发布时间 : 星期六 文章材料科学基础 习题更新完毕开始阅读c030caebb8f67c1cfad6b8da
硼反常现象原因：当数量不多的碱金属氧化物同B2O3一起熔融时，碱金属所提供的氧不像熔融SiO2玻璃中作为非桥氧出现在结构中，而是使硼转变为由桥氧组成的硼氧四面体。致使B2O3玻璃从原来二度空间层状结构部分转变为三度空间的架状结构，从而加强了网络结构，并使玻璃的各种物理性能变好。这与相同条件下的硅酸盐玻璃性能随碱金属或碱土金属加入量的变化规律相反。 22、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：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。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R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。 23、试述X射线粉末衍射分析法中如何确定晶体物相。
答：在X射线衍射仪中，入射的X射线通过晶体粉末样品时发生衍射后，出射的X射线被计数器所接收，经过计算机处理后绘制成XRD图谱，即2ζ角（即晶面间距d值）与衍射强度之间的关系曲线。根据测得的d值和相对强度先查找PDF卡片索引（若已知样品的化学组成，也可以先查找字顺索引），找出基本符合的PDF卡片，再将测得的数据与PDF卡片比对分析，使测得的数据与卡片上的全部符合（在误差范围内），就可以确定物相。也可以先使用计算机自动检索，再比对PDF卡片。
若物相比较复杂，比对PDF卡片确定物相时，需要注意重迭的衍射峰，从最强的衍射峰入手，逐步确定，直至所有的数据全部符合。
2+
第四章 表面与界面
1、什么叫表面张力和表面能 ? 在固态下和液态下这两者有何差别 ?
解：表面张力：垂直作用在单位长度线段上的表面紧缩力或将物体表面增大一个单位所需作的功；σ=力/总长度N/m
表面能：恒温、恒压、恒组成情况下，可逆地增加物系表面积须对物质所做的非体积功称为表面能；J/m2 =N/m 液体：不能承受剪应力，外力所做的功表现为表面积的扩展，因为表面张力与表面能数量是相同的； 固体：能承受剪切应力，外力的作用表现为表面积的增加和部分的塑性形变，表面张力与表面能不等。 2、一般说来，同一种物质，其固体的表面能要比液体的表面能大，试说明原因。
解：同一种物质，其液体固体的表面结构不同，液体分子可自由移动，总是通过形成球形表面来降低其表面能；固体则不能，固体质点不能自由移动， 只能通过表面质点的极化、变形、重排来降低系统的表面能，固体表面处于高能量状态（由于表面力的存在）。 3、什么叫吸附、粘附 ? 当用焊锡来焊接铜丝时，用锉刀除去表面层，可使焊接更加牢固，请解释这种现象。 解：吸附：固体表面力场与被吸附分子发生的力场相互作用的结果，发生在固体表面上，分物理吸附和化学吸附；
粘附：指两个发生接触的表面之间的吸引，发生在固液界面上；铜丝放在空气中，其表面层被吸附膜（氧化膜）所覆盖，焊锡焊接铜丝时，只是将吸附膜粘在一起，
锡与吸附膜粘附的粘附功小，锉刀除去表面层露出真正铜丝表面（去掉氧化膜），锡与铜相似材料粘附很牢固。 4、说明吸附的本质？
答：吸附是固体表面力场与吸附分子发出的力场相互作用的结果，它是发生在固体上的。根据相互作用力的性质不同，可分为物理吸附和化学吸附两种。 物理吸附：由分子间引力引起的，这时吸附物分子与吸附剂晶格可看作是两个分立的系统。
化学吸附：伴随有电子转移的键合过程，这时应把吸附分子与吸附剂晶格作为一个统一的系统来处理。 5、方镁石的表面能为1000尔格/cm2，如果密度为3.68克/cm3，求将其粉碎为1u颗粒时，每克需能量多少卡 ? 解：1J=107尔格（erg），1卡=4.1868J，
设方镁石为正方体边长为a ，V=a3 ， S表 = 6a2 ，比表面积S表/V= 6a2/ a3 =6/a ，1cm方镁石颗粒粉碎为1μm颗粒时，比表面积 增加为:104倍， 增加的表面能为：
=0.06卡/g 。
6、 MgO—Al2O3—SiO2系统的低共熔物放在Si3N4 陶瓷片上，在低共熔温度下，液相的表面张力为900310-3N/m，液体与固体的界面能为600310-3N/m，测得接触角为70.52°， ⑴ 求Si3N4的表面张力。
⑵ 把Si3N4在低共熔温度下进行热处理，测试其热腐蚀的槽角60°，求Si3N4的晶界能？ 解：⑴已知γLV=900310-3N/m γSL=600310-3N/m ζ=70.52° γ
=γ
+γ
COSζ=600310-3+900310-33COS70.25=900.13310-3N/m
SVSLLV
⑵已知φ=60° γSS=2γ
COSФ/2 =23900310-33COS60/2 =1.559N/m
=1.0310-3N/m,γ
=0.92310-3N/m, γ
