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第六章习题答案依照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，各有哪些要紧的晶相？（2）为了维持较高的耐火度，在生产硅砖时应注意什么？（3）假设耐火材料显现40％的液相便软化不能利用，试计算含40mol％Al2O3的粘土砖的最高利用温度。
解：(1) 硅砖（含SiO2>98%）要紧晶相：SiO2、2Al2O3·2SiO3固溶体（莫来石）粘土砖（含Al2O335～50%）要紧晶相：SiO2、A3S2高铝砖（含Al2O360～90%）要紧晶相：60～72%A3S2，72～90%Al2O3、A3S2。
(2) 为了维持硅砖的耐火度，要严格避免原料中混如Al2O3。
SiO2熔点为1723℃，SiO2液相很陡，加入少量的Al2O3后，硅砖中会产生大量的液相，SiO2的熔点猛烈下降。
如加入1wt%Al2O3，在低共熔点（1595℃）时产生的液相量为1/= %，会使硅砖的耐火度大大下降。
(3) 依照相图，当显现40%液相时，由杆杠规那么可知，得x=，在相图中作出析晶线路，能够估量出粘土砖的最高温度约为1670℃。
在CaO－SiO2和Al2O3－SiO2系统中，SiO2的液相线都很陡，说明什么缘故在硅砖生产中可掺入少量CaO做矿化剂可不能降低硅砖的耐火度，而在硅砖中却要严格避免混入Al2O3，不然便会使硅砖耐火度大大下降。
解：SiO2中加入少量的CaO，在低共熔点1436℃时，液相量为2/37=%，液相量增加不多，可不能降低硅砖的耐火度，故可加少量CaO作矿化剂。
分析含碳量%、%、%的Fe-C合金从液态平稳冷却至室温的转变进程，用冷却曲线和组织示用意说明各时期的组织，并别离计算室温下的相组成物和组织组成物的相对含量。
解：（1）含碳量%时233341220.530.090.174555~~~0.2~0.770.0218t t t t t t t t L L L nochange t t t t t L L L L P δδγγγαδγγγγγαγαα→+→→<→−−−→+−−−−−−→+−−−→+−−→−−−−→−−−→+−−→+−−→+室温下，相组成物为铁素体与渗碳体，而组织组成物为铁素体和珠光体，依照杠杆规那么，其相组成物的相对含量铁素体： 6.690.2100%97.3%6.690.0218w α-=⨯=-渗碳体：30.20.0218100% 2.7%6.690.0218Fe Cw -=⨯=- 组织组成物的相对含量珠光体：0.20.0218100%23.8%0.770.0218p w -=⨯=-铁素体：0.770.2100%76.2%0.770.0218w α-=⨯=- （2）含碳量%时233412244~~~0.60.02180.77t t t t t t t t L nochange t t L L Pγγαγγγγααγα→→<−−−→+−−→−−−−→−−−→+−−→+−−→+室温下，相组成物为铁素体与渗碳体，而组织组成物为铁素体和珠光体，依照杠杆规那么，其相组成物的相对含量铁素体： 6.690.6100%91.3%6.690.0218w α-=⨯=-渗碳体：30.60.0218100%8.7%6.690.0218Fe Cw -=⨯=- 组织组成物的相对含量珠光体：0.60.0218100%77.3%0.770.0218p w -=⨯=-铁素体：0.770.6100%22.7%0.770.0218w α-=⨯=- （3）含碳量%时233412234~~~37273t t t t t t t L nochange Fe C t PL L Fe C P Fe C γγγγγγγ→→=⇔−−−→+−−→−−−−→−−−−→+−−−−→+ⅡⅡ℃Ⅱ室温下，相组成物为铁素体、共析渗碳体和二次渗碳体，而组织组成物为珠光体和二次渗碳体，依照杠杆规那么，其相组成物的相对含量铁素体： 6.69 1.0 6.690.77100%85.3%6.690.77 6.690.0218w α--=⨯⨯=--共析渗碳体：3 6.69 1.00.770.0218100%10.8%6.690.77 6.690.0218K Fe C w --=⨯⨯=-- 二次渗碳体：3 1.00.77100% 3.9%6.690.77Fe C w -=⨯=-Ⅱ 组织组成物的相对含量珠光体： 6.69 1.0100%96.1%6.690.77p w -=⨯=-二次渗碳体：3 1.00.77100% 3.9%6.690.77Fe C w -=⨯=-Ⅱ 计算含碳量3wt%的Fe-C 合金室温下莱氏体的相对含量，组织中珠光体的相对含量，组织中共析渗碳体的相对含量。
