材料科学基础试题及答案文档格式.docx

1、 九.试分析二次再结晶过程对材料性能有何影响？工艺上如何防止或延缓二次再结晶的发生？ 十.图3是A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题：1写出点P，R，S的成分；2设有2kgP，问需要多少何种成分的合金Z才可混熔成6kg成分为R的合金。 十一.图4是A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题：1在图上划分副三角形、用箭头表示各条线上温度下降方向及界线的性质；2判断化合物D、F的性质；3写出各三元无变量点的性质及其对应的平衡关系式；4写出组成点G在完全平衡条件下的冷却结晶过程；5写出组成点H在完全平衡条件下的冷却结晶过程，写出当液相组成点刚刚到达E4点和结晶结束时各物质的百分含量（用线段

2、比表示）。试题二一、（1）（12分）根据CaTiO3晶胞图（见图1）回答下列问题： 1.晶面BCGF、DEG的晶面指数；晶向DF、HA的晶向指数。 2.结构中各离子的配位数为多少，写出其配位多面体； 3.晶胞分子数是多少？何种离子添何种空隙，空隙利用率是多少？ 4.结构中是否存在TiO32-离子，为什么？（2）（11分）图2是镁橄榄石（Mg2SiO4）结构示意图，试回答： 1镁橄榄石属于哪种硅酸盐结构类型； 2计算说明O2-的电价是否饱和； 3结构中有几种配位多而体，各配位多面体间的连接方式怎样? 4镁橄榄石是否容易形成玻璃，为什么？图1图2 二、（10分）写出下列缺陷反应式： 1.NaCl形

3、成肖脱基缺陷。2.AgI形成弗伦克尔缺陷（Ag+进入间隙） 3.TiO2掺入到Nb2O3中，请写出二个合理的方程，写出固溶体的化学式，并判断可能成立的方程是哪一种？ 三、（10分）判断下列叙述是否正确？若不正确，请改正。 1.Na2O-SiO2系统中随SiO2含量的增加，熔体的粘度将降低。 2.扩散的推动力是浓度梯度，所有扩散系统中，物质都是由高浓度处向低浓度处扩散。 3.晶粒正常长大是小晶粒吞食大晶粒，反常长大是大晶粒吞食小晶粒。 4.固溶体是在固态条件下，一种物质以原子尺寸溶解在另一种物质中形成的单相均匀的固体。 5.在热力学平衡条件下，二元凝聚系统最多可以3相平衡共存，它们是一个固相、一

4、个液相和一个气相。四、（6分）什么叫弛豫表面？NaCl单晶表面具有什么样的结构特点？五、（6分）巳知Zn2+和Cr2+在尖晶石ZnCrO4中的自扩散系数与温度的关系分别为 1.试求1403K时Zn2+和Cr2+在尖晶石ZnCrO4中的扩散系数。2.将细铂丝涂在两种氧化物ZnO和Cr2O3的分界线上，然后将这些压制成型的样品进行扩散退火。（标记物铂丝非常细，不影响离子在不同氧化物之间的扩散）。根据所得数据判断铂丝将向哪一方向移动？六、（6分）为什么在成核一生成机理相变中，要有一点过冷或过热才能发生相变?什么情况下需过冷，什么情况下需过热，各举一个例子。七、（6分）粒径为1球状Al2O3由过量的M

5、gO微粒包围，观察尖晶石的形成，在恒定温度下，第一个小时有20%的Al2O3起了反应，分别用扬德方程、金斯特林格方程计算完全反应的时间，对计算结果进行比较并说明为什么？八、（6分）陶瓷材料中晶粒的大小与什么有关？工艺上如何控制晶粒尺寸（请列出三种途径）？九、（26分）图3 是A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题：1在图上划分副三角形、用箭头表示各条界线上温度下降方向及界线的性质；2判断化合物D、M的性质；5写出组成点H在完全平衡条件下进行加热时，开始出现液相的温度和完全熔融的温度；写出完全平衡条件下进行冷却，结晶结束时各物质的百分含量（用线段比表示）。试题三 一、根据CaTiO3晶胞图

6、（见图1）回答下列问题（18）：1、晶面BCGF、HAC的晶面指数；晶向DF、AH的晶向指数。2、结构中各离子的配位数为多少，写出其配位多面体；3、晶胞分子数是多少？4、计算说明O2-的电价是否饱和；5、结构中是否存在TiO32-离子，为什么？图 1 二、下列硅酸盐矿物各属何种结构类型（6）：r-Ca2Si04， KAISi3O8， CaMgSi2O6，Mg3Si4O10（OH）2， Ca2AlAlSiO7， Ca2Mg5Si4O11（OH）2 三、1、写出下列缺陷反应式（10）：（1） CaCl2溶人NaC1中形成空位型固溶体，并写出固溶体的化学式；（2） NaCl形成肖脱基缺陷。 2、为什

