材料科学基础2--第三章-烧结过程

第二章晶体结构2.1名词解释晶体由原子(或离子分子等)在空间作周期性排列所构成的固态物质晶胞是能够反应晶体结构特征的最小单位, 晶体可看成晶胞的无间隙堆垛而成。

晶体结构中的平行六面体单位点阵(空间点阵) 一系列在三维空间按周期性排列的几何点.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,又叫点群.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把基元以相同的方式放置在每个格点上，就得到实际的晶体结构。

基元只有一个原子的晶格称为布拉菲格子。

范德华健分子间由于色散、诱导、取向作用而产生的吸引力的总和配位数:晶体结构中任一原子周围最近邻且等距离的原子数.2.2试从晶体结构的周期性论述晶体点阵结构不可能有5次和大于6次的旋转对称?2.3金属Ni具有立方最紧密堆积的结构试问: I一个晶胞中有几个Ni原子？ II 若已知Ni原子的半径为0.125nm，其晶胞边长为多少？2.4金属铝属立方晶系，其边长为0.405nm，假定其质量密度为2.7g/m3试确定其晶胞的布拉维格子类型2.5某晶体具有四方结构，其晶胞参数为a=b,c=a/2,若一晶面在x y z轴上的截距分别为2a 3b 6c,试着给出该晶面的密勒指数。

2.6试着画出立方晶体结构中的下列晶面（001）（110）（111）并分别标出下列晶向[210] [111] [101].2.14氯化铯（CsCl）晶体属于简立方结构，假设Cs+和Cl-沿立方对角线接触，且Cs+的半径为0.170nm Cl-的半径为0.181nm，试计算氯化铯晶体结构中离子的堆积密度，并结合紧密堆积结构的堆积密度对其堆积特点进行讨论。

2.15氧化锂（Li2O）的晶体结构可看成由O2-按照面心立方密堆，Li+占据其四面体空隙中，若Li+半径为0.074nm，O2-半径为0.140nm试计算I Li2O的晶胞常数 II O2-密堆积所形成的空隙能容纳阳正离子的最大半径是多少。

材料科学基础知到章节测试答案智慧树2023年最新山东理工大学第一章测试1.材料科学主要解决的是为什么问题。

（）参考答案:对2.材料科学的核心问题是材料的结构与性能及其相互关系。

（）参考答案:对3.工具是人类文明进步的标志。

（）参考答案:对4.材料科学是当今带头学科之一。

（）参考答案:对5.材料科学与材料工程的界线越来越明显。

（）参考答案:错1.下面关于固溶体形成说法正确的是（）。

参考答案:在晶体生长过程中生成;从溶液中析晶时形成;通过烧结过程由原子扩散形成;从熔体中析晶时形成2.形成置换型连续性固溶体的主要条件（）。

参考答案:离子尺寸相近;电负性相近;晶体结构相同;离子电价相等或电价总和相等3.在下面非化学计量结构化合物中属于n型半导体的是（）。

参考答案:Zn1+x O;TiO2-x4.关于刃型位错说法正确是（）。

参考答案:位错线与原子滑移方向相垂直5.在NaCl晶体中，Na离子占据Cl离子晶格位置后，该缺陷有效电荷数是（）。

参考答案:21.硅酸盐高温熔体具有近程有序的特点。

（）参考答案:对2.二价阳离子（如Ca, Mg等）对硅酸盐高温熔体的粘度影响正确的是（）参考答案:能降低粘度;与极化有关3.根据单键能的大小，Al2O3属于是（）参考答案:中间体4.硅酸盐玻璃具有各向异性的特点。