无机材料科学基础习题答案第一章晶体几何基础1-1解释概念:等价点:晶体结构中的一个点，其几何环境和物理环境在同一方向上是相同的。
空间点阵:一种几何图形，通常代表晶体结构中等价点的排列。
节点:空间晶格中的点称为节点。
水晶:内部粒子在三维空间中周期性重复排列的固体。
对称性:物体的相同部分有规律地重复。
对称型:晶体结构中所有点(对称平面、对称中心、对称轴和旋转反延伸轴)的对称元素集是对称的，也称为点群。
晶体:相同对称类型的晶体被归为一类，称为晶体。
晶体取向:将坐标系引入晶体中，以便用数字表示晶体中点、线和平面的相对位置的过程。
空间组:它是指晶体结构中所有对称元素的集合。
Brafi网格:根据晶体结构的顶点群和平移群以及空间晶格的平行六面体的对称性原理，法国学者A .布拉菲将所有晶体结构的空间晶格分为14种类型的空间晶格。
单元电池:能够反映晶体结构特征的最小单位。
单元电池参数:代表晶胞形状和大小的六个参数(A、B、C、α、β、γ)。
1-等效点: 晶体结构中的一个点，其几何环境和物理环境在同一方向上是相同的。
空间点阵:一种几何图形，通常代表晶体结构中等价点的排列。
节点:空间晶格中的点称为节点。
水晶:内部粒子在三维空间中周期性重复排列的固体。
对称性:物体的相同部分有规律地重复。
对称型:晶体结构中所有点(对称平面、对称中心、对称轴和旋转反延伸轴)的对称元素集是对称的，也称为点群。
晶体:相同对称类型的晶体被归为一类，称为晶体。
晶体取向:将坐标系引入晶体中，以便用数字表示晶体中点、线和平面的相对位置的过程。
空间组:它是指晶体结构中所有对称元素的集合。
Brafi网格:根据晶体结构的顶点群和平移群以及空间晶格的平行六面体的对称性原理，法国学者A .布拉菲将所有晶体结构的空间晶格分为14种类型的空间晶格。
单元电池:能够反映晶体结构特征的最小单位。
单元电池参数:代表晶胞形状和大小的六个参数(A、B、C、α、β、γ)。
1: ⑴晶体结构的基本特征:①晶体是一种固体，其内部粒子在三维空间中周期性重复排列。
无机材料科学基础作业习题第一章晶体结构基础1-1 定义下述术语，并注意它们之间的联系和区别：晶系；点群；空间群；平移群；空间点阵1-2 简述晶体的均一性、各向异性、对称性三者的相互关系。
1-3 列表说明七个晶系的对称特点及晶体定向规则。
1-4 四方晶系晶体a＝b，c＝1/2a。
一晶面在X、Y．Z轴上的截距分别为2a, 3b 和6c。
给出该晶面的密勒指数。
1-5 在立方晶系中画出下列晶面：a）（001）b）（110）c）（111）1-6 在上题所画的晶面上分别标明下列晶向：a(210) b(111) c(101)1-7 立方晶系组成{111}单形的各晶面构成一个八面体，请给出所有这些晶面的密勒指数。
1-8 试在完整的六方晶系晶胞上画出（1012）晶面的交线及〔1120〕〔2113〕晶向，并列出{1012}晶面族中所有晶面的密勒指数。
1-9 a≠b≠c α=β=γ=90℃的晶体属什么晶系？a≠b≠c α≠β≠γ≠90℃的晶体属什么晶系？你能否据此确定这二种晶体的布拉维点阵？1-10 下图示正交面心格子中去掉上下底心后的结点排列情况。
以图中的形状在三维空间无限重复，能否形成一空间点阵？为什么？1 –11 图示单斜格子的(010)面上的结点排布。
试从中选出单位平行六面体中的a和c。
1 –12 为什么等轴晶系有原始、面心、体心而无底心格子？1 –13 为什么在单斜晶系的布拉维格子中有底心C格子而无底心B格子？1-14 试从立方面心格子中划分出一三方菱面体格子，并给出其晶格常数。
说明为什么造选取单位平行六面体时不选后者而选前者？1 –15 写出立方面心格子的单位平行六面体上所有结点的座标，注明其中哪些属于基本点。
1 –16 给出(111)面和（111）面交棱的晶棱符号。
1 –17 试证（123）(112)和(110)诸晶面属于同一晶带，并给出其晶带符号。
1-18 证明立方晶系〔111〕晶向垂直于（111）晶面。
