《材料物理化学》课程知识要点
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《物理化学》课程标准课程编号:课程名称:物理化学适用专业:精细化工应用化工煤化工生物化工食品工程教学模式:“教、学、做”一体化教学计划学时:66第一部分前言一、课程的性质《物理化学》是化工、食品类各专业的一门重要的基础理论课程,它运用数学、物理学等基础科学的理论和实验方法,研究化学变化包括相变化和pVT 变化中的平衡规律和速率规律,为后面的专业课程和实践课提供更直接的理论基础。
它也是培养应用型技术人才的整体知识结构及能力结构的重要组成部分。
先修课:《无机化学》、《分析化学》、《高等数学》等后续课:《化工原理》、《化工工艺学》、《反应工程》、《化工生产技术》、《化工工艺设计》等二、课程的基本理念1.遵循以服务为宗旨、以就业为导向、以能力为本位的职业教育原则。
在理论与实践教学中紧密围绕培养应用型技术人才的基本职业能力进行设计。
2.注重培养学生将理论知识与实践结合,进行分析问题、解决问题的能力。
3.把创新素质的培养贯穿于教学中。
采用行之有效的教学方法,注意发展学生专业思维和专业应用能力。
三、课程的设计思路《物理化学》课程以“突出职业能力培养”为教育理念,内容以:必须、够用为原则,教学中要力求以经典理论为主线,以掌握概念、强化应用为重点,以培养能力、提高素质为中心,体现理论与实践内容一体化的教学模式,实现内容的项目化、模块化。
一、课程目标教学目标和总体要求1.通过本课程的学习,使学生明确物理化学的重要概念及基本原理,牢固地掌握物理化学基础理论知识,掌握物理化学的基本计算方法。
为后续课程的学习打下良好基础。
2.通过本课程的学习,使学生增强分析和解决化学问题的能力。
特别是使学生进一步具备根据具体条件应用理论解决实际问题的职业能力。
3.通过行为导向的项目式教学,加强学生实践技能的培养,培养学生的综合职业能力和职业素养;独立学习及获取新知识、新技能、新方法的能力;与人效、沟通及合作等方面的态度和能力。
二、职业能力目标(一)知识目标1. 掌握热力学的基本概念,重点掌握状态函数的特点。
材料物理专业的课程通常涵盖基础物理学、材料科学和工程学的知识,旨在培养学生对材料性能和行为的理解以及相关应用技能。
以下是一些常见的材料物理专业课程:1. 材料科学与工程导论:介绍材料科学与工程学科的基本概念、原理和应用领域,为后续课程打下基础。
2. 固体物理学:研究物质的结构、晶体学、电子结构、晶格振动等方面的知识,以及材料的电磁、热力学和力学性质。
3. 材料加工与制备技术:包括材料的合成、处理和改性技术,例如薄膜沉积、固态合金化、高温处理等。
4. 材料表征与测试方法:介绍材料性能的测试和表征方法,如X射线衍射、扫描电子显微镜、红外光谱等。
5. 材料物理学:深入研究材料的电、磁、光、声、力学等性质,以及这些性质与材料结构之间的关系。
6. 材料力学:探索材料的力学行为,包括弹性、塑性、断裂和疲劳等方面的知识。
7. 材料化学与催化:介绍材料的化学反应和催化过程,以及材料在能源转换、环境保护等方面的应用。
8. 光电子材料与器件:讨论光电子材料的基本原理,以及光电传感器、太阳能电池、液晶显示器等器件的工作原理与应用。
9. 新材料与纳米材料:了解新兴材料和纳米材料的发展趋势、制备方法和特性,以及其在能源、生物医学和电子等领域的应用。
10. 材料设计与模拟:学习材料的计算模拟方法,包括分子动力学、量子力学等,用于模拟材料的结构、性能和相互作用。
这些课程涵盖了材料物理专业的核心知识和技能。
具体课程设置可能会因学校和课程设置而有所不同。
学生还可以根据自己的兴趣和发展方向选择一些选修课程,如材料电子学、材料化学等,以进一步深入特定领域的研究。