（）参考答案:错5.共价键越强越容易形成玻璃。

（）参考答案:错1.固体表面与被吸附质点之间相互作用，如果发生在极性分子与非极性分子之间，这种作用力被称为（）。

参考答案:诱导作用2.当表面形成双电层后，它将向内层发生作用，并引起内层离子的极化和重排，表面效应所能达到的深度，与阴、阳离子的半径差有关，差愈大深度愈深。

（）参考答案:对3.在润湿的前提下，表面粗糙越小，固液之间的润湿性越好。

（）参考答案:错4.在润湿过程中，去除固体表面吸附膜是为了提高γSL。

（）参考答案:错5.黏土在下列哪种溶液中的阳离子交换容量最大（）。

（１）常压烧结：又称无压烧结。

属于在大气压条件下坯体自由烧结的过程。

在无外加动力下材料开始烧结，温度一般达到材料的熔点０．５－０．８即可。

在此温度下固相烧结能引起足够原子扩散，液相烧结可促使液相形成或由化学反应产生液相促进扩散和粘滞流动的发生。

常压烧结中准确制定烧成曲线至关重要。

合适的升温制度方能保证制品减少开裂与结构缺陷现象，提高成品率。

（２）热压烧结与热等静压烧结：热压烧结指在烧成过程中施加一定的压力（在１０～４０ＭＰａ），促使材料加速流动、重排与致密化。

采用热压烧结方法一般比常压烧结温度低１００ºC左右，主要根据不同制品及有无液相生成而异。

热压烧结采用预成型或将粉料直接装在模内，工艺方法较简单。

该烧结法制品密度高，理论密度可达９９％，制品性能优良。

不过此烧结法不易生产形状复杂制品，烧结生产规模较小，成本高。

作为陶瓷烧结手段，利用来自于表面能的表面应力而达到致密化的常压烧结法虽是一般常用的方法，但是，不依赖于表面应力，而在高温下借助于外压的方法，也是可以采用的。

这就是称为热压法的烧结方法。

广义来说，在加压下进行烧结的方法包括所有这类方法，超高压烧结和热等静压（HIP）烧结也属于这类方法。

不过，一般都作为在高温下施加单轴压力进行烧结的方法来理解。

其基本结构示于图1。

首先，制备粉体试料，置于模型中，在规定温度下加热、加压，获得烧结体。

由于下述原因而采用这种方法：（1）烧结温度降低；（2）烧结速度提高；（3）使难烧结物质达到致密化。

因为能够在颗粒成长或重新结晶不大可能进行的温度范围达到致密化，所以，可获得由微小晶粒构成的高强度、高密度烧结体。

图2所示，是热压对陶瓷致密化影响效果之一例。

将热压作为制造制品的手段而加以利用的实例有：氧化铝、铁氧体、碳化硼、氮化硼等工程陶瓷。

连续热压烧结生产效率高，但设备与模具费用较高，又不利于过高过厚制品的烧制。

热等静压烧结可克服上述弊缺，适合形状复杂制品生产。

、烧结（1）、烧结基本原理烧结是粉末冶金生产过程中最基本的工序之一。

烧结对最终产品的性能起着决定性作用，因为由烧结造成的废品是无法通过以后的工序挽救的；相反，烧结前的工序中的某些缺陷，在一定的范围内可以通过烧结工艺的调整，例如适当改变温度，调节升降温时间与速度等而加以纠正。

烧结是粉末或粉末压坯，加热到低于其中基本成分的熔点温度，然后以一定的方法和速度冷却到室温的过程。

烧结的结果是粉末颗粒之间发生粘结，烧结体的强度增加。

在烧结过程中发生一系列物理和化学的变化，把粉末颗粒的聚集体变成为晶粒的聚结体，从而获得具有所需物理，机械性能的制品或材料。

烧结时，除了粉末颗粒联结外，还可能发生致密化，合金化，热处理，联接等作用。

人们一般还把金属粉末烧结过程分类为：1、单相粉末（纯金属、古熔体或金属化合物）烧结；2、多相粉末（金属—金属或金属—非金属）固相烧结；3、多相粉末液相烧结；4、熔浸。