第二章答案2-1略。
2-2（1）一晶面在x、y、z轴上的截距分别为2a、3b、6c，求该晶面的晶面指数；（2）一晶面在x、y、z轴上的截距分别为a/3、b/2、c，求出该晶面的晶面指数。
答：（1）h:k:l==3:2:1,∴该晶面的晶面指数为（321）；（2）h:k:l=3:2:1，∴该晶面的晶面指数为（321）。
2-3在立方晶系晶胞中画出下列晶面指数和晶向指数：（001）与[]，（111）与[]，（）与[111]，（）与[236]，（257）与[]，（123）与[]，（102），（），（），[110]，[]，[]答：2-4定性描述晶体结构的参量有哪些？定量描述晶体结构的参量又有哪些？答：定性：对称轴、对称中心、晶系、点阵。
定量：晶胞参数。
2-5依据结合力的本质不同，晶体中的键合作用分为哪几类？其特点是什么？答：晶体中的键合作用可分为离子键、共价键、金属键、范德华键和氢键。
离子键的特点是没有方向性和饱和性，结合力很大。
共价键的特点是具有方向性和饱和性，结合力也很大。
金属键是没有方向性和饱和性的的共价键，结合力是离子间的静电库仑力。
范德华键是通过分子力而产生的键合，分子力很弱。
氢键是两个电负性较大的原子相结合形成的键，具有饱和性。
2-6等径球最紧密堆积的空隙有哪两种？一个球的周围有多少个四面体空隙、多少个八面体空隙？答：等径球最紧密堆积有六方和面心立方紧密堆积两种，一个球的周围有8个四面体空隙、6个八面体空隙。
2-7n个等径球作最紧密堆积时可形成多少个四面体空隙、多少个八面体空隙？不等径球是如何进行堆积的？答：n个等径球作最紧密堆积时可形成n个八面体空隙、2n个四面体空隙。
不等径球体进行紧密堆积时，可以看成由大球按等径球体紧密堆积后，小球按其大小分别填充到其空隙中，稍大的小球填充八面体空隙，稍小的小球填充四面体空隙，形成不等径球体紧密堆积。
2-8写出面心立方格子的单位平行六面体上所有结点的坐标。
答：面心立方格子的单位平行六面体上所有结点为：（000）、（001）（100）（101）（110）（010）（011）（111）（0）（0）（0）（1）（1）（1）。
第一章晶体几何基础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：物体相同部分作有规律的重复。
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则，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：能够反应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 晶体结构的两个基本特征是什么？哪种几何图形可表示晶体的基本特征？解答：⑴晶体结构的基本特征：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。
⑵14种布拉菲格子的平行六面体单位格子可以表示晶体的基本特征。
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：晶体的基本性质是什么？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，晶体中的任何一部分在结构上是相同的。
异向性是由于同一晶体中的不同方向上，质点排列一般是不同的，因而表现出不同的性质。
第一章一、是非题：1、在物体诸态中，晶体是最稳定的。
2、空间群包含了宏观晶体中全部要素的总和以及它们相互间的结合关系。
3、离子晶体的结构取决于其正负离子半径之比。
4、空间点阵中按平行六面体选取原则所得到的空间格子的基本单位称为晶胞。
5、六方紧密堆积的原子密排面是晶体中的（001）面。
6、聚形均为闭形。
7、在单质晶体中，原子作等大球体的紧密堆积，不论是六方还是立方其每个原子的配位数CN=12。
8、阳离子在配位数相同的情况下，其配位多面体形状都是完全相同的。
9、八面体空隙的空间小于四面体空隙的空间。
10、立方晶系的单位平行六面体参数为a 0≠b 0≠c 0，α=β=900，γ=1200。
二、选择题1、下列性质中 不是晶体的基本性质。
A 、对称性B 、有限性C 、均一性D 、各向异性 2、点群L 6PC 属 晶族 晶系。
