肖特基缺陷
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2023年2月27日发(作者：幽兰逢春)名词解释（a）弗伦克尔缺陷与肖特基缺陷；（b）刃型位错和螺型位错（c）类质同象与同质多晶解：（a）当晶体热振动时，一些能量足够大
的原子离开平衡位置而挤到晶格点的间隙中，形成间隙原子，而原来位置上形成空位，这种缺陷称为弗伦克尔缺陷。如果正常格点上原子，热起伏后
获得能量离开平衡位置，跃迁到晶体的表面，在原正常格点上留下空位，这种缺陷称为肖特基缺陷。（b）滑移方向与位错线垂直的位错称为刃型位错。
位错线与滑移方向相互平行的位错称为螺型位错。（c）类质同象：物质结晶时，其晶体结构中部分原有的离子或原子位置被性质相似的其它离子或原
子所占有，共同组成均匀的、呈单一相的晶体，不引起键性和晶体结构变化的现象。同质多晶：同一化学组成在不同热力学条件下形成结构不同的晶
体的现象。
6-3名词解释（并比较其异同）
⑴晶子学说：玻璃内部是由无数“晶子”组成，微晶子是带有晶格变形的有序区域。它们分散在无定形介中质，晶子向无定形部分过渡是逐渐完成时，
二者没有明显界限。
无规则网络学说：凡是成为玻璃态的物质和相应的晶体结构一样，也是由一个三度空间网络所构成。这种网络是由离子多面体（三角体或四
面体）构筑起来的。晶体结构网是由多面体无数次有规律重复构成，而玻璃中结构多面体的重复没有规律性。
⑵单键强：单键强即为各种化合物分解能与该种化合物配位数的商。
⑶分化过程：架状[SiO4]断裂称为熔融石英的分化过程。
缩聚过程：分化过程产生的低聚化合物相互发生作用，形成级次较高的聚合物，次过程为缩聚过程。
⑷网络形成剂：正离子是网络形成离子，对应氧化物能单独形成玻璃。即凡氧化物的单键能/熔点﹥者称为网络形成剂。
网络变性剂：这类氧化物不能形成玻璃，但能改变网络结构，从而使玻璃性质改变，即单键强/熔点﹤者称为网络变形剂。
试述影响置换型固溶体的固溶度的条件。
解：1.离子尺寸因素：从晶体稳定性考虑，相互替代的离子尺寸愈相近，则固溶体愈稳定。若以r
1
和r
2
分别代表半径大和半径小的两种离子的半径。
当它们半径差30%时，不能形成固溶体。
2、晶体的结构类型：形成连续固溶体的两个组分必须具有完全相同的晶体结构。结构不同最多只能生成有限固溶体。
3、离子的电价因素：只有离子价相同或复合替代离子价总和相同时，才可能形成连续置换型固溶体。
4、电负性因素：电负性相近，有利于固溶体的生成。
试述晶体结构中点缺陷的类型。以通用的表示法写出晶体中各种点缺陷的表示符号。试举例写出CaCl2中Ca2+置换KCl中K+或进入到KCl间隙中去的
两种点缺陷反应表示式。
解：晶体结构中的点缺陷类型共分：间隙原子、空位和杂质原子等三种。在MX晶体中，间隙原子的表示符号为MI或XI；空位缺陷的表示符号为：VM
或VX。如果进入MX晶体的杂质原子是A，则其表示符号可写成：AM或AX（取代式）以及Ai（间隙式）。
当CaCl2中Ca2+置换KCl中K+而出现点缺陷，其缺陷反应式如下：
CaCl2++2ClCl
CaCl2中Ca2+进入到KCl间隙中而形成点缺陷的反应式为：
CaCl2+2+2ClCl
在缺陷反应方程式中，所谓位置平衡、电中性、质量平衡是指什么？
解：位置平衡是指在化合物MaXb中，M格点数与X格点数保持正确的比例关系，即M：X=a：b。电中性是指在方程式两边应具有相同的有效电荷。
质量平衡是指方程式两边应保持物质质量的守恒。
（a）在CaF2晶体中，肖特基缺陷的生成能为，计算在25℃和1600℃时热缺陷的浓度。（b）如果MgO晶体中，含有百万分之一mol的YF3杂质，