通常在目前PORITE微小轴承所接触的和需要了解的为前三类烧结。

通常在烧结过程中粉末颗粒常发生有以下几个阶段的变化：1、颗粒间开始联结；2、颗粒间粘结颈长大；3、孔隙通道的封闭；4、孔隙球化；5、孔隙收缩；6、孔隙粗化。

上述烧结过程中的种种变化都与物质的运动和迁移密切相关。

理论上机理为：1、蒸发凝聚；2、体积扩散；3、表面扩散；4、晶间扩散；5、粘性流动；6、塑性流动。

(2)、烧结工艺2-1、烧结的过程粉末冶金的烧结过程大致可以分成四个温度阶段：低温预烧阶段，在此阶段主要发生金属的回复及吸附气体和水分的挥 发，压坯内成形剂的分解和排除等。

在PORITE 微小铜、铁系轴承中，用R 、B 、 O(Rapid Burning Off)来代替低温预烧阶段，且铜、铁系产品经过R 、B 、O 后会氧化，但在本体中可以被还原，同时还可以促进烧结。

2、中温升温烧结阶段，在此阶段开始出现再结晶，首先在颗粒内，变形 的晶粒得以恢复，改组为新晶粒，同时颗粒表面氧化物被完全还原，颗粒界 面形成烧结颈。

1第四章烧结4.1 4.1 概述概述烧结是粉末冶金生产过程中最基本的工序之一烧结是粉末冶金生产过程中最基本的工序之一。

烧结是粉末和粉末压坯烧结是粉末和粉末压坯，，在适当温度和气氛下加热所发生的现象或过程所发生的现象或过程。

2按烧结过程有无明显的液相出现和烧结系统的组成分为和烧结系统的组成分为：：1）单元系烧结2）多元系固相烧结3) 3) 多元系液相烧结多元系液相烧结3粘结阶段颗粒的原始接触点或面转变成晶体结合颗粒的原始接触点或面转变成晶体结合，，即通过成核即通过成核、、结晶长大等原子过程形成烧结颈等原子过程形成烧结颈。

烧结体密度烧结体密度、、烧结体强度烧结体强度、、导电性等的变化烧结颈长大阶段原子向颗粒结合面迁移原子向颗粒结合面迁移，，烧结颈扩大烧结颈扩大，，颗粒间距缩小颗粒间距缩小，，晶粒长大，晶界越过孔隙移动晶界越过孔隙移动。

烧结体密度烧结体密度、、烧结体强度等的变化闭孔隙球化和缩小阶段烧结体致密度达到烧结体致密度达到90%90%90%以上以上以上，，孔隙闭合后孔隙闭合后，，孔隙形状趋于球形并缩小缩小。

4.2 4.2 烧结的基本过程烧结的基本过程41）烧结为什么会发生烧结为什么会发生？？2）烧结是怎样进行的烧结是怎样进行的？？4.34.3 烧结理论的两个最基本的问题51）烧结为什么会发生烧结为什么会发生？？烧结是系统自由能减低的过程。

•由于颗粒结合面的增大和颗粒表面的平直化，粉末体的总表面积和总表面自由能减小•粉末体内孔隙的总体积和总表面积减小•粉末内晶格畸变的消除62）烧结是怎样进行的烧结是怎样进行的？？烧结的机构和动力学问题，研究烧结过程中各种物质迁移方式以及速率。

7单元系烧结是指:纯金属或有固定成分的化合物的粉末在固态下的烧结，不会出现新组成物或者新相，也不会出现凝聚状态的改变。

4.4 4.4 单元系烧结单元系烧结8一、烧结温度和时间•单元系的烧结主要机构是扩散和流动构是扩散和流动。

《无机材料科学基础》课程教学大纲课程英文名称：Fundamentals of Inorganic Materials Science课程编号：1313014002课程计划学时：72学分：4.5课程简介：《无机材料科学基础》课程是一门专业基础理论课程，适用于硅酸盐工程与无机材料科学与工程专业。