物理化学Physical Chemistry一、课程基本情况课程类别:学科基础课课程学分:3学分课程总学时:48 学时,其中讲课:48 学时课程性质:必修开课学期:第3学期先修课程:高等数学、大学物理、材料化学适用专业:应用化学,材料物理等教材:沈文霞编,《物理化学核心教程》,科学出版社,2009年。
开课单位:物理与光电工程学院材料物理系二、课程性质、教学目标和任务本课程是适用于应用化学,材料物理等相关专业的学科基础课,本课程主要解决化学反应的方向和限度、化学反应的速率和机理等方面的问题,着重研究学科内更具普遍性的、更本质的化学运动内在规律,研究化学中的物质运动基本规律。
通过本课程的学习,要求学生了解和理解物理化学中重要的基本概念和基本知识,掌握各基本原理、定律、规则,并能进行计算和综合运用,解决一些实际问题,使学生在今后的实际工作中能有意识的运用化学观点去思考、认识和解决问题。
该课程的任务是激发学生学习化学的兴趣,将化学知识体系和思维方法传授给学生,培养学生分析和解决一般化学问题的能力,提高学生的化学素质,从而为后继课程以及今后从事生产和科研打下一定的化学基础。
三、教学内容和要求第1章绪论(1学时)(1)明确为什么要学习物理化学,了解物理化学课程内容;(2)掌握物理化学研究与学习的方法;(3)掌握物理量的表示与运算。
重点:物理量的表示难点:物理量的表示与运算第2章气体(2学时)(1)了解低压气体的经验定律、真实气体的状态方程;(2)理解液体的饱和蒸汽压和临界状态;(3)理解道尔顿分压定律和阿马格分体积定律(4)掌握理想气体的状态方程、混合物组成表示法;重点:混合物组成表示法;难点:液体的饱和蒸汽压和临界状态;道尔顿分压定律和阿马格分体积定律;第3章热力学第一定律(7学时)3.1 热力学概论(0.5学时)(1)了解热力学的研究对象;热力学的研究方法和(2)理解热力学研究方法的局限性;(3)掌握热力学研究方法;重点:热力学研究方法;难点:热力学研究方法的局限性;3.2 热力学的一些基本概念(0.5学时)(1)掌握热力学的一些基本概念;(2)掌握状态函数的特点;重点:热力学的一些基本概念;难点:状态函数的特点;3.3 热力学第一定律(1学时)(1)理解内能(U )和焓(H)都是状态函数、热(Q)和功(W )都是与途径有关的过程量。
《物理化学》教学大纲一、课程基本信息课程名称:物理化学课程类别:专业基础课课程学分:X学分课程总学时:X学时二、课程的性质、目的和任务(一)课程性质物理化学是化学学科的一个重要分支,是化学专业及相关专业学生必修的一门基础课程。
它运用物理学的原理和方法,研究化学变化的基本规律,是连接无机化学、有机化学、分析化学等基础学科与化工原理、化学工艺学等应用学科的桥梁。
(二)课程目的通过本课程的学习,使学生系统地掌握物理化学的基本概念、基本原理和基本方法,培养学生运用物理化学的理论和方法分析和解决化学问题的能力,为后续课程的学习和今后从事化学及相关领域的研究、开发和生产工作打下坚实的基础。
(三)课程任务1、使学生掌握热力学第一定律、热力学第二定律、热力学第三定律的基本内容,能够熟练运用热力学方法计算化学反应的热效应、熵变、焓变和自由能变化,判断化学反应的方向和限度。
2、使学生掌握多组分系统热力学的基本概念和基本定律,能够熟练运用相律分析相平衡问题,掌握单组分和双组分系统的相图及其应用。
3、使学生掌握化学平衡的基本原理,能够熟练运用化学平衡常数计算平衡组成,了解温度、压力、浓度等因素对化学平衡的影响。
4、使学生掌握电化学的基本概念和基本定律,能够熟练运用能斯特方程计算电极电势和电池电动势,了解电解、电镀、原电池等电化学过程的基本原理和应用。
5、使学生掌握化学动力学的基本概念和基本定律,能够熟练运用反应速率方程和反应级数计算反应速率,了解温度、浓度、催化剂等因素对反应速率的影响,掌握简单级数反应的动力学特征和反应机理的推测方法。
6、使学生掌握表面化学和胶体化学的基本概念和基本原理,了解表面活性剂、吸附、乳化、胶体的稳定性等表面化学和胶体化学现象的本质和应用。