=1.77310-3N/m,问液态银能否湿润氧化铝瓷件表面？用什么方法改善它们之间的湿润性？
SV
7、 氧化铝瓷件中需要被银，已知1000℃时γ 解：由于γ
=γ
(Al2O3(S))(Ag (L))(Ag (L) /Al2O3（S）)
SVSL
+γLVCOSζ ∴COSζ= -0.84 ∴ζ= 147°﹥90°
使其小于γSV，从而达到湿润的目的。
∴液态银不能湿润氧化铝瓷件表面，但可以通过降低γ 方法如下：加入一些金属降低γ8、 影响湿润的因素有那些？
。
SL
SL
答：⑴ 固体表面粗糙度 当真实接触角ζ小于90°时，粗糙度越大，表面接触角越小，就越容易湿润；当ζ大于90°，则粗糙度越大，越不利于湿润。
⑵ 吸附膜 吸附膜的存在使接触角增大，起着阻碍作用。 9、什么是晶界结构？
答：晶界结构是指晶界在多晶体中的形状、结构和分布。 10、 试说明晶粒之间的晶界应力的大小对晶体性能的影响？
答：两种不同热膨胀系数的晶相，在高温燃烧时，两个相完全密合接触，处于一种无应力状态，但当它们冷却时，由于热膨胀系数不同，收缩不同，晶界中就会存在应力。晶界中的应力大则有可能在晶界上出现裂纹，甚至使多晶体破裂，小则保持在晶界内。
11、试说明晶界能总小于两个相邻晶粒的表面能之和的原因。
解：结构相同而取向不同的晶体相互接触，其接触界面称晶界。若相邻晶粒的原子彼此无作用，那么，每单位面积晶界能将等于两晶粒表面能之和，晶界结构和表面结构不同导致的。但实际上，两个相邻晶粒的表面层上的原子间存在相互作用，且很强（两者都力图使晶界上质点排列符合于自己的取向，所以晶界上原子形成某种过渡的排列方式，与晶格内却不同，晶界上原子排列疏松，处于应力畸变状态，晶界上原子比晶界内部相同原子有较高的能量），这种作用部分抵消了表面质点的剩余的键力。
12、1克石英在粉碎机中轧成粒度为1u的粉末时，重量增至1.02克，若这是吸附了空气中水分的结果，试求吸附水膜的厚度 ( 假定破碎后颗粒为立方体 ) 。
解：设水膜厚度为h，水密度1g/cm，1个粒度1μ的颗粒水膜重量为63(10-4)23h31，1g石英可粉碎为N个1μ的粉末，石英密度2.65g/cm , N2(10-4)332.65=1
33
?N=3.77310, N个μ微粒水的量为1.02-1=0.02g
11
h=
=8.83310-7m =8.83nm 。
13、真空中Al2O3的表面张力约为900erg／cm2，液态铁的表面张力为1729erg/cm2，同样条件下，界面张力 ( 液态铁—氧化铝 ) 约为 2300erg/cm2，问接触角有多大 ? 液态铁能否润湿氧化铝 ?
解：γ sg = γ lg cos ζ + γ ls
cosζ===-0.8097
ζ =144 ° 7' >90 °，不能润湿。
14、表面张力为500erg/cm2的某液态硅酸盐与某种多晶氯化物表面相接触，接触角ζ =45 °；若与此氧化物相混合，则在三晶粒交界处，形成液态小球，二面角φ平均为 90 °，假如没有液态硅酸盐时，氧化物－氧化物界面的界面张力为 1000dyn/cm ，试计算氧化物的表面张力。 15、解：γ lg =500erg/cm 2 ，求氧化物表面张力γ sg ，
γ
=γlgcos45 °+ γls，2xγlscos45 °=γ
sgss
γγ16、
ss
=1000dyn/cm=10 N/cm=1N/m=1J/m =10erg/cm
-2232
sg
=5002cos45 °+ =1060.5erg/cm2。
结 构 水 结构水 牢固结构水 松结构水 自由水 吸附在黏土矿物层间及表面的定向水分子含义 以OH基形式存在于黏土晶格结构内的水 层，它与黏土胶粒形成整体并一起移动 黏土表面定向排列过度到非定向排列的水黏土胶团外的非定向水分子层 层，它处于胶粒的扩散层内 作用范围 在黏土结构的 3~10水分子层 <200? >200? 特点 脱水后黏土结构破坏 密度小，热容小 介电常数小，冰点低
流动性 结构水/自由水 比例小，流动性好 可朔性 黏土胶粒水膜厚度在100?（约30水分子层）时朔性最好
17、黏土胶粒分散在水中时，因吸附层与扩散层各带有相反的电荷，所以相对移动时两者之间就存在着电位差，这个电位差称电动电位或δ-电位。其数值对黏土泥浆的稳定性有重要的作用。 18、 大 小 （1）离子置换能力（2）黏土的δ-电位（3）泥浆的流动性（4）泥浆的稳定性（5）黏土的结合水
19、泥浆的流动性是指泥浆含水量低，黏度小而流动度大的性质。
泥浆的触变性是泥浆静止不动时似凝固体，一经扰动或摇动，凝固的泥浆又重新获得流动性。如再静止又重新凝固，这样可以重复无数次。泥浆从流动状态到触变状态是逐渐的，非突变的，并伴随着黏度的增高。 20、Na2CO3稀释的泥浆对黏土边面结合的结构拆散的得不完全，因而 泥浆流动差而注浆速度高，触变性大，坯体致密度低。