则在1600℃时，CaF3晶体中是热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势说明原因。
解：因为n/N=exp（-∆Gf/2kT）
∆Gf=××10-19=×10-19JT=1600+273=1873K
所以n/N=exp（×10-19/2××10-23×1873）=exp（）=×10-8（5分）
在CaF2晶体中，含有百分之一的YF3杂质，缺陷方程如下：
FiCa
CaFFFYYF2'
3
2
此时产生的缺陷为
'
i
F
，
]['
i
F
=10-6大于热缺陷浓度×10-8，故在1873K时杂质缺陷占优势
或
FCaCa
CaFFVYYF622''
3
2
）
此时产生的缺陷为
''
Ca
V
，
][''
Ca
V
=×10-7大于热缺陷浓度×10-8，故在1873K时杂质缺陷占优势
ZnO是六方晶系，a=，c=，每个晶胞中含2个ZnO分子，测得晶体密度分别为，g/cm3，求这两种情况下各产生什么型式的固溶体
解：六方晶系的晶胞体积
V===
在两种密度下晶胞的重量分别为W
1
=d
1
v=××10-23=×10-22(g)
W2=d2v=××10-23=×10-22(g)
理论上单位晶胞重W==(g)
∴密度是d1时为间隙型固溶体，是d2时为置换型固溶体。
试简述硅酸盐熔体聚合物结构形成过程和结构特点
答：聚合物的形成是以硅氧四面体为基础单位，组成大小不同的聚合体。
可分为三个阶段初期：石英的分化；
中期：缩聚并伴随变形；
后期：在一定时间和一定温度下，聚合和解聚达到平衡。
产物中有低聚物、高聚物、三维晶格碎片以及游离碱、吸附物，最后得到的熔体是不同聚合度的各种聚合物的混合物，构成硅酸盐结构。聚合物种类、
大小和数量随熔体的组成和温度而变化。
对某晶体的缺陷测定生成能为84KJ/mol，计算该晶体在1000K和1500K时的缺陷浓度。
解：根据热缺陷浓度公式：
exp（－）
由题意△G=84KJ/mol=84000J/mol
则exp（）
其中R=mol·K
当T1=1000K时，exp（）=exp=×10-3
当T2=1500K时，exp（）=exp=×10-2
非化学计量化合物FexO中，Fe3+/Fe2+=，求FexO中的空位浓度及x值。
解：非化学计量化合物Fe
x
O，可认为是α(mol)的Fe
2
O
3
溶入FeO中，缺陷反应式为：
Fe2O32Fe+V+3OO
α2αα
此非化学计量化合物的组成为：
FeFeO
已知：Fe3+/Fe2+＝
则：∴α＝∴x＝2α+(1－3α)＝1－α＝
又：∵[V3+]＝α＝
正常格点数N＝1+x＝1+＝∴空位浓度为
非化学计量氧化物TiO2-x的制备强烈依赖于氧分压和温度：（a）试列出其缺陷反应式。（b）求其缺陷浓度表达式。
解：非化学计量氧化物TiO2-x，其晶格缺陷属于负离子缺位而使金属离子过剩的类型。
（a）缺陷反应式为：
2TiTi/FONT>O2↑→2++3OO
OO→+2e′+O2↑
（b）缺陷浓度表达式：
[V]
试比较刃型位错和螺型位错的异同点。刃型位错和螺型位错的异同点
刃型位错螺型位错
与柏格斯矢量的位
置关系
柏格斯矢量与刃性位错线垂
直
柏格斯矢量与螺型位错线平
行
位错分类刃性位错有正负之分螺形位错分为左旋和右旋
位错是否引起晶体畸
变和形成应力场
引起晶体畸变和形成应力场，且
离位错线越远，晶格畸变越小
引起晶体畸变和形成应力场，且
离位错线越远，晶格畸变越小
位错类型只有几个原子间距的线缺陷只有几个原子间距的线缺陷
从化学组成、相组成考虑，试比较固溶体与化合物、机械混合物的差别。
解：从化学组成、相组成考虑，固溶体、化合物和机械混合物的区别列下表5-1比较之。