三、课程教学的基本要求(一)知识要求1、掌握物理化学的基本概念、基本原理和基本公式,如热力学函数、相律、化学平衡常数、电极电势、反应速率常数等。
2、理解物理化学基本原理的推导过程和物理意义,能够运用物理化学原理分析和解决实际问题。
课程编号:(不填)课程名称:《材料物理与化学》英文名称:Material Physics and Chemistry开课学院:材料科学与工程学院课程类别:必修课课程性质:工科基础课授课对象:硕士研究生学时学分:64学时,3.0学分开课学期:(不填)预修课程:材料科学基础,数理方程,大学物理,物理化学,适用学科:材料科学与工程大纲撰写:大纲审核:教学要求:要求学生有材料科学、数理方程和物理化学的基础。
教学目的:通过本课程的学习,使学生了解固体量子力学及多粒子体系的统计规律、自由电子模型和能带理论、量子化学基础、材料相图及材料系统多相反应动力学等,在此基础上掌握材料的基本功能特性。
为今后分析和解决材料工程问题和科学问题奠定良好的基础。
教学用书:教学参考书:1.黄昆,《固体物理学》北京:高等教育出版社 19882.熊兆贤,《材料物理导论》北京:科学出版社 20023.田莳《材料物理性能》北京:北京航空航天大学出版社 20044.冯端等《材料科学导论》北京:化学工业出版社 20025.唐小真等《材料化学导论》北京:高等教育出版社 1997课程内容与基本要求:绪论第1章材料科学的量子力学基础与应用1.1微观粒子的行为属性1.2现代原子理论的基本原理与微观粒子的量子化描述1.3波函数及其性质1.4薛定谔方程1.5定态薛定谔方程及其典型解1.6力学量的平均值与算符表示1.7近似解法概述1.8晶体电子结构与能带1.9量子力学在材料科学发展中的作用及其应用第2章多粒子材料系统的统计规律与应用2.1热现象的两种理论2.2宏观量的统计性质2.3粒子与系统的描述2.4系统宏观状态与微观状态2.5麦克斯韦—玻尔兹曼能量分布律与配分函数2.6经典统计的局限性与全同性对统计分布的影响2.7弗米一狄拉克和玻色—爱因斯坦统计法2.8量子统计与经典统计的关系2.9材料系统中统计规律的应用第3章固体晶格振动与材料热性质3.1固体内部组成粒子的热运动与热振动3.2原子振动与格波3.3波恩—冯。
《物理化学》整体知识架构从教师角色转变以及应用任务引领教学方式在分析化学教学过程中已经取得了比较好的效果。
分析化学是实践性很强的一门课程,而当我们面对物理化学的时候分析化学教学过程中的一些方法就显得针对性不足。
物理化学是一门逻辑性、理论性、系统性非常强,并且在整个化学专业课程体系中,物理化学承上启下,是理论课程向专业技术课程过渡的桥梁和纽带,像物理化学这样一门较难引发学习兴趣、逻辑思维能力要求很强的课程,其学习效果的好坏直接关系到学生的化学知识的整体学习质量,学习时间在大二第一学期,是学生能否跟上教学进度的关键之年,因此学好物理化学知识对于化学专业学生至关重要。
物理化学知识主体分为热力学和动力学两个主要部分,在专科物理化学课程中尚没有统计热力学等内容,相对较为简单,分类明确,知识结构紧凑。
范康年等人认为,物理化学的教学改革需要从课程体系入手改革,因其与其他课程关系非常紧密,需要打破原有课程界限。
张明等人则提出地方高校物理化学应结合PBL教学法,胡新根等人提出的六段式模拟,所有这些方法都是为了将学习的理论知识应用到实践中去的作用,以应用促进学习。
实践对于物理化学知识的学习固然重要,然而在整个知识架构中,首先要解决物理化学基础理论知识的学习,该部分学习难度相对较大,需要动用一切可用知识来完成理论学习,诱导学生实现学习迁移,而后根据物理化学知识的整体架构来掌握物理化学知识的使用,最后放到整个专业知识的整体中来看物理化学的地位和作用,做到真正的深入浅出,这样才能够让学生做到活学活用,将物理化学知识融会贯通到整个课程体系,提高学生的整体学习质量。
