无机材料科学基础综合测试7

答案七

一、名词解释（每小题3分，共18分）

1．同质多晶

解：化学组成相同的物质，在不同热力学条件下结晶形成结构不同的晶体。

2．肖特基缺陷

解：晶体中正常晶格结点位置上的质点获取能量后迁移至晶体的表面，而在晶体内正常晶格结点上留下空位。

3．硼反常现象

解：由于B3＋配位数改变而引起玻璃性能曲线上出现转折的现象。

4．阳离子交换容量

解：表征阳离子交换能力的指标，以pH＝7时，100克干粘土吸附某种阳离子的毫克当量数表示。

5．非均态核化

解：在异相界面进行的成核过程（异相界面：表面、容器壁、气泡、杂质及晶核剂表面等）。

6．固相烧结

解：由于固态中分子（或原子）的相互吸引，通过加热，使粉末体产生颗粒粘结，通过位置迁移使粉末体产生强度并导致致密化和在结晶的过程。

二、填空（每小题2分，共24分）

1. 在O2－作面心立方密堆积的晶体中，为获得稳定结构，正离子将所有八面体空隙均填满的晶体有 MgO（或CaO、BaO、SrO） ；填满一半四面体空隙的晶体有 BeO （请各举一例）。它们分别属于 氯化钠 和 闪锌矿 型结构。

2. 下列硅酸盐晶体矿物：Ca[Al2Si2O8]、KAl2[AlSi3O10](OH)2、Be3Al2[Si6O18]、Ca2Mg5[Si4O11](OH)2分别属于 架状 、 层状 、 六节环 和__双链___结构。

3. 测定某单质晶体的弗仑克尔缺陷生成能为4ev，则该晶体在1500℃时的缺陷浓度为 2.09×10％ 。

－4

4. 在Al2O3中掺杂少量NiO生成黄宝石，经分析认为是形成置换型固溶体，则缺陷反应方程

为 ，固溶体分子式为 Ni1－3xAl2xO。

5. 化合物TiO2－X由于在组成上偏离化学计量而产生的晶格缺陷是 氧离子空位 ，属于 缺氧型 型非化学计量化合物，应在 还原性 气氛下形成。

6. 粘土粒子破键引起的荷电与介质的pH值有关，高岭土在酸性介质中边棱带 正 电荷；在碱性介质中边棱带 负 电荷。

7. 将以下物质形成玻璃的难易程度排列一次序（由易至难用编号排列） （2）（1）（5）（3）（6）（4） 。 （1）50%GeO2+50%SiO2 熔体 100℃/min冷却 （2）50%GeO2+50%SiO2 气化到一个0℃的薄板上 （3）Na2O·2SiO2 熔体 100℃/min 冷却

（4）ZnCl2 熔体 100℃/min 冷却 （5）Na2O·A12O3·2SiO2 熔体 100℃/min 冷却

（6）Na2O·SiO2 熔体 100℃/min 冷却

8. 一种玻璃的摩尔组成为30mol％Na2O·10mol％Al2O3·60mol％SiO2，则四个基本结构参数分别为Z＝ 4 ，R＝ 2.25 ，X＝ 0.5 ，Y＝ 3.5 。

9. 高温下Al2O3瓷片的表面张力为0.90N/m，液态铁的表面张力为1.72 N/m，而Al2O3－液态铁的界面张力为2.30 N/m，则接触角为 144.5 。液态铁能否润湿Al2O3瓷片？ 不能 。

10. 某物质在800°C时扩散系数为10－10cm2/s，在1200°C时为10－4cm2/s，则该物质的扩散活化能为 453.86 kJ/mol。

11. 1000℃时，由A向B的液固相变中，其单位体积自由焓变化DGV为－4.18×105kJ/m3，若A－B间的界面能为0.5J/m2，则临界晶核半径为 2.39 nm 。