表5-1固溶体、化合物和机械混合物比较以AO溶质溶解在B
2
O
3
溶剂中为例）
比较项
固溶体化合物机械混合物
化学组成B
2-x
A
x
O(x=0～2)
AB
2
O
4
AO+B
2
O
3
相组成均匀单相单相两相有界面
试阐明固溶体、晶格缺陷和非化学计量化合物三者之间的异同点。列出简明表格比较。
解：固溶体、晶格缺陷和非化学计量化合物都属晶体结构缺陷，但它们又各有不同，现列表5-2比较之。表5-2固溶体、晶格缺陷和非化学计量化合
物比较
分
类
形成
原因
形成条件缺陷反应固溶式溶解度
热
缺
陷
肖特基缺
陷
晶
格
热
振
动
0K以上
0
MX
只受温度控制
弗伦克尔
缺陷
MM=
XX=
MX
固
溶
体
无限置换
型固溶体
掺
杂
溶
解<15%，A2+
电价=B2+电
价，AO结构
同BO，电负
性相近
AO
B1-xAxO
受温度控制x=0～1
有
限
固
溶
体
间
隙
型
间隙离子半
径小，晶体
结构开放，
空隙大
YF3
掺杂量<固溶度，受温度控制
组
分
缺
陷
<30%，Ca2+
电价≠Zr4+
电价
2CaO
CaO
掺杂量<固溶度，受温度控制
非
化
学
计
量
化
合
物
阳离子缺
位
环
境
中
气
氛
性
质
和
压
力
变
化
变价元素氧
化物在氧化
气氛中
O2(g)
→
2Fe+
V+OO
[h]
[PO]
阴离子间
隙
O2(g)
→+U(2h)
[]
阳离子间
隙
变价元素氧
化物在还原
气氛中
ZnO
+2e′
+
O2(g)
[]
阴离子缺
位
OO→
+2+
O2(g)
[V]
试写出少量MgO掺杂到Al
2
O
3
中和少量YF
3
掺杂到CaF
2
中的缺陷方程。（a）判断方程的合理性。（b）写出每一方程对应的固溶式。
解：3MgO2++3OO（1）
2MgO2++2OO（2）
YF3Y+F+2FF（3）
2YF32Y++6FF（4）
（a）书写缺陷方程首先考虑电价平衡，如方程（1）和（4）。在不等价置换时，3Mg2+→2Al3+；2Y3+→3Ca2+。这样即可写出一组缺陷方程。其次考
虑不等价离子等量置换，如方程（2）和（3）2Mg2+→2Al3+；Y3+→Ca2+。这样又可写出一组缺陷方程。在这两组方程中，从结晶化学的晶体稳定性考
虑，在离子晶体中除萤石型晶体结构可以产生间隙型固溶体以外，由于离子晶体中阴离子紧密堆积，间隙阴离子或阳离子都会破坏晶体的稳定性。因
而间隙型缺陷在离子晶体中（除萤石型）较少见。上述四个方程以（2）和（3）较合理。当然正确的判断必须用固溶体密度测定法来决定。
（b）(1)(2)(3)(4)
一块金黄色的人造黄玉，化学分析结果认为，是在Al
2
O
3
中添加了%NiO和%Cr
2
O
3
。试写出缺陷反应方程（置换型）及化学式。
解：NiO和Cr
2
O
3
固溶入Al
2
O
3
的缺陷反应为：
2NiO2++2OO
Cr2O3
固溶体分子式为：Cr
取1mol试样为基准，则
m＝；m＝；m＝1－－＝
∵2NiO→2Al
2
O
3
Cr2O3→Al2O3
∴取代前Al
2
O
3
所占晶格为：
＋2＋＝(Al
2
O
3
)
取代后各组分所占晶格分别为：
Al2O3：mol
NiO：mol
Cr2O3：mol
∴取代后，固溶体的分子式为：
Al2O3·NiO·Cr2O3
或
∴x=,Y=
=2－－=2－x－y
=3－x
对于MgO、Al
2
O
3
和Cr
2
O
3
，其正、负离子半径比分别为、和。Al
2
O
3
和Cr
2
O
3
形成连续固溶体。(a)这个结果可能吗为什么(b)试预计，在MgO－Cr
2
O
3
系统中的固溶度是有限还是很大为什么
解：（a）Al
2
O
3
与Cr
2
O
3