1 《物理化学》课程内容《物理化学》课程理论讲授分为以下几部分。
(1)气体性质部分:介绍气体基本性质,气体状态相关计算。
这部分与高中物理相关,能够做到学生容易接受,入门易;(2)热力学部分:介绍热力学三大定律及其相关计算,需要准确把握概念,做到计算、推理有根据。
此处应联系无机化学部分关于焓的应用来讲解,使学生更容易进入学习状态;(3)相平衡部分:介绍体系相图及其使用,需要做到明确相图在实际生产中的应用,懂得如何看相图,如何分析相图在生产中的应用,能够理解和解释生产生活中的一些常见现象;(4)化学平衡部分:介绍化学反应平衡常数以及平衡的影响因素,提高产量和生产效率是该部分需要解决的问题;(5)电化学部分:介绍原电池、电解池相关知识以及金属腐蚀与防护,此外联系生活实际,如锂电池为何时间久电量不足、干电池为何久置漏液等,做到可以把电化学知识利用到生活中去;(6)化学动力学基础部分:介绍化学反应速率及其影响因素,应学会如何控制化学反应速率。
《材料物理学》课程教学大纲一、课程基本信息课程编号:13103102课程类别:专业核心课程适应专业:材料物理课程总的教学时数:64学时课程总学分:3 学分课程简介:材料物理是介于物理学与材料学之间的一门边缘学科,它旨在利用物理学中的一些学科的成果来阐明材料中的种种规律和转变过程。
本课程试图从物理学的角度来说明物质的微观结构、组织形貌、原子电子运动状况以及它们与材料性能和成分之间的关系, 即突出了物理学的主干,从物理学的一些基本概念、基本原理、基本定律出发, 并建立相应的物理模型, 阐述材料本身的结构、性质和它们在各种外界条件下发生的变化及其变化规律。
本书课程内容丰富、涉及面广、实用性强。
主要介绍金属结构理论;缺陷物理;材料强化;导电物理基础;材料的介电行为;铁电物理;磁性物理;材料的相变;非晶态物理;低维材料结构。
授课教材:《材料物理》王国梅、万发荣主编,武汉理工大学出版社,2004参考书目:[1]《材料物理学概论》,李言荣、恽正中主编,清华大学出版社,2001年。
[2]《材料物理导论》,熊兆贤主编,科学出版社,2002年。
[3]《材料物理导论》,徐毓龙主编,电子科技大学出版社,1995年。
二、课程教育目标材料物理学是材料学中一门重要的基础课程,通过这门课程的教学,达到以下目标:(1)要求学生能够掌握典型固体材料的结构、物理现象、性质、形成机制和应用,了解材料的制备技术和发展状况;(2)要求学生能够掌握材料物理的基本概念,基本理论和方法技术。
三、教学内容与要求第一章概论2学时第二章材料结构理论教学重点:晶体学中的一些基本概念和初步计算方法教学难点:材料结构的实验表征方法教学时数:6学时教学内容:概述,原子结合与结合键,晶体结构与晶体学,准晶、非晶和液晶,材料结构的实验研究教学方式:课堂讲授教学要求:(1)了解材料中原子的结合方式:离子键、共价键、极化键、金属键。
(2)掌握晶体学中的一些基本概念和初步计算方法。
《新能源材料物理基础》知识要点绪论知识要点1)能源的概念能源亦称能量资源或能源资源,是指可产生各种能量(如热量、电能、光能和机械能等)或可作功的物质的统称,是指能够直接取得或者通过加工、转换而取得有用能的各种资源2)能源的重要意义能源是整个世界发展和经济增长的最基本的驱动力,是人类赖以生存的基础。
人的衣食住行都离不开各种形式的能源。
能源与人类社会的生存与发展休戚相关3)按照来源,能源可以分为哪三类?来自地球外部天体的能源(主要是太阳能)地球本身蕴藏的能量。
如原子核能、地热能等。
地球和其他天体相互作用而产生的能量。
如潮汐能4)按照基本形态,能源可以分为哪两类?有一次能源和二次能源5)按照使用性质,能源可以分为哪两类?有燃料型能源(煤炭、石油、天然气、泥炭、木材)和非燃料型能源(水能、风能、地热能、海洋能)。
6)新能源概念又称非常规能源,是指传统能源(煤炭、石油、天然气、水能、木材等)之外的各种能源形式。
