陶瓷與玻璃
以三選一題型確認離子鍵與配位數、代表性的晶體結構、燒結、玻璃轉移、以韋伯統計描述的強度離散、熱衝擊,以及介電與壓電材料。計算題也附有解析。
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陶瓷與玻璃的重點
多數陶瓷由離子鍵或共價鍵構成,陽離子的配位數大致由陽離子與陰離子的半徑比決定。要掌握NaCl型、CsCl型、鈣鈦礦型等結構與其配位數。將粉末在高溫下燒結緻密化的燒結過程,是以表面能的降低為驅動力進行的。
陶瓷會從內部微小的缺陷發生脆性破壞,因此強度離散很大,以韋伯分布評估破壞機率。玻璃是過冷液體的結構凍結而成,玻璃轉移溫度會隨冷卻速度改變。BaTiO₃等鐵電體作為電容器與壓電元件,是電子零件中不可或缺的材料。
陶瓷與玻璃的題目列表(12題)
- 設Na⁺的離子半徑為0.102 nm,Cl⁻的離子半徑為0.181 nm。由半徑比預測的陽離子配位數為下列何者?設半徑比為0.225〜0.414時配位數為4,0.414〜0.732時為6,0.732以上時為8。
- 關於CsCl型結構的敘述,下列何者正確?
- 在BaTiO₃等鈣鈦礦型結構(ABO₃)中,B位置陽離子(Ti⁴⁺)周圍氧的配位數為下列何者?
- 關於陶瓷粉末燒結的敘述,下列何者正確?
- 由熔液冷卻玻璃時,關於玻璃轉移溫度Tg的敘述,下列何者正確?
- 某陶瓷的強度遵循韋伯分布 Pf = 1 − exp[−(σ/σ₀)的m次方],尺度參數 σ₀ = 400 MPa,韋伯模數 m = 10。以300 MPa負荷時的破壞機率最接近下列何者?
- 在韋伯模數 m = 10 的陶瓷中,體積V的試片的特性強度為500 MPa。以韋伯體積效應 σ₂/σ₁ = (V₁/V₂)的1/m次方 計算,同一材料製成、體積10V的零件的特性強度最接近下列何者?
- 某陶瓷的彎曲強度為300 MPa,楊氏模數為380 GPa,蒲松比為0.22,線膨脹係數為8.0×10⁻⁶ K⁻¹。急冷熱衝擊下開始破裂的溫差標準 ΔTc = σf(1 − ν)/(Eα) 最接近下列何者?
- 在ZrO₂中固溶Y₂O₃的穩定氧化鋯(YSZ)成為氧離子導體的理由,下列何者正確?
- 關於壓電性與鐵電性關係的敘述,下列何者正確?
- 以面積1.0 mm²的電極夾住相對介電常數3000的介電層(厚度2.0 µm)所構成的平行板電容器,其電容最接近下列何者?設真空介電常數為8.85×10⁻¹² F/m。
- 部分穩定氧化鋯顯示高破壞韌性的主要原因為下列何者?