2013年天津工业大学《无机非金属材料》复试复习提纲的参考答案(个人版)

诺奖：1.晶体：由结晶物质构成的、其内部的构造质点(如原子、分子)呈平移周期性重复排列的固体。

七大晶系的晶胞参数特点：1/d=h/a+k/b+l/c单斜晶系1/d2={h2/a2+k2sin2β/b2+l2/c2－2hlcosβ/(ac)}/ sin2β立方晶系d=a/(h2+k2+l2)六角晶系四角晶系单斜晶系三斜晶系配位数与离子半径比的证明：一般离子晶体配位数由阴阳离子半径决定：一般来说半径比（rˉ/r+)在0.2~0.4之间的，配位数为4；0.4~0.7之间，配位数为6；0.7~1.0之间的，配位数为8。

配位数与 r+/r- 之比的关系:0.225 ---- 0.414 4配位 ZnS 式晶体结构0.414 ---- 0.732 6配位 NaCl式晶体结构0.732 ---- 1.000 8配位 CsCl式晶体结构2.相变的基本概念：物质从一种相转变为另一种相的过程。

物质系统中物理、化学性质完全相同，与其他部分具有明显分界面的均匀部分称为相。

与固、液、气三态对应，物质有固相、液相、气相。

相变是随自由能变化而发生的相的结构的变化。

相变过程是物质从一个相转变为另一个相的过程。

一般相变前后相的化学组成不变。

狭义上讲，相变仅限于同组成的两相之间的结构变化。

A(结构X)——A（结构Y）；广义上讲，相变应包括过程前后相组成发生变化的情况。

相变包括许多种类，例如凝聚、蒸发、升华、结晶、熔融、晶型转变、有序-无序转变，分相等。

相变的分类：一按热力学分类：一级相变、二级相变和高级相变1、一级相变：体系由一相变为另一相时，如两相的化学势相等，但化学势的一级偏微商（一级导数）不相等的相变称为一级相变，2、二级相变：二级相变时两相化学势相等，其一级偏微商也相等，但二级偏微商不等3、高级相变：在临界温度，临界压力时，一阶，二阶偏导数相等，而三阶偏导数不相等的相变成为三级相变。

二按相变方式分类：1、成核-长大型相变：由程度大、但范围小的浓度起伏开始发生相变，并形成新相核心称为成核-长大型相变；2、连续型相变：由程度小、范围广的浓度起伏连续地长大形成新相，称为连续型相变。

三、按质点迁移特征分类1、扩散型：相变是依靠原子（或离子）的扩散来进行的。

如晶型转变，熔体中析晶、气-固；液-固相相变和有序-无序转变。

2、无扩散型：低温下进行的纯金属（锆、钛、钴等）同素异构转变以及一些合金中的马氏体转变。

四、马氏体（Martensite）相变马氏体相变的特征是相变时新相和母相之间具有严格的取向关系，靠切变维持共格晶界，并存在一个习性平面，在相变前后保持既不扭曲变形也不旋转的状态。

马氏体相变无扩散性而且速度很高，有时可达声速。

相变时没有特定的温度而是在一个温度范围内进行。

马氏体相变开始温度为MS，相变完成的温度为Mf。

马氏体相变不仅发生在金属中，在无机非金属材料中也有出现，例如ZrO2中都存在这种相变。

目前广泛应用ZrO2由四方晶系转变为单斜晶系的马氏体相变过程进行无机高温结构材料的相变增韧。

五、有序-无序转变有序-无序转变是固体相变的又一种机理。

在理想晶体中，原子周期性的排列在规则的位置上，这种情况称为完全有序。

然而固体除了在0K的温度下可能完全有序外，在高于0K的温度下，质点热振动使其位置与方向均发生变化，从而产生位置与方向的无序性。

在许多合金与固溶体中，在高温时原子排列呈无序状态，而在低温时则呈有序状态，这种随温度升降而出现低温有序和高温无序的可逆转变过程称为有序无序转变。

一般用有序参数ξ来表示材料中有序无序的程度，完全有序时ξ为1，完全无序时ξ为0。

wrwR+-=ξ式中R-原子占据应该占据的位置；w-原子占据不应该占据的位置；R+w----该原子的总数。

有序参数分为远程有序和近程有序参数，如为后者时，将w理解为原子A最近程原子B的位置被错占的位置数即可。

3．晶体缺陷：在实际晶体中，由于原子（或离子、分子）的热运动，以及晶体的形成条件、冷热加工过程和其他辐射、杂质等因素的影响，实际晶体中原子的排列不可能那样规则、完整，常存在各种偏离理想结构的情况，即晶体缺陷晶体缺陷的分类：（1）按缺陷的几何形态分类可分为四类：点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷。