指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源。
7)新能源的特点1)资源丰富,可再生,可供人类永续利用;2)能量密度低,开发利用需要较大空间;3)不含碳或含碳量很少,对环境影响小;4)分布广,有利于小规模分散利用;5)间断式供应,波动性大,对继续供能不利;6)目前除水电外,可再生能源的开发利用成本较化石能源高。
8)新能源有哪些主要类型?大中型水电;新可再生能源,包括小水电、太阳能、风能、现代生物质能、地热能、海洋能;传统生物质能。
9)新能源材料的概念与主要类型新能源材料,就是为利用这些非常规的能源,所制造的新兴材料。
能源技术材料、能量转换与储能材料和节能材料等。
快离子导体与燃料电池知识要点1.材料的导电载流子主要有哪些?电子,电子空穴;离子,离子空位2.材料按照其导电性大小,可以分为4种类型;导电性与温度的关系超导体导体半导体绝缘体3.快离子导体的概念,快离子导体的其他名称所谓快离子导体,是指固体状态下,具有某种选择性的高离子电导率(i>10-4Sm-1),离子活化能E a 较低(低于0.5 eV),其i值与熔盐或强电解质相当,与此同时,其电子电导率很低(e<10-11sm-1)的材料。
《材料物理化学》课程知识要点1.高分子的聚集态结构是指聚合物内分子链的排列与堆砌结构,高分子的聚集态结构也称三级结构,或超分子结构。
2.宏观量子隧道效应:当微观粒子的总能量小于势垒高度时,该粒子仍能穿越这一势垒, 微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。
一些宏观量,例如微颗粒的磁化强度,量子相干器件中的磁通量等亦具有隧道效应,称为宏观的量子隧道效应。
3.竟聚率:单体自聚和共聚反应速率常数之比, 表示某一结构单元结尾的活性链与其自身单体加成反应的速率常数与另一单体加成反应的速率常数的比值。
4.久保理论:由于超微粒子中原子数的减少,使得能带汇总能级间距加大,变为不连续能级,金属超微粒子的电子能级具有像孤立原子中的能级不连续性。
高分子的聚集态结构是指聚合物内分子链的排列与堆砌结构,高分子的聚集态结构也称三级结构,或超分子结构。
5.杠杆定律:在金属学中用来计算相图上两相区的相或组织组成物相对数量的定律。
由于形式上与力学中杠杆定律十分相似,故称为杠杆定律6.非晶(non-crystal)、准晶(quasi-crystal) 和介晶:非晶固体是指内部原子缺乏周期性排列的固体,如玻璃、松香等。
准晶是内部结构介于晶体和非晶之间的一种新状态,其内部结构具有长程有序,但不具有晶体结构的平移周期性。
介晶是纳米晶体的取向超结构,是从非球形结晶的建筑单元形成的新型胶体晶。
7.反斯托克斯效应: 气态自由原子吸收了光源的特征辐射后,原子的价电子跃迁到较高能级,然后又跃迁返回基态或较低能级,同时发射出小于光源激发辐射的波长的荧光,称为反斯托克斯效应。
8.肖特基缺陷:正常晶格上的原子迁移到晶体表面,在正常结点上留下空位。
9.本征扩散:空位来源于晶体结构中本征热缺陷而引起的质点迁移。
10.烧结:粉体在一定温度作用下,发生团结,使气孔率下降,致密度提高,强度增大,晶粒增长,这种现象即为烧结。
11.非化学计量缺陷化合物指偏离正常化学计量的化合物。
12.一般说,碱金属化合物的加入可以降低熔体系统的粘度。
13.当SiO2含量比较高时,碱金属氧化物降低熔体粘度的能力是Li2O>Na2O>K2O。
14.离子型化合物中,Ds、Dg、Db分别为表面扩散系数、晶界扩散系数和晶格扩散系数,一般规律是Ds>Dg>Db。
15.今有原料Mg(OH)2、MgO、γ-Al2O3、α-Al2O3用于合成镁铝尖晶石,从提高反应速率的角度出发,选择Mg(OH)2和γ-Al2O3。
16.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蒸发-凝聚传质。