7、么间隙型固溶体不能形成无限固溶体？ 四、硅酸盐熔体的结构特征是什么？从Na2OSiO系统出发，随引入B2O3量的增加，系统的粘度如何变化，为什么？（10） 五、固体是如何降低系统的表面能的，为什么相同组成的固体的表面能总是高于液体的表面能？（8） 六、假定碳在Fe（体心立方）和Fe（面心立方）中进行扩散，碳在Fe中的D0和扩散活化能为0.0079、83600J/mol，碳在Fe中的D0和扩散活化能为0.21和141284J/mol，计算800时各自的扩散系数并解释其差别。（6） 七、为什么在成核一生成机理相变中，要有一点过冷或过热才能发生相变? 什么情况下需过冷，什么情况下需过热，试证明之。

8、八、如果要合成镁铝尖晶石，可供选择的原料为Mg（OH）2、MgO、-Al2O3、-Al2O3，从提高反应速率的角度出发，选择什么原料较好？请说明原因。 九、下列过程中哪一个能使烧结体强度增大，而不产生坯体宏观上的收缩? （6分）（a）蒸发冷凝、 （b） 体积扩散、 （c）粘性流动、 （d）表面扩散、（e）溶解沉淀 十、图2是A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题（24）：2判断化合物S1、S2、S3的性质；5写出组成为H的混合物在完全平衡条件下进行加热时，开始出现液相的温度和完全熔融的温度；写出组成H的混合物在完全平衡条件下进行冷却，结晶结束时各物质的百分含量（用线段比表示）。试题四 一

9、、填空题（210=20分）1、依据（ ）之间关系的不同，可以把所有晶体的空间点阵划归为七类，即（ ）晶系、单斜晶系、（ ）晶系、三方晶系、正方晶系、六方晶系和（ ）晶系。2、扩散的基本推动力是（ ），一般情况下以（ ）等形式（列出一种即可）表现出来，扩散常伴随着物质的（ ）。3、晶面族是指（ ）的一组晶面，同一晶面族中，不同晶面的指数的（ ）相同，只是（ ）不同。4、向MgO、沸石、TiO2、萤石中，加入同样的外来杂质原子，可以预料形成间隙型固溶体的固溶度大小的顺序将是（ ）。5、烧结过程可以分为（ ）三个阶段，在烧结的中后期，与烧结同时进行的过程是（ ）。6、液体表面能和表面张力数值相等、量

10、纲相同，而固体则不同，这种说法（ 是/否 ）正确，因为（ ）。7、驰豫表面是指（ ），NaCl单晶的表面是（ ）。8、一般的固态反应包括（ ）两个过程，化学动力学范围是指（ ）。9、从熔体结构角度，估计长石、辉石（MgO?SiO2）、镁橄榄石三种矿物的高温熔体表面张力大小顺序（ ）。 10、刃性位错的柏氏矢量与位错线呈（ ）关系，而螺位错两者呈（ ）关系。 二、Zn2+在ZnS中扩散时，563时的扩散系数为310-14cm2/sec，450时的扩散系数为1.010-14cm2/sec,（10分） 求:（1） 扩散的活化能和D0；（2） 750时的扩散系数。 三、根据Mg2SiO4在（110）面

11、的投影图回答（10分）：（1） 结构中有几种配位多面体，各配位多面体间的连接方式怎样?（2） O2-的电价是否饱和? （3） 晶胞的分子数是多少?（4） Si4+和Mg2+所占的四面体空隙和八面体空隙的分数是多少?黑球：Si4+小白球：Mg2+大白球：O2-图 2 四、铜在过冷的液体中均匀形核，设晶胚为球状，半径为r。已知Gv=3.6106J/cm3；液固界面的界面能为=0.15J/cm2；铜为面心立方结构，其点阵常数a=0.361nm,1nm=10-7cm。（10分）（1） 根据能量方程导出临界晶核半径r*的表达式，并计算其大小；（2） 求出临界晶核中的原子个数。 五、熔体结晶时（10分）：

12、（1） 讨论温度对总结晶速率的影响；（2） 指出在哪一温度范围内对形成玻璃有利，为什么？ 六、1写出下列缺陷方应方程式。（5分）1）TiO2加入到A12O3中（写出两种）；2）NaCl形成肖脱基缺陷。2画出体心立方点阵的晶胞结构图，并在图中作出（112）晶面和 晶向。3实验室要合成镁铝尖晶石，可供选择的原料为Mg（OH）2、MgO、Al2O33H2O、-Al2O3、-Al2O3。从提高反应速率的角度出发，选择什么原料较好？ 七、如图A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题（25分）：2判断化合物F、G、H 的性质；4写出组成点M1在完全平衡条件下的冷却结晶过程；5写出组成点M2在完全平衡条

