下载文档原格式
第八章 固相反应固相反应第一节第一节 固相反应概述固相反应概述固相反应概述一、固相反应的定义固相反应的定义1.1.狭义的固相反应狭义的固相反应狭义的固相反应：：固体与固体间发生化学反应生成新的固体产物的反应固体与固体间发生化学反应生成新的固体产物的反应。
2.2.广义的固相反应广义的固相反应广义的固相反应：：凡是有固相参与的化学反应都可称为固相反应凡是有固相参与的化学反应都可称为固相反应。
二、固相反应的分类固相反应的分类依反应的性质可分为四类依反应的性质可分为四类1． 加成反应加成反应（（A 、B 为任一元素或化合物为任一元素或化合物））A （s ）+B(s)+B(s)——————AB(s)AB(s)AB(s)2． 造膜反应造膜反应（（固气反应固气反应，，A 、B 为单质为单质））A(s)+B(g)A(s)+B(g)——————AB(s)AB(s)AB(s)3． 分解反应分解反应（（固气反应固气反应））AB(s)AB(s)——————A(s)+B(g)A(s)+B(g)A(s)+B(g)4.4.置换反应置换反应置换反应A （s ）+BC +BC（（s ）————AC AC AC（（s ）+B +B（（s ）AC AC（（s ）+BD +BD（（s ）————AB AB AB（（s ）+CD +CD（（s ）三、固相反应热力学固相反应热力学纯的固相反应总是放热的纯的固相反应总是放热的纯的固相反应总是放热的，，并且熵变并且熵变ΔΔS 很小很小，，所以所以 ΔG=G=ΔΔH -T ΔS ≈Δ≈ΔH<0H<0H<0因此因此，，纯固相反应总是可以自发进行的纯固相反应总是可以自发进行的。
四、固相反应进程固相反应进程固相反应进程由快路线的慢步骤的速率所控制固相反应进程由快路线的慢步骤的速率所控制固相反应进程由快路线的慢步骤的速率所控制。
五、关于固相反应产物的若干一般规律关于固相反应产物的若干一般规律1.1.最初产物的恒定性最初产物的恒定性最初产物的恒定性对碱土金属氧化物和对碱土金属氧化物和SiO2的二元固相反应的二元固相反应，，不论原始组成摩尔比如何不论原始组成摩尔比如何，，反应首先生成的化合物总是2：1的正硅酸盐的正硅酸盐，，而对于碱土金属氧化物与AI2O3的反应反应，，首先生成的化合物总是1：1。
《材料科学基础》总结及重点第一章 材料的结构与键合1、金属键、离子键、共价键、分子键（范德华力）、氢键的特点，并解释材料的一些性能特点。
2、原子间的结合键对材料性能的影响。
用金属键的特征解释金属材料的性能—①良好的延展性；②良好的导电、导热性；③具有金属光泽。
3、比较金属材料、陶瓷材料、高分子材料、复合材料在结合键上的差别。
本章重要知识点： 1. 金属键、离子键、共价键、分子键、氢键的特点。
第二章 固体结构1、晶体与非晶体（在原子排列上的区别）2、空间点阵、晶格、晶胞及选取晶胞的的原则、七大晶系及各自的特点，布拉菲点阵（14种） 、晶格常数、晶胞原子数。
3、晶面指数、晶面族、晶向指数、晶向族、晶带和晶带定理、晶面间距、配位数、致密度、八面体间隙、四面体间隙。
各向同性与各向异性、实际晶体的伪各向异性、同素异构转变（重结晶、多晶型性转变） 。
（1）指数相同的晶向.和晶面必然垂直。
如[111]⊥（111）（2）当一晶向[uvw]位于或平行某一晶面（hkl ）时，则必然满足晶带定理：h ·w+k ·v+l ·w =04、能绘出三维的体心、面心立方和密排六方晶胞，根据原子半径计算出金属的体心和面心立方晶胞的晶胞常数。
三种典型晶体结构的特征（包括：晶胞形状、晶格常数、晶胞原子数、原子半径、配位数、致密度、各类间隙尺寸与个数，最密排面（滑移面）和最密排方向的指数与个数，滑移系数目等）；即：bcc 、fcc 、hcp 的晶格特征及变形能力（结合塑性变形一章的内容你必须知道常用金属材料的滑移面与滑移系的指数）。
给画出晶胞指出滑移面和滑移方向。
能标注和会求上述三种晶胞的晶向和晶面指数。
晶向和晶面指数的一些规律。
求晶面间距d （hkl ）、晶面夹角。
5、晶面间距：d （hkl ） 的求法：（1）立方晶系：222)(l k h ad hkl ++= （2）正交晶系：222)(1⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=c l b k a h d hkl （3）六方晶系：2222)()(341⎪⎭⎫ ⎝⎛+++=c l a k hk h d hkl （4）四方晶系：2222)()/(/)(1c l a k h d hkl ++=以上公式仅适用于简单晶胞，复杂晶胞要考虑其晶面层数的增加。
第8章 固体中的扩散一、选择题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：当扩散系数的热力学因子＞0时，扩散结果使溶质（）。
当扩散系数的热力学因子＜0时扩散结果使溶质（）。
[南京工业大学2008研]A．发生偏聚B．浓度不改变C．浓度趋于均匀【答案】C；A2．在烧结过程中，只改变气孔形状而不引起坯体收缩的传质方式是（）。
[南京工业大学2008研]A．扩散传质B．流动传质C．蒸发-凝聚传质D．晶界扩散【答案】C【解析】晶格扩散指原子在晶体内部的扩散过程，其主要机制是空位扩散。