17.二元凝聚系统的相律为F=3-P。
18.从热力学的角度讨论玻璃分相,把分相区域推算出来是依据自由焓-组成曲线。
19.结晶相变过程,形成临界半径大小的新相,需物系做功,其值等于新界面能的1/3。
20.ZrO2加入Al2O3增韧,固熔体化学式Al2-xZr3x/4O3。
21.在氧化气氛下,FeO形成非化学计量化合物,铁空位浓度与氧分压关系为1/6。
22.2Na2O·CaO·Al2O3·2SiO2的玻璃中,结构参数Y为3。
23.在三元系统相图中,如果具有七个副三角形,则对应的无变量点的个数为7。
24.属于环状结构的矿物是BaTi(Si3O9)。
25.等径球体作密堆积时,其空隙分为两种,这两种空隙是四面体与八面体。
26.硅酸盐熔体聚合物种类,数量与熔体组成有关,O/Si值越小,则熔体中的低聚物数量减少。
27.正离子配位多面体中,R+/R-=0.8,则正离子的配位数为8。
28.三元系统相图中,存在5个低共熔点,3个转熔点,个鞍形点,则系统中副三角形个数为8。
29.说明影响扩散的因素?答: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。
温度:D=D0exp(-Q/RT)Q不变,温度升高扩散系数增大有利扩散。
Q越大温度变化对扩散系数越敏感。
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。
30.试述熔体粘度对玻璃形成的影响?在硅酸盐熔体中,分析加入—价碱金属氧化物、二价金属氧化物或B2O3后熔体粘度的变化?为什么?答:1) 熔体粘度对玻璃形成具有决定性作用。
熔体在熔点时具有很大粘度,并且粘度随温度降低而剧烈地升高时,容易形成玻璃。
2) 在硅酸盐熔体中,加入R2O,随着O/Si比增加,提供游离氧,桥氧数减小,硅氧网络断裂,使熔体粘度显著减小。
加入RO,提供游离氧,使硅氧网络断裂,熔体粘度降低,但是由于R2+的场强较大,有一定的集聚作用,降低的幅度较小。
加入B2O3,加入量少时,B2O3处于三度空间连接的[BO4]四面体中,使结构网络聚集紧密,粘度上升。
随着B2O3含量增加,B3+开始处于[BO3]三角形中使结构网络疏松,粘度下降。
31.材料烧结时四种最基本的传质机理是什么?少量添加剂能促进烧结,其原因是什么?答:固相烧结的主要传质方式有蒸发-凝聚传质和扩散传质,液相烧结的主要传质方式有溶解-沉淀传质和流动传质。
1)外加剂与烧结主体形成固溶体使主晶格畸变,缺陷增加,有利结构基元移动而促进烧结。
2)外加剂与烧结主体形成液相,促进烧结。
3)外加剂与烧结主体形成化合物,促进烧结。
4)外加剂阻止多晶转变,促进烧结。
5)外加剂起扩大烧结范围的作用。
32.从热力学和动力学角度对比不稳分解和均匀成核成长这两种相变过程,并说明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。
答:不稳分解:在此区域内,液相会自发分相,不需要克服热力学势垒;无成核-长大过程,分相所需时间极短,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。
成核-生成:在此区域内,在热力学上,系统对微小的组成起伏是亚稳的,形成新相需要做功,即存在成核势垒,新相形成如同结晶过程的成核-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。
用TEM观察分相以后形貌,若两相无明显的连续性,第二相呈孤立球状,则为成核-生长分相;若两相形成互相交织的"蠕虫状",则为不稳分解相变过程。
在玻璃工业中,利用玻璃分相可以改进结构和玻璃性能,制备新型玻璃。
例如通过硼硅酸盐玻璃分相制备微孔玻璃、高硅氧玻璃,通过分相促进锂铝硅微晶玻璃的核化和晶化,通过磷硅酸盐玻璃的分相制备乳浊玻璃等。