A 、高级等轴B 、高级六方C 、中级六方D 、低级正交 3、在Si —O 四面体中，一般采用 方式相连。
A 、共顶 B 、共面 C 、共棱 D 、不确定 4、晶体结构中一切对称要素的集合称为 。
A 、对称性B 、点群C 、微观对称要素的集合D 、空间群5、晶体在三结晶轴上的截距分别为2a 、3b 、6c 。
该晶面的晶面指数为 。
A 、（236） B 、（326） C 、（321） D 、（123）6、依据等径球体的堆积原理得出，六方密堆积的堆积系数 面心立方堆积的堆积系数。
A 、大于 B 、小于 C 、等于 D 、不确定7、晶体中具有方向性的化学键为 。
A 、共价键B 、离子键C 、金属键D 、分子键8、某晶体AB ，A —的电荷数为1，A —B 键的S=1/6，则A +的配位数为 。
A 、4 B 、6 C 、8 D 、129、某晶体ABO 3，B —O 键的S=2/3，在单位晶胞中，A 2+的个数为8，B 4+的个数为1，则A 2+的配位数为 。
A 、4B 、6C 、8D 、1210、在单位晶胞的NaCl 晶体中，其八面体空隙和四面体空隙的数量分别为 。
名师整理优秀资源4.1 名词解释（a）弗伦克尔缺陷与肖特基缺陷；（b）刃型位错和螺型位错解：（a）当晶体热振动时，一些能量足够大的原子离开平衡位置而挤到晶格点的间隙中，形成间隙原子，而原来位置上形成空位，这种缺陷称为弗伦克尔缺陷。
如果正常格点上原子，热起伏后获得能量离开平衡位置，跃迁到晶体的表面，在原正常格点上留下空位，这种缺陷称为肖特基缺陷。
（b）滑移方向与位错线垂直的位错称为刃型位错。
位错线与滑移方向相互平行的位错称为螺型位错。
4.2试述晶体结构中点缺陷的类型。
以通用的表示法写出晶体中各种点缺陷的表示符号。
试举例写出CaCl2中Ca2+置换KCl中K+或进入到KCl间隙中去的两种点缺陷反应表示式。
解：晶体结构中的点缺陷类型共分：间隙原子、空位和杂质原子等三种。
在MX晶体中，间隙原子的表示符号为MI或XI；空位缺陷的表示符号为：VM或VX。
如果进入MX晶体的杂质原子是A，则其表示符号可写成：AM或AX（取代式）以及Ai（间隙式）。
当CaCl2中Ca2+置换KCl中K+而出现点缺陷，其缺陷反应式如下：++2Cl CaCl Cl2CaCl2中Ca2+进入到KCl间隙中而形成点缺陷的反应式为：+2CaCl+2Cl Cl24.3在缺陷反应方程式中，所谓位置平衡、电中性、质量平衡是指什么？解：位置平衡是指在化合物MaXb中，M格点数与X格点数保持正确。
电中性是指在方程式两边应具有相同的b：X=a：M的比例关系，即．名师整理优秀资源有效电荷。
质量平衡是指方程式两边应保持物质质量的守恒。
4.4（a）在MgO晶体中，肖特基缺陷的生成能为6ev，计算在25℃和1600℃时热缺陷的浓度。
（b）如果MgO晶体中，含有百万分之一mol的Al2O3杂质，则在1600℃时，MgO晶体中是热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势？说明原因。
解：（a）根据热缺陷浓度公式：（－）exp由题意△G=6ev=6×1.602×10-19=9.612×10-19JK=1.38×10-23 J/KT1=25+273=298K T2=1600+273=1873K-5110=1.92：×exp 298K-9×10=8exp1873K：（b）在MgO中加入百万分之一的Al2O3杂质，缺陷反应方程为：[ ]杂质。
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。
一、是非题：（正确的打?，错误的打?） 1、金斯特林格方程可适用至转化率100%。
（?） 2、大多数固相反应是由扩散速度所控制的。
（?）3、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 0的影响因素主要是温度及扩散激活能。
（?）10.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5、 马氏体相变的特征有（A ） 、 （B ） 、 （C ） 和（D ）。
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。