12. 烧结过程的主要传质机理有： 扩散传质 、 流动传质 、 蒸发－冷凝传质 和 溶解－沉淀 。

三、选择（每小题2分，共24分）

1．硅砖与高铝砖不能砌筑在一起，其原因是（ B ）

A. SiO2的熔点比Al2O3的熔点低

B. SiO2中混入少量的Al2O3会导致SiO2的熔点降低

C. 莫来石的液相线比较平坦

D. 莫来石的熔点太低，不能用作耐火材料

2．刚玉（a-Al2O3）结构中，所有O2－作近似六方密堆积，Al3+填充（ D ）

A. 四面体空隙 B. 四面体空隙

C. 八面体空隙 D. 八面体空隙

3．作面心立方密堆积的单位晶胞中，形成的四面体空隙数为（ D ）

A. 3 B. 4 C. 6 D. 8

4．根据硅酸盐晶体结构特点，下列四种说法哪个不正确（ C ）

A. 除岛状结构外，[SiO4]之间均用桥氧连接

B. 每个O2-最多与两个[SiO4]相连

C. 结构中Si4+与Al3+可以相互取代

D. Si4+之间都不直接成键

5．下列硅酸盐矿物，属于链状结构的是（ B ）

A. 叶腊石Al2[Si4O10](OH)2 B. 镁橄榄石Mg2[SiO4]

B. 顽火辉石Mg2[Si2O6] D. 绿宝石Be3Al2[Si6O18]

6．硅酸盐物体中同时存在许多聚合程度不等负离子团，其种类、大小和复杂程度随熔体的组成和温度而变。当温度不变时，熔体中碱性氧化物含量增加，O/Si比值增大，这时熔体中（ B ）

A. 高聚体数量增多 B. 高聚体数量减少

C. 高聚体数量多于低聚体数量 D. 高聚体数量少于低聚体数量

7．在简单的二元碱金属硅酸盐熔体R2O－SiO2中，正离子R+的含量对熔体的粘度颇具影响。当R2O含量较低，即O/Si比值较小时，降低粘度的次序为Li+>Na+>K+，这是因为（ D ）

A. [SiO4]连接方式已接近岛状，四面体基本上靠R－O键力相连

B. 因rLi+

C. Li+的积聚作用最大，即吸引[SiO4]中O2－来包围自己的能力最强

D. [SiO4]间的键力是粘度的主要表征，R+半径愈小，对[SiO4]间的Si－O键削弱能力愈强。

8．不能单独形成玻璃，但能改变网络结构，处于网络外的氧化物（网络修饰体），其单键强度为（ A ）

A. <250kJ/mol B. <335kJ/mol C. 250~335kJ/mol D. >250/mol

9．被同价阳离子所饱和的粘土，其ζ电位随阳离子半径的减少而（ C ）

A. 降低 B. 不变

C. 升高 D. 改变符号

10．粘土的很多性能与吸附阳离子种类有关，当吸附下列不同阳离子后性能的变化规律

以箭头表示（小?大）的是（ A ）

H＋、Al3＋、Ba2＋、Sr2＋、Ca2＋、Mg2＋、NH3＋、K＋、Na＋、Li＋

A. 泥浆的流动性 B. 泥浆的触变性

C. 泥浆的滤水性 D. 泥团的可塑性

11．粘土颗粒周围吸附着定向排列的水分子层和水化阳离子，这部分水称为（ B ）

A. 结构水 B. 牢固结合水

C. 松结合水 D. 自由水

12．在体积扩散传质为主的固相烧结过程中，进入烧结中期、后期时，若温度和晶粒尺寸不变，则气孔率随烧结时间以（ D ）关系而减少

A. B.

C. D. t

四、问答与计算（共34分）

1. 氧化锂（Li2O）属反萤石结构，其晶格常数a=37.9nm，离子半径rLi＋=6.8nm，rO2－=13.4nm，（1）计算Li2O晶体的空间利用率；（2）计算Li2O晶体的密度；（3）若有5mol％SrO溶入Li2O中形成置换型固溶体，计算固溶体的密度（已知：原子量 Li 6.94 O 16.00 Sr 87.62）（8分）

解：（1）（2分）空间利用率：93.35％

（2）（2分）Li2O晶体的密度：3.65g/cm3

（3）（2分）固溶体分子式：Li2－2xSrxO 即：Li1.9Sr0.05O

（2分）固溶体的密度：4.095g/cm3

2.（8分）何谓二次再结晶？为什么想要获得致密的硅酸盐制品，必须防止或减缓二次再结晶过程？工艺上常采取哪些方法控制？

解：（2分）当正常晶粒长大过程被杂质或气孔阻止后，当基质相中存在一些晶粒大得多，晶面多得多的晶粒，以致晶粒可以越过杂质或气孔继续推移，从而以大晶粒为晶核不断吞并周围小晶粒，而迅速长大成更大晶粒的过程称为二次再结晶。

（3分）想要获得致密的硅酸盐制品，必须防止或减缓二次再结晶过程的原因：导致在晶粒比较均匀的基质中，出现少数大晶粒直至它们相互接触为止。同时，气孔将脱离晶界进入晶粒内部成为闭气孔，不再能够利用晶界的快速通道，扩散途径增长而难于排除，从而烧结速率大为减慢甚至停止，致密度不在