Mg 的密度3Mg/m 74.1=mg ρ，相对原子质量为24.31，原子半径r=0.161nm 。

5.当CN=6时+Na 离子半径为0.097nm ，试问：1) 当CN=4时，其半径为多少？2) 当CN=8时，其半径为多少？6. 试问：在铜（fcc,a=0.361nm ）的<100>方向及铁(bcc,a=0.286nm)的<100>方向,原子的线密度为多少？7.镍为面心立方结构，其原子半径为nm 1246.0=Ni r 。

试确定在镍的（100），（110）及（111）平面上12mm 中各有多少个原子。

8. 石英()2SiO 的密度为2.653Mg/m 。

试问： 1) 13m 中有多少个硅原子（与氧原子）？2) 当硅与氧的半径分别为0.038nm 与0.114nm 时，其堆积密度为多少（假设原子是球形的）？9.在800℃时1010个原子中有一个原子具有足够能量可在固体内移动，而在900℃时910个原子中则只有一个原子，试求其激活能（J/原子）。

10.若将一块铁加热至850℃，然后快速冷却到20℃。

试计算处理前后空位数应增加多少倍（设铁中形成一摩尔空位所需要的能量为104600J ）。

11.设图1-18所示的立方晶体的滑移面ABCD 平行于晶体的上、下底面。

若该滑移面上有一正方形位错环，如果位错环的各段分别与滑移面各边平行，其柏氏矢量b ∥AB 。