第一章几何结晶学一、名词解释①晶体、②等同点、③空间点阵、④结点、⑤对称、⑥对称型、⑦晶类、⑧单形、⑨聚形、⑩晶体定向、○11晶体常数、○12布拉菲格子、○13晶胞、○14晶胞参数、○15空间群。
二、（1）根据对称型国际符号写出对称型，并指出各对称要素的空间方位关系。
①2/m ；②mm2；③422；④6/mmm 。
（2）写出下列对称型的国际符号①3L23pc 、②L4PC 、③Li4、④L33P （3）下列晶形是对称型为L4PC 的理想形态，判断其是单形或是聚形，并说明对称要素如何将其联系起来的。
（4）下列单形能否相聚而成聚形①四方柱、四方双锥②菱面体、六方柱 ③四角三八面体、平行双面④四方四面体、四方双锥 ⑤四面体、八面体 ⑥斜方柱、四方双锥 三、计算题（2）一个立方晶系晶胞中，一晶面在晶轴X 、Y 、Z 上的截距分别为2a 、1/2a 、2/3a ，求此晶面的晶面指数。
（2）一个四方晶系晶体的晶面，在X 、Y 、Z 轴上的截距分别为3a 、4a 、6c ，求该晶面的晶面指数。
四、填空题（1） 晶体的对称要素中点对称要素种类有_____、_____、_____ 、_____ ，含有平移操作的对称要素种类有_____ 、_____ 。
它们分别是 _____、_____ 、_____ 、_____ 、_____ 、_____ 、_____ 、_____ 、_____ 、_____ 、_____ 、_____ 、_____ 、_____ 、_____ 、_____ 、_____ 、_____ 、_____ 、_____ 、_____ 、_____ 、_____ 、_____ 、_____ 、_____ 、_____ 、_____ 。
（2） 晶族、晶系、对称型、结晶学单形、几何单形、布拉菲格子、空间群的数目分别是 _____、_____ 、_____ 、_____ 、_____ 、_____ 。
无机材料科学基础课后习题答案宋晓岚黄学辉版无机材料科学基础课程组第二章答案2-1略。
2-2（1）一晶面在x、y、z轴上的截距分别为2a、3b、6c，求该晶面的晶面指（2）一晶面在x、y、z轴上的截距分别为a/3、b/2、c，求出该晶面的晶面指数。
答：（1）h:k:l==3:2:1,∴该晶面的晶面指数为（321）；（2）h:k:l=3:2:1，∴该晶面的晶面指数为（321）。
2-3在立方晶系晶胞中画出下列晶面指数和晶向指数：（001）与[]，（111）与[]，（）与[111]，（）与[236]，（257）与[]，（123）与[]，（102），（），（），[110]，[]，[]答：2-4定性描述晶体结构的参量有哪些？定量描述晶体结构的参量又有哪些？答：定性：对称轴、对称中心、晶系、点阵。
定量：晶胞参数。
2-5依据结合力的本质不同，晶体中的键合作用分为哪几类？其特点是什么？答：晶体中的键合作用可分为离子键、共价键、金属键、范德华键和氢键。
离子键的特点是没有方向性和饱和性，结合力很大。
共价键的特点是具有方向性和饱和性，结合力也很大。
金属键是没有方向性和饱和性的的共价键，结合力是离子间的静电库仑力。
范德华键是通过分子力而产生的键合，分子力很弱。
氢键是两个电负性较大的原子相结合形成的键，具有饱和性。
2-6等径球最紧密堆积的空隙有哪两种？一个球的周围有多少个四面体空隙、多少个八面体空隙？答：等径球最紧密堆积有六方和面心立方紧密堆积两种，一个球的周围有8个四面体空隙、6个八面体空隙。
2-7n个等径球作最紧密堆积时可形成多少个四面体空隙、多少个八面体空隙？不等径球是如何进行堆积的？答：n个等径球作最紧密堆积时可形成n个八面体空隙、2n个四面体空隙。
不等径球体进行紧密堆积时，可以看成由大球按等径球体紧密堆积后，小球按其大小分别填充到其空隙中，稍大的小球填充八面体空隙，稍小的小球填充四面体空隙，形成不等径球体紧密堆积。
晶体结构2、（1）一晶面在x、y、z轴上的截距分别为2a、3b、6c，求出该晶面的米勒指数；（2）一晶面在x、y、z轴上的截距分别为a/3、b/2、c，求出该晶面的米勒指数。
解：（1）h:k:l=1/2:1/3:1/6=3:2:1,∴该晶面的米勒指数为（321）；（2）（321）5、已知Mg2+半径为0.072nm，O2-半径为0.140nm，计算MgO晶体结构的堆积系数与密度。
解：MgO为NaCl型，O2-做密堆积，Mg2+填充空隙。