有可能形成连续固溶体。因为：
②==10%＜15%
②结构类型相同，均属刚玉型结构。（b）对于MgO－Cr
2
O
3
系统，由于结构类型相差较大，前者为NaCl型，后者为刚玉型。虽然=
=%＜15%，也不可能形成完全互溶的固溶体，而只能是有限固溶。
Al2O3在MgO中将形成有限固溶体，在低共熔温度1995℃时，约有18wt%Al2O3溶入MgO中，MgO单位晶胞尺寸减小。试预计下列情况下密度的变化。
(a)Al3+为间隙离子，(b)Al3+为置换离子。
解：(a)Al3+为间隙离子：
缺陷反应为：（1）
固溶式分子式：（2）
（b）Al3+为置换离子：
缺陷反应为：+（3）
固溶式分子式：（4）
取100g试样为基准：（为摩尔数）
m＝＝＝(m为摩尔数)
mMgO＝＝＝
∴MgO中固溶18%wt的Al
2
O
3
后的分子式为：
MgO·Al2O3或(5)
（5）式各项除以得(6)
由（6）式得x=代入（2）（4）式，
对（a）有
即（b）有设：固溶前后晶胞体积不变，则密度变化为：
（，分别代表固溶前后密度）
所以，固溶后的密度小于固溶前的密度。
用YF
3
加入CaF
2
中形成固溶体，实验测得固溶体的晶胞参数a=，测得固溶体密度ρ=cm3，试计算说明固溶体的类型（元素的相对原子质量：Y=；Ca=；
F=）
解：YF
3
加入CaF
2
的缺陷反应方程如下：YF
3
Y+F+2F
F
(1)2YF
3
2Y+V+6F
F
(2)方程（1）和（2）的固溶式：(1)Ca
1-x
Y
x
F
2+x
(2)Ca
(1-3/2x)
Y
x
F
2
按题意x=代入上述固溶式得：间隙型固溶体分子式为置换型固溶体分子式为；它们的密度分别设为ρ
1
和ρ
2
。CaF
2
是萤石型晶体，单位晶胞内含有4
个萤石分子。
ρ
1
==（g/cm3）
ρ
2
==（g/cm3）
由ρ
1
与ρ
2
计算值与实测密度ρ=cm3比较，ρ
1
值接近cm3，因此YF
3
加入CaF
2
中形成间隙型固溶体。
6-1说明熔体中聚合物形成过程答：聚合物的形成是以硅氧四面体为基础单位，组成大小不同的聚合体。可分为三个阶段初期：石英的分化；
中期：缩聚并伴随变形；
后期：在一定时间和一定温度下，聚合和解聚达到平衡。
6-2简述影响熔体粘度的因素答：影响熔体粘度的主要因素：温度和熔体的组成。
碱性氧化物含量增加，剧烈降低粘度。
随温度降低，熔体粘度按指数关系递增。
6-4试用实验方法鉴别晶体SiO2、SiO2玻璃、硅胶和SiO2熔体。它们的结构有什么不同
答：利用X—射线检测。
晶体SiO2—质点在三维空间做有规律的排列，各向异性。
SiO2熔体—内部结构为架状，近程有序，远程无序。
SiO2玻璃—各向同性。
硅胶—疏松多孔。
6-5玻璃的组成是13wt%Na2O、13wt%CaO、74wt%SiO2，计算桥氧分数
解：
Na2OCaOSiO2
wt%131374
mol
mol%
R=++×2)/=
∵Z=4∴X=2R﹣Z=×2﹣4=
Y=Z﹣X=4﹣=
氧桥%=（×+）
=%
6-6有两种不同配比的玻璃，其组成如下：
试用玻璃结构参数说明两种玻璃高温下粘度的大小
解：对于1：Z=4R
1
=O/Si=
∴X1=2R1﹣4=Y1=Z﹣X1=4﹣=
对于2：R2=O/Si=
∴X2=2R2﹣4=Y2=4﹣X2=4﹣=
∵Y1﹤Y2∴序号1的玻璃组成的粘度比序号2的玻璃小。6-7在SiO2中应加入多少Na2O，使玻璃的O/Si=，
此时析晶能力是增强还是削弱
解：设加入xmol的Na2O，而SiO2的量为ymol。
则O/Si=（x+2y）/y=
∴x=y/2即二者的物质量比为1:2时，O/Si=。
因为O/Si增加了，粘度下降，析晶能力增强了。