13、件下进行加热时，开始出现液相的温度和完全熔融的温度；图二试题五一、填空题（110=10分） 1、密排六方结构（等径球堆积）单位晶胞中分子数是（），配位数是（）。2、Fick扩散第二定律的一维表达式为（3、当晶核剂和晶核具有（）时，对核化最有利。4、广义材料腐蚀是指材料由于（）而引起的破坏和变质过程。5、烧结中后期所伴随的（）等，决定了材料显微结构的形成，也决定了材料最终的性质或性能。6、固态物质的反应活性通常（），当反应物之一存在多晶转变时则转变温度通常也是（7、从熔融态向玻璃态转化的过程是可逆的和渐变的，是在（）范围内完成，无固定熔点。8、刃位错的柏氏矢量与位错线呈（）关系。二、晶体结构-性

14、质关系（20分） 1、根据下图的萤石结构图回答下列问题（14分）：1）指出萤石结构中正负离子的堆积方式（两种方式）；2）写出结构中正负离子的配位数及其配位多面体；3）Ca2+离子的配位多面体之间是如何连接的？4）在结构图中用和标示相互平行的同号离子层，分析萤石晶体的解理性。2、根据Si/O比例不同划分硅酸盐晶体结构类型。（6分）三、晶体结构缺陷（10分） 1、晶体A属于体心立方空间点阵，若原子B溶入A晶格的顶点位置形成置换型固溶体（全部取代），那么其成分可能是AB还是AB3？为什么？（4分） 2、Al2O3掺入到MgO中，请写出二个合理的方程，并写出对应的固溶体化学式（6分）。 四、从熔体结构

15、角度，估计长石、辉石（MgOSiO2）、镁橄榄石三种矿物的高温熔体表面张力 大小顺序，并分析它们形成玻璃的能力。（10分） 五、1、氧化铝瓷件表面上涂银后，烧到1000时，巳知（Al2O3，固）1J/m2；（Ag，液）0.92J/m2；（Ag，液/Al2O3，固）1.77J/m2，试问液态银能否润湿氧化铝瓷件表面？可以用什么方法改善它们之间的润湿性？请提出一种最有可能实现的措施。（6分） 2、根据威尔的表面双电层理论，某些化合物表面可能由负离子组成，正离子被负离子所屏蔽。已知PbI2的表面能为1.3105J/cm2，CaF2的表面能为2.5104J/cm2，请判断PbI2和CaF2的表面双电层

16、厚度的大小，并解释产生的原因。六、已知铜的熔点Tm1083，熔化热H1628J/cm3，固液界面能1.77105J/cm2，铜为面心立方晶体，点阵常数a0.3615nm。1、当液态金属铜过冷至853进行均态形核时，求临界晶核半径和每个临界晶核的原子数（设晶核为球形）。2、若为非均态形核，求临界球冠的原子数。（设形成球冠的高度为h0.2R，球冠体积，R为球冠半径） 七、经过计算可知1000下氢在面心立方铁中的扩散系数为1.08104cm2/s，同等条件下镍在面心立方铁中的扩散系数为4.271011cm2/s，请对这种差别进行解释。（5分） 八、实验室要合成镁铝尖晶石，可供选择的原料为MgCO3、

17、MgO、Al2O3、Al2O3。九、如图A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题（20分）：1、在图上划分副三角形、用箭头表示各条界线上温度下降方向及界线的性质；2、判断化合物D的性质；3、写出各三元无变量点的性质及其对应的平衡关系式；4、写出组成点M1在完全平衡条件下的冷却结晶过程，结晶结束时各物质的百分含量（用线段比表示）；5、写出组成点M2在完全平衡条件下的冷却结晶过程，在M2熔体的液相组成点刚刚到达J1时，求其相组成（用线段比表示）。在J1的反应哪个晶相先消失，为什么？试题一答案 一、1：4； 2：O2-离子做面心立方密堆积，Na+填全部四面体空隙； 3：=4CN O2-=8 Na

18、O4ONa8； 4：O2-电价饱和，因为O2-的电价=（Na+的电价/Na+的配位数）O2的配位数； 5：二、1：Al4Si4O10（OH）8；2：单网层状结构；3：一层硅氧层一层水铝石层且沿C轴方向堆积；4：层内是共价键，层间是氢键；5：片状微晶解理。三、1：点缺陷，线缺陷，面缺陷；由低浓度向高浓度的扩散；坯体间颗粒重排，接触处产生键合，大气孔消失，但固-气总表面积变化不大；按硅氧比值分类或按硅氧聚和体的大小分类；表面能的降低，流动传质、扩散传质、气相传质和溶解-沉淀传质；6：随自由能的变化而发生的相的结构的变化，一级相变、二级相变和三级相变。四、 1：OVNa +VCl 2：AgAgAgi