21、影响因素：1）含水量 ，2）电解质，3）颗粒大小，4）黏土的矿物组成，5）泥料处理工艺，6）腐殖质含量，添加剂。泥料经过真空练泥排除气体；经过一定时间陈腐使水分均匀；适宜的腐殖质含量；添加朔化剂等方法提高瘠性物料的朔化。
22、 黏土层面上的负电荷：黏土晶格内离子的同晶置换造成电价不平衡使之面板上带负电；
在一定条件下，黏土的边棱由于从介质中接受质子而使边棱带正电荷。由于黏土的负电荷一般都大于正电荷，因此黏土是带有负电荷的。 23、 为使非黏土瘠性材料呈现可朔性而解决制品成型得其进行朔化。 天然朔化剂：黏土。
有机朔化剂：聚乙烯醇，羟甲基纤维素，聚醋酸乙烯脂等。
第五章 热力学应用
1、碳酸钙的加热分解：答案：1123K
提示：查表获得有关热力学数据，计算800-1400K间的解：由《硅酸盐热力学》查得下列数据
，再作
图，
=0所对应的温度为即为分解温度。
。试用一般热力学方程求分解反应的
及分解温度？
化合物 △H。生，298 （千卡/摩尔） △G。生，298 （千卡/摩尔） a b c CaCO3 -288.45 -269.78 24.98 5.24310-3 -6.203105 CaO -151.90 -144.40 11.67 1.08310-3 -1.563105 CO2 -94.05 -94.26 10.55 2.16310-3 -2.043105 ?
3
H。298=∑（△H。生，298）产物-∑（△H。生，298）反应物
3
3
3
=-151.90310-94.05310+288.45310=42.5310卡/摩尔 △G。298=∑△G。生，298）产物-∑△G。生，298）反应物 =-1.44.403103-94.263103+269.783103=31.123103卡/摩尔 因为△a=11.67+10.55-24.98=-2.76
△b=1.08310-3+2.16310-3-5.24310-3=-2310-3 △c=-1.56310-2.04310+6.20310=2.6310
5
5
5
5
△H.=△H.298-△a2298-1/2△b（298）2+△c（298）-
=42500+2.763298+1/232310-33（298）2+2.631053（298）-1=44283.76
积分常数I=（△G298-△H.）（298）+△aln298+1/2△b2298+1/2△c（298）=-44.17-15.72-0.298+1.46 =-58.73
..--2
因为当△G。〉0时，CaCO3不能自发分解，当△G。〈0时，CaCO3自发分解，所以，△G。=0的温度为CaCO3开始分解的温度 由热力学方程△GT=△H。-△aTlnT-1/2△bT-1/2△CT+IT 令△G。T=0 解得方程得T=1123K 2、碳酸钙的加热分解：答案：1120K
提示：查表获得有关热力学数据，计算800-1400K间的解：用热力学势函数法求解
根据自由焓变化公式△GT=△H。-△aTlnT-1/2△BT-1/2△CT+IT 计算出800～1400K的△GT值如下表所示
.。
2
-。
2
-
。试用热力学势函数法求分解反应的及分解温度？
，再作图，=0
T，K 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 △G。T卡/摩尔 12550.76 9019.76 5533.76 1995.76 -1324.24 -4710.24 -8054.24 由以上数据作△G.T?/FONT>T图 当△GT=0时，T=1120为其分解温度。 3、试用热力学的方法从理论上分析答案：1055K
提示：查表获得有关热力学数据，计算700-1200K间的
4、氮化硅粉可用于制造性能极好的氮化硅陶瓷，由硅粉与氮气在1623K剧烈反应而生成氮化硅粉，试计算硅粉氮化时的热效应？ 答案：-718681.28J 提示：查表可知
，计算
。
，再作
图，或作线性回归得一直线方程，并令
=0，求出对应的T值。所对应的温度为即为分解温度。
的分解温度？
。
化合物 a b c Si3N4 16.83 23.6 0 Si 5.664 0.79 -1.04 N2 0 0 0 △a=16.83-335.664=-0.162 △b=（23.6-330.79）310=0.02123 △c=331.043105=3.123105 △H.R.298=-177.734.2=-746.34千焦
△H.= △H.R.298-298△a-1/232982△b+1/298△c
=-746340-2983（-0.162）-1/23298/0.02123+3.123105/298 =-746187.39
=△H。+△aT+1/2△bT2-△c/T
=-746187.39-262.93+27961.28-192.24 =-718681.28焦 5、计算固体
在2000K下是否具有显著的挥发？
在2000K时，可能出现如下四种情况：
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