6-8有一种平板玻璃组成为14Na2O—13CaO—73SiO2（wt%重量百分比），其密度为cm3,
计算玻璃的原子堆积系数（AFP）为多少计算该玻璃的结构参数值
解：该玻璃的平均分子量
GM=×62+×56+×=
在1Å3中原子数为
n=ρNo/GM=×10-24××1023/=个/Å3
在1Å3原子所占体积
序号
Na
2
O(wt%)Al
2
O
3
(wt%)SiO2(wt%)
181280
212880
V=×4/3π[×2×+×+×+（++×2）×]
=
∴AFP=
结构参数：
Na2OCaOSiO2
wt%141373
mol
mol%
R=++×2)/=
∵Z=4∴X=2R﹣Z=×2﹣4=
Y=Z﹣X=4﹣=
6-9试比较硅酸盐玻璃与硼酸盐玻璃在结构与性能上的差异。
答：结构差异：硅酸盐玻璃：石英玻璃是硅酸盐玻璃的基础。石英玻璃是硅氧四面体[SiO4]以顶角相连而组成的三维架状结构。由于Si—O—Si键角
变动范围大，使石英玻璃中[SiO
4
]四面体排列成无规则网络结构。SiO
2
是硅酸盐玻璃中的主要氧化物。
硼酸盐玻璃：B和O交替排列的平面六角环的B—O集团是硼酸盐玻璃的重要基元，这些环通过B—O—B链连成三维网络。B2O3是
网络形成剂。这种连环结构与石英玻璃硅氧四面体的不规则网络不同，任何O—B三角体的周围空间并不完全被临接的
三角体所填充，两个原子接近的可能性较小。
性能差异：硅酸盐玻璃：试剂和气体介质化学稳定性好、硬度高、生产方法简单等优点。
硼酸盐玻璃：硼酸盐玻璃有某些优异的特性。例如：硼酐是唯一能用以制造有吸收慢中子的氧化物玻璃；氧化硼玻璃的转化温度比
硅酸盐玻璃低得多；硼对中子射线的灵敏度高，硼酸盐玻璃作为原子反应堆的窗口对材料起屏蔽中子射线的作用。
6-10解释硼酸盐玻璃的硼反常现象
答：硼反常现象：随着Na2O（R2O）含量的增加，桥氧数增大，热膨胀系数逐渐下降。当Na2O含量达到15%—16%时，桥氧又开始减少，热膨胀
系数重新上升，这种反常现象就是硼反常现象。
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B
2
O
3
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。
7-2MgO—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900×10-3N/m，液体与固体的界面能为600×10-3N/m，
测得接触角为°，
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=900×10-3N/mγSL=600×10-3N/mθ=°
γSV=γSL+γLVCOSθ=600×10-3+900×10-3×=×10-3N/m
⑵已知φ=60°
γSS=2γSVCOSФ/2=2×900×10-3×COS60/2=m
7-3氧化铝瓷件中需要被银，已知1000℃时γ(Al2O3(S))=×10-3N/m,γ(Ag(L))=×10-3N/m,γ(Ag(L)/Al2O3（S）)=×10-3N/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
解：由于γSV=γSL+γLVCOSθ∴COSθ=∴θ=147°﹥90°
∴液态银不能湿润氧化铝瓷件表面，但可以通过降低γSL使其小于γSV，从而达到湿润的目的。
方法如下：加入一些金属降低γSL。
7-4影响湿润的因素有那些
答：⑴固体表面粗糙度当真实接触角θ小于90°时，粗糙度越大，表面接触角越小，就越容易湿润；当θ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。