rO2- =0.140nm，rMg2+=0.072nm，z=4，晶胞中质点体积：(4/3³πr O2-3+4/3³πrMg2+ 3)³4，a=2(r++r-)，晶胞体积=a3，堆积系数=晶胞中MgO体积/晶胞体积=68.5%，密度=晶胞中MgO 质量/晶胞体积=3.49g/cm3。
6、计算体心立方、面心立方、密排六方晶胞中的原子数、配位数、堆积系数。
解：体心：原子数 2，配位数 8，堆积密度 55.5%；面心：原子数 4，配位数 6，堆积密度 74.04%；六方：原子数 6，配位数 6，堆积密度 74.04%。
7、从理论计算公式计算NaC1与MgO的晶格能。
MgO的熔点为2800℃，NaC1为80l℃, 请说明这种差别的原因。
解：u=z1z2e2N0A/r0×(1-1/n)/4πε0，e=1.602×10-19，ε0=8.854×10-12，N0=6.022×1023，NaCl：z1=1，z2=1，A=1.748，n Na+=7，n Cl-=9，n=8，r0=2.81910-10m，u NaCl=752KJ/mol；MgO：z1=2，z2=2，A=1.748，n O2-=7，n Mg2+=，n=7，r0=2.1010m，u MgO=392KJ/mol；∵u MgO> u NaCl，∴MgO的熔点高。
6-1 说明熔体中聚合物形成过程答：聚合物的形成是以硅氧四面体为基础单位，组成大小不同的聚合体。
可分为三个阶段初期：石英的分化；中期：缩聚并伴随变形；后期：在一定时间和一定温度下，聚合和解聚达到平衡。
6-2 简述影响熔体粘度的因素答：影响熔体粘度的主要因素：温度和熔体的组成。
碱性氧化物含量增加，剧烈降低粘度。
随温度降低，熔体粘度按指数关系递增。
6-3 名词解释（并比较其异同）⑴晶子学说和无规则网络学说⑵单键强⑶分化和缩聚⑷网络形成剂和网络变性剂答：⑴晶子学说：玻璃内部是由无数“晶子”组成，微晶子是带有晶格变形的有序区域。
它们分散在无定形介中质，晶子向无定形部分过渡是逐渐完成时，二者没有明显界限。
无规则网络学说：凡是成为玻璃态的物质和相应的晶体结构一样，也是由一个三度空间网络所构成。
这种网络是由离子多面体（三角体或四面体）构筑起来的。
晶体结构网是由多面体无数次有规律重复构成，而玻璃中结构多面体的重复没有规律性。
⑵单键强：单键强即为各种化合物分解能与该种化合物配位数的商。
⑶分化过程：架状[SiO4]断裂称为熔融石英的分化过程。
缩聚过程：分化过程产生的低聚化合物相互发生作用，形成级次较高的聚合物，次过程为缩聚过程。
⑷网络形成剂：正离子是网络形成离子，对应氧化物能单独形成玻璃。
即凡氧化物的单键能/熔点﹥者称为网络形成剂。
网络变性剂：这类氧化物不能形成玻璃，但能改变网络结构，从而使玻璃性质改变，即单键强/熔点﹤者称为网络变形剂。
6-4 试用实验方法鉴别晶体SiO2、SiO2玻璃、硅胶和SiO2熔体。
它们的结构有什么不同答：利用X—射线检测。
晶体SiO2—质点在三维空间做有规律的排列，各向异性。
SiO2熔体—内部结构为架状，近程有序，远程无序。
SiO2玻璃—各向同性。
硅胶—疏松多孔。
6-5 玻璃的组成是13wt%Na2O、13wt%CaO、74wt%SiO2，计算桥氧分数解：Na2O CaO SiO2wt% 13 13 74molmol%R=++ ×2)/ =∵Z=4 ∴X=2R﹣Z=×2﹣4=Y=Z﹣X= 4﹣=氧桥%=（×+）=%6-6 有两种不同配比的玻璃，其组成如下：试用玻璃结构参数说明两种玻璃高温下粘度的大小解：对于1：Z=4 R1=O/Si=∴ X1=2R1﹣4= Y1=Z﹣X1= 4﹣= 对于2：R2= O/Si=∴ X2=2R2﹣4= Y2= 4﹣X2= 4﹣= ∵Y1﹤Y2∴序号1的玻璃组成的粘度比序号2的玻璃小。
第10章习题•解答
1. 解释下列名词：凝聚系统，介稳平衡，低共熔点，双升点，双降点，马鞍点，连线规则，切线规则，三角形规则，重心规则。
解：凝聚系统：不含气相或气相可以忽略的系统。
介稳平衡：即热力学非平衡态，能量处于较高状态，经常出现于硅酸盐系统中。
低共熔点：是一种无变量点，系统冷却时儿种晶相同时从熔液中析出，或加热时同时融化。
双升点：处于交叉位的单转熔点。
双降点：处于共轴位的双转熔点。
马鞍点：三元相图界线上温度最高点，同时又是二元系统温度的最低点。
连线规则：将一界线（或其延长线）与相应的连线（或其延长线）相交，其交点是该界线上的温度最高点。