主要讲授本专业范围内各种物理化学过程的变化和共性规律，为学生学习专业课打下理论基础，是一门必修的重点课程。

本课程是在修完无机化学、物理学、物理化学、结晶矿物岩石学等课程之后，方能开设的课程。

通过本课程的学习，可以使学生了解无机材料的组成-结构-性能之间的相互关系和变化规律，为学生学习专业课程和将来从事无机材料的研究与开发奠定理论基础。

一、课程教学内容及教学基本要求绪论（1学时）要求了解无机材料的分类，特点，组成、结构、性能、工艺以及其与环境的关系。

第一章晶体结构（12学时）本章重点为晶体化学基本原理、典型晶体结构和硅酸盐晶体结构，难点为硅酸盐晶体结构。

第一节结晶学基础本节要求了解各晶系晶体定向法则与结晶符号的表示方法(考核概率0%)，理解晶体的基本性质、晶胞与空间点阵的概念与区别(考核概率50%)，掌握七大晶系与十四种布拉维格子的划分与特征(考核概率40%)。

1 晶体的基本概念与性质；2 晶胞与空间点阵；3 晶体的对称分类——7个晶系和14种布拉维格子；4 晶体定向与结晶学指数——晶面指数与晶向指数。

第二节晶体化学基本原理本节要求了解晶体中质点间的结合力与结合能(考核概率0%)，理解球体最紧密堆积原理和影响离子晶体结构的因素(考核概率40%)，掌握同质多晶和类质同晶的概念以及鲍林规则的应用(考核概率100%)1 晶体中质点间的结合力与结合能；2 晶体中质点的堆积——球体最紧密堆积原理；3 影响离子晶体结构的因素——原子半径和离子半径，配位数与配位多面体，离子极化，电负性，结晶化学定律；4 同质多晶与类质同晶；5 鲍林规则。

第三版胡赓祥材料科学基础课后答案与知识点总结本文档总结了第三版胡赓祥《材料科学基础》教材中的课后答案和知识点。

以下是各章节的内容概述：第一章：材料科学基本概念- 知识点1：材料的定义和分类，包括金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料。

- 知识点2：材料的性能和性质，如力学性能、物理性能、化学性能等。

- 知识点3：材料的结构，包括晶体结构和非晶体结构。

- 知识点4：材料的制备和加工方法，如熔融法、溶液法、固相反应法等。

第二章：金属材料- 知识点1：金属的晶体结构，如面心立方结构、体心立方结构等。

- 知识点2：金属的晶体缺陷，如点缺陷、线缺陷和面缺陷。

- 知识点3：金属的力学性能，包括弹性模量、屈服强度、延展性等。

- 知识点4：金属的热处理，如退火、淬火和时效处理等。

第三章：无机非金属材料- 知识点1：陶瓷材料的分类，如氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷等。

- 知识点2：陶瓷材料的晶体结构，如离子晶体结构、共价晶体结构等。

- 知识点3：陶瓷材料的力学性能，包括硬度、脆性、抗拉强度等。

- 知识点4：陶瓷材料的制备和加工方法，如烧结法、凝胶法和溶胶-凝胶法等。

第四章：高分子材料- 知识点1：高分子材料的分类，如线性高分子、交联高分子等。

- 知识点2：高分子材料的分子结构，如线性结构、支化结构等。

- 知识点3：高分子材料的物理性能，包括玻璃化转变温度、熔融温度等。

- 知识点4：高分子材料的制备和加工方法，如聚合法、拉伸法和挤出法等。

第五章：复合材料- 知识点1：复合材料的分类，如纤维增强复合材料、颗粒增强复合材料等。

- 知识点2：复合材料的基体材料和增强材料，如树脂基体、碳纤维增强材料等。

- 知识点3：复合材料的力学性能，包括弯曲强度、拉伸强度等。

- 知识点4：复合材料的制备和加工方法，如层压法、注射法和浸渍法等。

以上是《材料科学基础》教材第三版的课后答案和知识点总结。

希望对您的学习有所帮助。