7-5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。
7-6什么是晶界结构
答：晶界结构是指晶界在多晶体中的形状、结构和分布。
7-7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。
8-1
结构水
结构水
自由水
牢固结构水松结构水
含义
以OH基形式存在于黏土晶格
结构内的水
吸附在黏土矿物层间及表面
的定向水分子层，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
定向排列的水层，它处于胶粒
的扩散层内
黏土胶团外的非定向水分子
层
作用范围在黏土结构的3~10水分子层
200Å
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100Å（约30水分子层）时朔性最好
8-2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ζ-电位。其数
值对黏土泥浆的稳定性有重要的作用。
8-3大小
（1）离子置换能力（2）黏土的ζ-电位
（3）泥浆的流动性（4）泥浆的稳定性
（5）黏土的结合水
8-4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。
8-5Na2CO3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。
8-6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。
8-7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。
8-8影响粘土可塑性的因素有那些生产上可以来用什么措施来提高或降低粘土的可塑性以满足成形工艺的需要解：当粘土与适当的水混合均匀制成泥
团，该泥团受到高于某一个数值剪应力作用后，可以塑造成任何形状，当去处应力泥团能保持其形状，这种性质称为可塑性。影响因素有：1.矿物组成，
矿物组成不同，颗粒间的作用力也不同。2.吸附的阳离子种类,阳离子的电价越高可塑性越好。3.颗粒的大小和形状，颗粒越细，比表面积越大，颗粒间
的接触点越多，则可塑性增加。4.含水量等。生产上可以增大矿物组分的比表面积来增大电细管力，从而增大可塑性；也可增大或减小吸附的阳离子的
电价，从而改变粘土可塑性；或者将矿物的颗粒减小增大接触点来增大粘土的可塑性；
5-20试解释粘土结构水和结合水（牢固结合水、松结合水）、自由水的区别，分析后两种水在胶团中的作用范围及其对工艺性能的影响。解：粘土结
构水是粘土结构中的水；由于粘土颗粒一般带负电，又因水是极性分子，当粘土颗粒分散于水中时，在粘土表面负电场的作用下，水分子以一定取向
分布在粘土颗粒周围以氢键与其表面上的氧和氢氧基结合，负电端向外。在第一层水分子的外围形成一个负电表面，因而又吸引第二层水分子。负电
场对水分子的引力作用，随着离开粘土表面距离的增加而减弱，因此水分子的排列也有定向逐渐过渡到混乱。靠近内层形成的定向排列的水分子层称
为牢固结合水，围绕在粘土颗粒周围，与粘土颗粒形成一个整体，一起在介质中运动，其厚度约为3－10个水分子厚。在牢固结合水的外围吸引着一
部分定向程度较差的水分子层称为松结合水，由于离开粘土颗粒表面较远，他们之间的结合力较小。在松结合水以外的水叫自由水。结合水的密度大，
热容小，界电常数小，冰点低等，在物理性质上与自由水不同。粘土和水结合的数量可以用测量润饰热来判断。粘土与这三种水结合的状态与数量将