19、+VAg 3：3TiO23TiNb+VNb+6OO2TiO22TiNb+Oi+3O0Nb2-xTi3xO3可能成立Nb2-2xTi2xO3+x 4：NaClNaCa+ClCl+VCl五、一是通过表面质点的极化、变形、重排来降低表面能，二是通过吸附来降低表面能。 1：t=195h2：t=68h七、当O/Si由24时，熔体中负离子团的堆积形式由三维架状转化为孤立的岛状，负离子团的聚合度相应的降至最低。一般情况下，熔体中负离子团的聚合度越高，特别是形成三维架状的空间网络时，这些大的聚合离子团位移、转动、重排都比较困难，故质点不易调整成规则排列的晶体结构，易形成玻璃。熔体中负离子团的对称性越好，转变成

20、晶体越容易，则形成玻璃愈难，反之亦然。八、晶界上质点排列结构不同于内部，较晶体内疏松，原子排列混乱，存在着许多空位、位错、键变形等缺陷，使之处于应力畸变状态，具有较高能量，质点在晶界迁移所需活化能较晶内为小，扩散系数为大。九、二次再结晶出现后，由于个别晶粒异常长大，使气孔不能排除，坯体不在致密，加之大晶粒的晶界上有应力存在，使其内部易出现隐裂纹，继续烧结时坯体易膨胀而开裂，使烧结体的机械、电学性能下降。工艺上常采用引入适当的添加剂，以减缓晶界的移动速度，使气孔及时沿晶界排除，从而防止或延缓二次再结晶的发生。十、 PRSZA2010455B6085C7030十一、略试题二答案 一、（1）1、（0

21、10）（111） 111101；（4分）3、1；Ti4+添八面体空隙，八面体空隙利用率1/4，四八面体空隙全；（3分）4、否，因为Ti4+和O2-间没有明显的共价键成分。（2分） （2）1、岛状结构；（1分）；2、O2-与一个SiO4、三个 MgO6配位：4/41+263=2= O2-的电价，O2-的电价（2分）；3、结构中有两种配位多面体SiO4、MgO6 （2分）；SiO4呈孤立的岛状，中间被MgO6隔开，SiO4与 MgO6之间共顶或共棱连接，同层的MgO6之间共棱、不同层的MgO6之间共顶连接；4、不易，因为镁橄榄石的Si/O=1/4，最低，网络连接程度弱，结构中络阴离子团尺寸小，迁移

22、阻力小，熔体的粘度低，冷却过程中结构调整速率很快。二、写出下列缺陷反应式（10）：1、O?VNa +VCl2、AgAgAAi+VAg3、3TiO23TiNb+VNb+6O0 2TiO2Nb2-xTi3xO3可能成立Nb2-2xTi2xO3+x三、1（2分）粘度增加；2（2分）扩散也可以从低浓度向高浓度进行；3（2分）都是晶界移动的结果。正常长大是晶粒平均尺寸增加，反常长大是个别大晶粒尺寸异常增加。4（2分）正确5（2分）两个固相和一个液相四、表面上的原子产生相对于正常位置的上、下位移，称为表面弛豫。NaCl单晶中处于表面层的负离子只受到上下和内侧正离子的作用，而外侧是不饱和的。电子云将被拉向内

23、侧的正离子一方而变形，使该负离子诱导成偶极子。这样就降低了晶体表面的负电场。接着，表面层离子开始重排以使之在能量上趋于稳定。为此，表面的负离子被推向外侧，正离子被拉向内侧从而形成了表面双电层。五、 因为,所以铂丝向Cr2O3方向移动。六、由热力学可知，在等温、等压下有在平衡条件下，则有式中：0是相变的平衡温度；为相变热。若在任意温度的不平衡条件下，则有若与不随温度而变化，将上式代入上式得：可见，相变过程要自发进行，必须有，则。（1）若相变过程放热（如凝聚、结晶等）要使，必须有，即，这表明系统必须“过冷”。（2）若相变过程吸热（如蒸发、熔融等），要满足这一条件则必须，这表明系统要自发相变则必须“过热”。七、扬德方程1（1G）1/32=K4t t=194.6h（2分）金斯特林格方程12/3G（1-G）2/3=K6t t=68.1t=68.1（2分）扬德方程假设反应过程中扩散截面不变，而金斯特林格方程考虑了反应中扩散截面的变化。随反应的进行，反应物体积减小，扩散截面变小，所需反应时间要比扬德假设所计算出的时间短。八、陶瓷材料中晶粒的大小与物料的原始粒度、烧结温度和时间等因素有关；控制晶