33.氧化铝烧结到接近理论密度时,可使可见光几乎透过100%,用它来装钠蒸气(在超过大气压的压力下)作为路灯。
为通过烧结实现这一点,请你列出研究方案。
答:制备透明氧化铝陶瓷的主要技术措施是:(1)采用高纯氧化铝原料,Al2O3>99.9%,无杂质和玻璃相;(2)添加0.1~0.5%MgO,在晶粒表面生成镁铝尖晶石,降低晶界移动速度,抑制晶粒生长;(3)在氢气或真空中烧结,促进气孔扩散;(4)采用热压烧结,提高制品致密度。
34.玻璃的通性有哪些?答:⑴各向同性;⑵介稳性;⑶由熔融态向玻璃态转化时凝固的渐变性和可逆性;⑷由熔融态向玻璃态转化时,物理、化学性质随温度变化的连续性。
35.写出杨德尔模型要点及动力学关系式,为什么在转化率高时出现偏差?金斯特林格主要在杨德尔模型的基础上考虑了什么影响?答:(1) 反应物是半径为R0的等径球粒;(2) 反应物A是扩散相,A成分包围B颗粒表面,且A、B和产物完全接触,反应自表面向中心进行;(3) A在产物层浓度梯度呈线性,而且扩散截面一定。
杨德尔方程在反应初期具有很好的适应性,但杨氏模型中假设球形颗粒反应截面积始终不变,因而只适用反应初期转化率较低的情况。
而金氏模型中考虑在反应进程中反应截面积随反应进程变化这一事实,因而金氏方程适用范围更广,可以适合反应初、中期。
两个方程都只适用于稳定扩散的情况。
36.少量添加剂能促进烧结,其原因是什么?答:1)外加剂与烧结主体形成固溶体使主晶格畸变,缺陷增加,有利结构基元移动而促进烧结。
2)外加剂与烧结主体形成液相,促进烧结。
3)外加剂与烧结主体形成化合物,促进烧结。
4)外加剂阻止多晶转变,促进烧结。
5)外加剂起扩大烧结范围的作用。
37.烧结过程中,分析晶界遇到夹杂物时会出现的情况,从致密化目的考虑,晶界应如何移动?怎样控制?答:当温度较低,烧结初期,晶界上气孔较多,阻碍晶界移动,晶界移动速度为0;烧结中后期,温度升高,烧结驱动力增大,气孔逐渐减小,可使气孔和晶界移动速度一致,此时使气孔保持在晶界上,而晶界上原子排列不规则,结构基元稍微调整即可使气孔排除,体系能量降低重新达平衡。
此时控制温度和保温时间即可实现Vb=Vp,气孔迅速排除.实现致密化烧结后期,若温度继续升高,晶界移动速率呈指数增大,大于气孔移动速率,使得晶界穿越气孔前移,将气孔包裹在晶体内,此时气孔难以排除,致密化程度差。
烧结过程中应严格控制烧结温度制度,并添加晶界抑制剂,防止晶界移动过快。
38.请说明非化学计量化合物与无限固溶体的异同答:非化学计量化合物与无限固溶体的共同点:(1)都属于晶体结构缺陷中的点缺陷;(2)相组成均为均匀单相。
不同之处在于:(1)形成原因不同。
非化学计量化合物由气氛性质和压力变化引起,而无限固溶体则由掺杂溶解而引起。
(2)形成条件不同。
前者只有变价元素氧化物在氧化或还原气氛中才能形成,而后者则需满足离子半径和电负性差值较小、保持电中性、结构相同等条件才能形成。
(3)组成范围不同。
前者的组成变化范围很小,而后者可以在整个组成范围内变化。
39.在玻璃化温度以下,高聚物分子链的运动被冻结,链端是否可以自由运动。
高聚物的结晶温度与熔限的关系。
处于高弹态的聚合物试样进行冷却,随着温度的降低,一方面分子链占有体积要减少;另一面,链段通过调整构象,把一部分多余的自由体积排斥出去,因此自由体积也要减少;由此导致高聚物分子的比容随温度下降不断减少。
当自由体积减少到一定值后,他就没有足够的空间容纳联段的运动了,此时链段运动将被冻结。
熔限—结晶高聚物有一个较宽的熔融温度范围,这个温度范围称为熔限。
⑴较低温度下形成的晶体,晶体较不完善,较低的温度下被破坏(Tm较低)且完善程度差别大,较差的在较低温度下熔融而较好的在较高温度下才开始熔融,熔融温度范围很宽,熔限较宽;⑵较高温度下形成的晶体,晶体较完善,完善程度差别不大,Tm 较高,熔限较窄;⑶开始熔融的温度比结晶温度高5 ℃~6℃。