会影响粘土－水系统的工艺性能。在粘土含水量一定的情况下，若结合水减少，则自由水就多，此时粘土胶的体积减小，容易移动，因而泥浆粘度小，
流动性好；当结合水量多时，水膜厚，利于粘土胶粒间的滑动，则可塑性好。
第10章习题-解答
解：凝聚系统：不含气相或气相可以忽略的系统。
介稳平衡：即热力学非平衡态，能量处于较高状态，经常出现于硅酸盐系统中。
低共熔点：是一种无变量点，系统冷却时几种晶相同时从熔液中析出，或加热时同时融化。
双升点：处于交叉位的单转熔点。
双降点：处于共轭位的双转熔点。
马鞍点：三元相图界线上温度最高点，同时又是二元系统温度的最低点。
连线规则：将一界线（或其延长线）与相应的连线（或其延长线）相交，其交点是该界线上的温度最高点。
切线规则：将界线上某一点所作的切线与相应的连线相交，如交点在连线上，则表示界线上该处具有共熔性质；如交点在连线的延长线上，则表示界
线上该处具有转熔性质，远离交点的晶相被回吸。
三角形规则：原始熔体组成点所在副三角形的三个顶点表示的物质即为其结晶产物；与这三个物质相应的初初晶区所包围的三元无变量点是其结晶结
束点。
重心规则：如无变点处于其相应副三角形的重心位，则该无变点为低共熔点：如无变点处于其相应副三角形的交叉位，则该无变点为单转熔点；如无
变点处于其相应副三角形的共轭位，则该无变点为双转熔点。
2具有很高的熔点，硅酸盐玻璃的熔制温度也很高。现要选择一种氧化物与SiO2在800℃的低温下形成均一的二元氧化物玻璃，请问，选何种氧化
物加入量是多少
解：根据Na
2
O－SiO
2
系统相图可知最低共熔点为799℃。故选择Na
2
O能与SiO
2
在800℃的低温下形成均一的二元氧化物玻璃。
4.具有不一致熔融二元化合物的二元相图〔图10-12（c）〕在低共熔点E发生如下析晶过程：LA+C，已知E点的B含量为20%，化合物C的B含量为
64%。今有C1，C2两种配料，已知C1中B含量是C2中B含量的倍，且在高温熔融冷却析晶时，从该二配料中析出的初相（即达到低共熔温度前析出的
第一种晶体）含量相等。请计算C
1
，C
2
的组成。
解：设C
2
中B含量为x,则C
1
中B含量为，由题意得：
所以C1组成B含量为26％，C2组成B含量为％。
5.已知A，B两组分构成具有低共熔点的有限固溶体二元相图〔图10-12（i）〕。试根据下列实验数据绘制相图的大致形状：A的熔点为1000℃，B
的熔点为700℃。含B为的试样在500℃完全凝固，其中含mol初相α和（α＋β）共生体。含B为的试样在同一温度下完全凝固，其中含mol初相
α和（α＋β）共生体，而α相总量占晶相总量的50%。实验数据均在达到平衡状态时测定。
解：设C点含B为x%,E点含B为y%，D点含B为z%，由题意借助杠杆规则得关系式：
解得：
x=％
y=％
z=％
由此可确定C、D、E三点的位置，从而绘出其草图。
6-23试分析图6-11上配料点1、2、3的结晶过程，写出结晶过程的相平衡表达式（表明液、固相组成点的变化及结晶过程各阶段系统中发生的相变
化和自由度数的变化）。
解：1点冷却析晶过程：
2点冷却析晶过程：
3点冷却析晶过程：
图6-11图6-12
6-24图6-12所示为生成一个三元化合物的三元系统相图。（1）判断三元化合物N的性质；（2）标出界线上的温降方向（转熔界线用双箭头）；（3）
指出无变量点K、L、M的性质，并写出相平衡方程；（4）分析点l、2的结晶过程，写出结晶过程的相平衡表达式。
解：（1）N为不一致熔融三元化合物
（2）如图所示
（3）副△ACN对应M低共熔点
副△BCN对应L低共熔点
副△ABN对应K单转熔点
（4）1的结晶过程：
2的结晶过程：