切线规则：将界线上某一点所作的切线与相应的连线相交，如交点在连线上，则表示界线上该处具有共熔性质；如交点在连线的延长线上，则表示界线上该处具有转熔性质，远离交点的晶相被回吸。
三角形规则：原始熔体组成点所在副三角形的三个顶点表示的物质即为其结晶产物；与这三个物质相应的初初晶区所包围的三元无变量点是其结晶结束点。
重心规则：如无变点处于其相应副三角形的重心位，则该无变点为低共熔点：如无变点处于其相应副三角形的交义位，则该无变点为单转熔点；如无变点处于其相应副三角形的共轴位，则该无变点为双转熔点。
2. 从SiCh的多晶转变现象说明硅酸盐制品中为什么经常出现介稳态晶相？
解：在573笆以下的低温，SiO2的稳.定晶型为b 一石英，加热至573°C转变为高温型的a 一石英,这种转变较快；冷却时在同一温度下以同样的速度发生逆转变。
如果加热速度过快，则a 一石英过热而在I6OO°C 时熔融。
如果加热速度很慢，则在870°C转变为a 一鳞石英。
a 一鳞石英在加热较快时，过热到1670°C时熔融。
当缓慢冷却时，在870°C仍可逆地转变为a —石英；当迅速冷却时，沿虚线过冷，在163°C转变为介稳态的b 一鳞石英，在1171转变为介稳态的& 一鳞石英。
加热时g 一鳞石英仍在原转变温度以同样的速度先后转变为b 一鳞石英和a 一鳞石英。
a 一鳞石英缓慢加热，在1470V时转变为 a 一方石英,继续加热到I713°C熔融。
当缓慢冷却时，在1470°C时可逆地转变为a 一鳞石英：当迅速冷却时，沿虚线过冷, 在180〜270°C转变为介稳状态的b 一方石英；当加热b 一方石英仍在180-270°C迅速转变为稳定状态的 a 一方石英。
爆融状态的SiO2由于粘度很大,冷却时往往成为过冷的液相—一石英玻璃。
虽然它是介稳态, 由于粘度很大在常温下可以长期不变。
如果在IOOO"C以上持久加热，也会产生析晶。
熔融状态的SiO”只有极其缓慢的冷却，才会在17I3°C可逆地转变为a —方石英。
对Si。
?的相图进行分析发现，SiO?的所有处于介稳状态的熔体的饱和蒸汽压都比相同温度范围内处于热力学稳定态的熔体的饱和蒸汽压高。
而理论和实践i正明，在给定的温度范围，具有最小蒸汽压的相一定是最稳定的相。
所以由于晶型转变速度不同，在不同的加热或冷却速率下，硅酸盐制品中经常出现介稳态晶相。
3. SiCb具有很高的熔点，硅酸盐玻璃的熔制温度也很高。
现要选择一种氧化物与SiO?在800°C的低温下形成均一的二元氧化物玻璃，请问，选何种氧化物？加入量是多少？
解：根据Na2O-SiO2系统相图可知最低共峪点为799C。
故选择Na2O能与SiO?在800C的低温下形成均—的二元氧化物玻璃。
4. 具有不一致熔融二元化合物的二元相图（图10-12 （c））在低共熔点E发生如卜•析晶过程：L=A+C, 已知E点的B含量为20%,化合物C的B含量为64%。
今有G，C?两种配料，己知G中B含量是C?中B含量的1.5倍，且在高温熔融冷却析晶时，从该二配料中析出的初相（即达到低共熔温度前析出的第一种晶体）含量相等。
请计算C” C2的组成。
z-50 z —工 -50%
解：设C2中B 含量为x,则G 中B 含量为1.5x,由题意得：
解得 x = 17.3 20-x_L5x-20
1.5x = 26
64-20 所以Cl 组成B 含量为26%, C2组成B 含量为17.3%。
5. 巳知A, B 两组分构成具有低共峪点的有限固溶体二元相图（图10-12 （i ））。
试根据下列实验数据绘 制相图的大致形状：A 的熔点1000°C, B 的熔点为700°Co 含B 为O.25mol 的试样在50（TC 完全凝固,其 中含0.733 mol 初相□和0.267mol （ a + B ）共生体。
含B 为0.5mol 的试样在同一温度下完全凝固，其中 含0.4 mol 初相a 和0.6mol （ a +。
）共生体，而a 相总量占晶相总量的50%。
实骑数据均在达到平衡状 态时测定。
解：设C 点含B 为x%,E 点含B 为y%, D 点含B 为z%,由题意借助杠杆规则得关
系式：
y-
3 \，
二 5° = 40%
*一 X
解得:
「x=5.l %
{ y=79.9%
z=94.9%
由此可碰定C 、D 、E 三点的位置，从而绘出其草图.