（2）按缺陷产生的原因分类：热缺陷、杂质缺陷、非化学计量缺陷、其它原因（如电荷缺陷，辐照缺陷等）点缺陷（零维缺陷）：晶格中的填隙原子、空位、俘获电子的空穴、杂质原子等，称为点缺陷。

这些缺陷约占一个原子的尺寸，引起晶格周期性在一到几个原胞内发生紊乱。

点缺陷的分类：（1）弗兰克尔克尔缺陷：正常格点上的原子，无时无刻不在作围绕平衡点的振动。

由于存在热运动的涨落，涨幅大的原子就会摆脱平衡位置而进入原子间隙位置。

这种有一个正常原子同时产生一个间隙原子和一个空位的缺陷称为福伦克尔缺陷。

弗伦克尔缺陷的特点是空位和填隙原子同时出现，晶体体积不发生变化，晶体不会因为出现空位而产生密度变化。

空位＋填隙原子（2）肖特基缺陷：某格点上的原子，由于热运动的涨落，某时刻他的涨幅会变得很大，会将最近邻的原子挤跑，而自己占据这一最近邻的格点，而被他挤跑的一个原子依次如此。

晶体内这种不伴随填隙原子产生的空位，成为肖特基缺陷。

肖特基缺陷的特点是晶体表面增加了新的原子层，晶体内部只有空位缺陷，且晶体体积膨胀，密度下降。

（空位+表面原子）（3）替位式杂质原子：在晶体的生长、半导体材料及电子陶瓷材料制备中，常常有目的的加入一些杂质原子，让其形成替位式杂质。

（4）色心：能吸收光的点缺陷称为色心。

（莫罗定律）3线缺陷（一维缺陷）：晶体内沿某一条线上附近的原子的排列与完整晶格不相同产生的缺陷。

沿一平面，晶体的一部分相对于另一部分发生滑动，在滑移部分与未滑移部分的交界处，晶格容易发生错位，这种线缺陷成为位错。

典型的位错有两种：（1）刃位错位将晶体的上半部分向左平移一个原子间距，使晶体内有一个原子平面在晶体内部中断，其中断处的边沿即刃型位错。

（2）螺位错。

将晶体的右半部分向下移动一个原子间距，而在分界线的区域形成一螺旋面，分界线即螺型位错（3）位错的特征：离位错线较远处，原子排列接近于完整晶体；离位错线较近处，原子排列有较大错乱；线缺陷的产生及运动与材料的韧性、脆性密切相关。

3.面缺陷：面缺陷又称为二维缺陷，是指在二维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列而产生的缺陷，即缺陷尺寸在二维方向上延伸，在第三维方向上很小。

如晶界、相界、表面、堆积层错、镶嵌结构等。

面缺陷的取向及分布与材料的断裂韧性有关。

4.体缺陷也称为三维缺陷，指晶体中在三维方向上相对尺度比较大的缺陷，和基质晶体已经不属于同一物相，是异相缺陷。

固体材料中最基本和最重要的晶体缺陷是点缺陷，包括本征缺陷和杂质缺陷等zbA4.无机材料的分析方法有哪些？答：X射线衍射分析（XRD）扫描电子显微分析(SEM) 能谱分析(EDS) 波谱分析(WDS) 差热分析(DTA) 热重分析(TG) 红外光分析(IR) 差示扫描量热分析(DSC) 透射电镜显微分析(TEM) 微商热重法(DTG) 傅里叶变换红外光谱分析(FTIR) 关于组成的分析检测技术有哪些？答：材料的化学成分分析除了传统的化学分析技术外，还包括质谱、紫外、可见光、红外光谱分析，气、液相色谱，核磁共振，电子自旋共振、X射线荧光光谱、俄歇与X射线光电子谱、二次离子质谱，电子探针、原子探针、激光探针等。