对流传质是指发生在相际之间的非流向传质，即当流体流经与其浓度不同的异相表面时，发生在两相之间的传质现象。
溶解-沉淀的实质是沉淀溶解平衡的移动。
蒸发-凝聚是制备高性能金属及合金超微粉末的有效方法，可用于烧结过程。
二、填空题1．菲克第一定律适用于求解______；菲克第二定律适用于求解______。
[南京工业大学2008研]【答案】稳态扩散；不稳定扩散2．扩散分为_____和______。
[天津大学2010研]【答案】间隙扩散；空位扩散3．本征扩散是由______而引起的质点迁移，本征扩散的活化能由______和______两部分组成，扩散系数与温度的关系式为：______。
[南京工业大学2008研]【答案】本征热缺陷所产生的空位；空位形成能；质点迁移能；4．烧结的主要传质方式有______、______、______和______四种。
这四种传质过程的△L/L 与烧结时间的关系依次为______、______、______和______。
[南京工业大学2008研]【答案】蒸发-凝聚传质；扩散传质；流动传质；溶解-沉淀传质；【解析】晶格扩散传质指原子在晶体内部的扩散过程，其主要机制是空位扩散。
对流传质是指发生在相际之间的非流向传质，即当流体流经与其浓度不同的异相表面时，发生在两相之间的传质现象。
溶解-沉淀的实质是沉淀溶解平衡的移动。
固态化学反应原理及其在材料制备中的应用概述：固态化学反应是指在固态条件下进行的化学反应，是一种非常重要且广泛应用于材料制备的方法。
它以固体物质为反应物或生成物，反应过程中不伴随显著的相变，通过固态反应可以合成出具有特定结构和性质的材料。
本文将对固态化学反应的基本原理以及其在材料制备中的应用进行探讨。
一、固态化学反应原理固态化学反应是指在固态条件下进行的化学反应。
与溶液相反应和气相反应相比，固态反应通常需要高温、高压等特殊条件才能进行。
固态反应过程中，原子、离子或分子之间的相互作用主要通过固体晶格的扭曲和变形来实现。
固态反应中的反应速率通常较慢，这是由于固体晶格的特性决定的。
1.1 原子扩散固态反应中的原子扩散是反应过程中原子在晶格中的迁移和交换。
原子扩散是固相反应中的关键步骤之一，它决定了反应速率和反应性能。
在高温下，固体晶格中的原子具有足够的能量来克服势垒并跨越晶界或晶腔，从而实现原子的扩散。
原子扩散的速率受到温度、晶体结构、晶界和杂质的影响。
1.2 界面反应固态反应中的界面反应是指两个相界面上的原子、离子或分子之间的相互作用。
界面反应主要发生在晶体颗粒的表面、晶腔和晶界等位置。
界面反应的速率常受到扩散速率的限制，因此提高扩散速率可以加速固态反应的进行。
1.3 扭曲和应变固态反应中，原子扩散和界面反应往往伴随着晶格的扭曲和应变。
原子的迁移过程中，晶格会经历各种扭曲和变形，以适应新的构型。
晶格的变形对反应的速率和产物的结构起着重要的影响。
二、固态化学反应在材料制备中的应用固态化学反应在材料制备中具有广泛应用，可以用于合成各种结构和性能的材料。
以下是几个典型的应用领域：2.1 陶瓷制备固态反应在陶瓷材料制备中被广泛应用。
通过选择适当的固态反应方法和条件，可以合成出具有特殊结构和性能的陶瓷材料。
例如，氧化铝的合成可以通过铝粉和氧气的固态反应实现。
固态化学反应在陶瓷材料的掺杂、稳定相的形成等方面也发挥着重要作用。
《材料科学基础》课后习题答案第一章材料结构的基本知识4. 简述一次键和二次键区别答：根据结合力的强弱可把结合键分成一次键和二次键两大类。
其中一次键的结合力较强，包括离子键、共价键和金属键。
一次键的三种结合方式都是依靠外壳层电子转移或共享以形成稳定的电子壳层，从而使原子间相互结合起来。
二次键的结合力较弱，包括范德瓦耳斯键和氢键。
二次键是一种在原子和分子之间，由诱导或永久电偶相互作用而产生的一种副键。
6. 为什么金属键结合的固体材料的密度比离子键或共价键固体为高？答：材料的密度与结合键类型有关。
一般金属键结合的固体材料的高密度有两个原因：（1）金属元素有较高的相对原子质量；（2）金属键的结合方式没有方向性，因此金属原子总是趋于密集排列。
相反，对于离子键或共价键结合的材料，原子排列不可能很致密。
共价键结合时，相邻原子的个数要受到共价键数目的限制；离子键结合时，则要满足正、负离子间电荷平衡的要求，它们的相邻原子数都不如金属多，因此离子键或共价键结合的材料密度较低。
9. 什么是单相组织？什么是两相组织？以它们为例说明显微组织的含义以及显微组织对性能的影响。
答：单相组织，顾名思义是具有单一相的组织。
即所有晶粒的化学组成相同，晶体结构也相同。
两相组织是指具有两相的组织。
单相组织特征的主要有晶粒尺寸及形状。
晶粒尺寸对材料性能有重要的影响，细化晶粒可以明显地提高材料的强度，改善材料的塑性和韧性。
单相组织中，根据各方向生长条件的不同，会生成等轴晶和柱状晶。
等轴晶的材料各方向上性能接近，而柱状晶则在各个方向上表现出性能的差异。
对于两相组织，如果两个相的晶粒尺度相当，两者均匀地交替分布，此时合金的力学性能取决于两个相或者两种相或两种组织组成物的相对量及各自的性能。
如果两个相的晶粒尺度相差甚远，其中尺寸较细的相以球状、点状、片状或针状等形态弥散地分布于另一相晶粒的基体内。
如果弥散相的硬度明显高于基体相，则将显著提高材料的强度，同时降低材料的塑韧性。