6. 在三元系统的浓度三角形上画出下列配料的组成点，并注意其变化规律。
1.
A=10%,B=70%,C=20% （质量百分数，下同） 2.
A=10%,B=20%,C=70% 3. A=70%, B=20%, C=10%
今有配料（1）3kg,配料（2） 2kg,配料（3） 5kg,若将此三配料混合加热至完全熔融，试根据杠杆规则用作图法求熔体的组成。
解：根据题中所给条件，在浓度三角形中找到三个配料组成点的位置。
连接配料（1）与配料（2）的组成 点，按杠杆规则求其混合后的组成点。
再将此点与配料（3）的组成点连接，此连线的中点即为所求的熔体 组成点。
7-图〔1。
-24 （e ））是具有双降升点的生成一个不一致熔融三元化合物的三元相图。
清分析1, 2, 3点的 析晶路程的各自特点，并在图中用阴影标出析品时可能发生穿相区的组成范围。
组成点n 在SC 连线上， 请分析它的析晶路程。
席物元钏以⑴］岩小用加也如方+⑴］
+ e,S + B M 消失)]—
誓Eg )[d,$ + 方 + (Q]
熔体2的析品路程:
席间京老如①］芬产以如例土告踞心,如方+例
x F-o 璀")[& 点+S +3消失)Eg> A + S+O]
f 心y (2. A +S +C) P Y F-0
熔体3的析晶路程;
谭伟
二岩才 J" A + 3）】一房食t R"供 A M + ）］ 4 匹人施乃[$・$ + (4 8同11清失)]—J 心 *lT M [S,S + (C)1
P ・4.F ・Q P ・2F ・2 衡 f SSS —孩冷 g 13. S 〃 + 5
8.在（图 10-36）中：
（1）
.划分副三角形； （2） .用箭头标出界线上温度下降的方向及界线的性质；
⑶.判断化合物的性质；
（4）.写出各无变景点的性质及反应式；分析M 点的析晶路程，写出刚到达析晶终点时各晶相的含鼐。
解：（1）、（2）见图解；
(3) S1不一致熔融化合物，S2一致熔融化合物，S3不一致熔融化合物，S4不一致熔融化合物，S5—致 熔融化合物，S6一致熔融化合物。
(4) E 为单转熔点：L+C®S6+S S
F 为双转熔点：L®S 4-S 6-S 5
解：熔体1的析晶路程:
G为单转熔点：L+S G^S’+S]
H为单转峪点：L+S4®S3+S5
9. 分析相图(图10-37)中点1、2熔体的析晶路程。
(注:S、1、E在一条直线上)。
解：熔体1具有穿相区的特征，液相在E3点反应完，同相只剩S一个相，所以穿过S相区，最终在E2点结束。
熔体2液相在E3点反应完，同相剩S和B两个相，无穿相区情况，最终在E2点结束。
10. 在Na2O-CaO-SiO2相图(图10-35)中:
(1) 划分出全部的副三角形；
(2) 判断界线的温度变化方向及界线的性质：
⑶写出无变量点的平衡关系式；
⑷分析并写出M点的析晶路程(M点在CS与NC3S6连线的延长线上，注意穿相区的情况)o
解:⑴、⑵见图解;
⑶见下表：
表10-14 Na2O-CaO-SiO2系统富硅部分的无变量点的性质
（4） M点位于△ NC3S6-NS2-NCS5内，在4点析晶结束，最终晶相为：NC3S6^ NS2NCS5o开始析出B CS,经过晶型转变、转熔等一系列反应，连穿三个相区，最终在4点析晶结束。
11. 一个陶瓷配方，含长石（K20 - A12O3 - 6SiO2） 39%,脱水高岭土（A12O3 - 2SiO2） 61%,在1200°C烧成。
问：
⑴瓷体中存在哪几相？⑵所含各相的重量百分数是多少？
解：在K2O-Al2O3-SiO2系统相图的配料三角形（图10-32）中根据长石与脱水高岭土的含量确定配料组成点，然后在产物三角形（图10-32）找最终平衡相，根据杠杆规则计算各相组成。