关于结构的分析检测技术有哪些？材料结构的测定仍以衍射方法为主。

衍射方法主要有X射线衍射、电子衍射、中子衍射、穆斯堡谱、伽马射线衍射等。

应用最多最普遍的是X射线衍射，这一技术包括徳拜粉末照相分析、高温、常温、低温衍射仪、被反射和透射劳厄照相，测定单晶结构的四联衍射仪等。

检测仪器分辨率体视显微镜mm(毫米)--μm（微米）光学显微镜μm（微米）电子扫描显微微米--纳米（nm）达0.7nm透射电镜观察到原子排列面，达0.2nm场离子显微镜形貌观察 0.2--0.3nm隧道扫描显微镜观察到原子结构0.05--0.2nm提示：成分分析化学分析：化验物理分析：物理量间接测定谱学分析：红外光谱、光电子能谱，等结构分析光学显微镜、SEM、TEM、场离子显微镜、隧道扫描显微镜等5.固溶体：固溶体是以某一组元为溶剂，在其晶体阵点中溶入其他组元原子（溶质原子）所形成的均匀混合的固态溶体，它保持着溶剂的晶体结构。

影响固溶体溶解度的因素：a，晶体结构，只有当两组元的晶体结构相同的时候才可能无限互溶；b原子尺寸因素，当原子半径差小于15%，溶解度较大，反之较小；c化学亲和力，当两组元的化学亲和力越强时，电负性差越大，倾向于生成化合物而不利于生成固溶体，反之；d原子价因素，一般情况溶质的原子价越高，其溶解度越小；e温度，大多情况，温度上升，溶解度上升，反之。

（P42）固溶体的分类：（1）按溶质原子在晶格中所占位置分类置换固溶体：它是指溶质原予位于溶剂晶格的某些结点位置所形成的固溶体，犹如这些结点上的溶剂原于被溶质原子所置换一样，因此称之为置换固溶体间隙固溶体：溶质原子不是占据溶剂晶格的正常结点位置，而是填入溶剂原予间的一些间隙中，（2）按固溶度分类有限固溶体：在一定条件下，溶质组元在固溶体中的浓度有一定的限度，超过这个限度就不再溶解了。

这一限度称为溶解度或固溶度，这种固溶体就称为有限固溶体。

大部分固溶体都属于有限固溶体无限固溶体：溶质能以任意比例溶入溶剂，固溶体的溶解度可达100%，这种固溶体就称为无限固溶体。

无限固溶体的溶剂和溶质事实上此时很难区分溶剂与溶质，二者可以互换。

通常以浓度大于50%的组元为溶剂，浓度小50%的组元为溶质。

由此可见无限固溶体只可能是置换固溶体（3）按溶质原子与溶剂原子的相对分布分类无序同溶体：溶质原子统计地或随机地分布于溶剂的晶格中，它或占据着与溶剂原子等同的一些位置，或占据着溶剂原子间的间隙中，看不出有什么次序性或规律性，这类固溶体叫做无序固溶体。

有序固溶体：当溶质原子按适当比例并按一定顺序和一定方向，围绕着溶剂原子分布时，这种固溶体就叫有序固溶体它既可以是置换式的有序也可以是间隙式的有序可以将有序固溶体看作是金属化合物但是应当指出，有的固溶体由于有序化的结果，会引起结构类型的变化，所以也可以将它看作是金属化合物。

（4）除上述分类方法外还有一些其它的分类方法如以纯金属为基的固溶体称为一次固溶体或端际固溶体，以化合物为基的固溶体称为二次固溶体，等等6.无机粉体材料的制备方法及特点总的来说无机粉体材料的制备方法可以分为物理方法和化学方法物理方法：（1）粉碎法：借用各种外力，如机械力、流能力、化学能、声能、热能等使现有的块状物料粉碎成粉体。

其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。