《材料科学基础》期末复习考试.docx
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《材料科学基础》期末复习考试
安庆师范学院
2010-2011学年度第一学期期末复习考试
《材料科学基础》课程
院系化学化工学院专业材料化学班级
姓名学号□□□□□□□□□
题号
一
二
三
四
五
总分
得分
注 意 事 项
1、本试卷共五大题。
2、考生答题时必须准确填写院系、专业、班级、姓名、学号等栏目，字迹要清楚、工整。
得分
一．选择题：
（本大题共十小题，每小题1分，共10分，将答案填入下面表格中）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1、右图最可能是哪种晶体的结构（）
A．萤石结构 B．尖晶石结构
C．钙钛矿结构 D．金红石结构
2.下列四个选项中，哪项不会影响填隙型固溶体的固溶度……（）
A尺寸B离子价
C导电性D电负性
3、下图为六方最密堆积（A3），则其每个原子的配位数为（ ）个。
A．2B．4C．8D．12
4、在烧结模型中，中心距缩短的双球模型适用于（）传质的烧结。
A蒸发-冷凝B溶解-沉淀
C晶格扩散D表面扩散
5、过冷熔体的结晶过程是由两步组成的，它包括（）
A．晶核生长和晶体生长B．晶核生长和析出晶体
C．析出晶体和晶体生长D．快速冷却和析出晶体
6、下列图中哪个晶胞最可能是尖晶石晶体结构（）
7、阴离子具有立方密堆积，阳离子填满所有四面体空隙的是下列哪种结构（）
A．萤石结构B．反萤石结构
C．尖晶石结构D．反尖晶石结构
8、下列缺陷中属于线缺陷的是（ ）
A．位错B．晶界
C．层错D．空位
9、当硅氧四面体被共用的顶点数S=4时，其形成的结构为（）
A．岛状结构B．链状结构
C．层状结构D．骨架结构
10、下图中，高温熔体M缓慢析晶将在（）点结束。
A．K点B．P点
C．E点D．D点
得分
得分
二、填空题（本大题共13小题，共27分）
1、烧结是一个过程（1分），（1分）是推动烧结进行的基本动力。
2、在一定的热力学条件下，系统虽未处于最低能量状态，却处于一种可以较长时间存在的状态，称为（1分）。
3、晶体产生Fenkel缺陷时，晶体体积（1分），晶体密度（1分）；而有Schottky缺陷时，晶体体积（1分）,晶体密度（1分）。
4、关于玻璃结构的两个重要学说是（1分）和（1分）。
5、（1分）是指晶体中原子或分子的排列情况，由空间点阵+结构基元构成的。
6、依据（1分）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（1分）晶系、单斜晶系、（1分）晶系、三方晶系、正方晶系、六方晶系和（1分）晶系。
7、扩散的基本推动力是（1分），一般情况下以（1分）等形式（列出一种即可）表现出来，扩散常伴随着物质的（1分）。
8、晶面族是指（1分）的一组晶面，同一晶面族中，不同晶面的指数的（1分）相同，只是（1分）不同。
9、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（1分）。
10、烧结过程可以分为（1分）三个阶段，在烧结的中后期，与烧结同时进行的过程是（1分）。
11、液体表面能和表面张力数值相等、量纲相同，而固体则不同，这种说法（是/否）正确，因为（1分）。
12、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（1分）。
13、刃型位错的柏氏矢量与位错线呈（1分）关系，而螺位错两者呈（1分）关系。
得分
三、简答题（本大题共4小题，共31分）
1、（6分）图1是Na2O的理想晶胞结构示意图，试回答：
（1）晶胞分子数是多少；
（2）结构中何种离子做何种密堆积；何种离子填充何种空隙；
（3）结构中各离子的配位数为多少，写出其配位多面体；
（4）计算说明O2-的电价是否饱和；
（5）画出Na2O结构在（001）面上的投影图。
2、（选做一）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？
（5分）
（选做二）
（1）写出下列缺陷反应式（5分+5附加分）：
CaCl2溶人NaC1中形成空位型固溶体，并写出固溶体的化学式；
NaCl形成肖脱基缺陷。
（2）为什么间隙型固溶体不能形成无限固溶体？
（选做三）写出下列缺陷方应方程式。
（5分）
TiO2加入到A12O3中（写出两种）；
NaCl形成肖脱基缺陷。
3、硅酸盐熔体的结构特征是什么？
从Na2O—SiO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分）
4、熔体结晶时（10分）：
（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？
得分
四、计算、作图及问答题（本大题共4小题，共32分）
1、In具有四方结构，其相对原子质量Ar=114.82，原子半径r=0.1625nm，晶格常数a=0.3252，c=0.4946nm，密度ρ=7.286g/cm3，试问In的单位晶胞内有多少个原子？
In的致密度（空间占有率）为多少？
（10分）
2、（选做一）作图表示立方晶体的（12
）、（0
2）晶面及[
02]、[
11]晶向。
（6分）
（选做二）画出立方晶系中的（3
）晶面和[13
]晶向。
（6分）
3、
（1）MgO晶体中，肖脱基缺陷的生成能为6eV，计算在25℃和1600℃时热缺陷的浓度。
（2）如果MgO晶体中，含有百万分之一摩尔的A12O3杂质，则在1600℃时，MgO晶体中是热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势，说明原因。
（10分）
4、（选做一）如图A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题（24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；（6分）
2）判断化合物F、G、H的性质；（3分）
3）写出各三元无变量点的性质及其对应的平衡关系式；（6分）
4）写出组成点M1在完全平衡条件下的冷却结晶过程；（6分）
5）写出组成点M2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）。
（3分）
（选做二）
下图是A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列各题：
（26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；（9分）
2）判断化合物D、M的性质；（3分）
3）写出各三元无变量点的性质及其对应的平衡关系式；（4分）
4）写出组成点G在完全平衡条件下的冷却结晶过程；（5分）
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）。
（5分）
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《材料科学基础》课程
参考答案及评分标准
一、选择题（共10题，每题2分，共20分）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
C
C
D
B
A
D
B
A
D
C
二、填空题（共10题，共27分）
1.自发的不可逆，系统表面能降低；
2.介稳态；3.不变，不变，变大，变小；
4.无规网络学说，微晶学说；
5.晶体结构。
6.晶胞参数，三斜，正交（斜方），立方。
7.化学位梯度，浓度梯度的，定向迁移。
8.原子排列状况相同但位向不同，数字、数序和正负号不同。
9.沸石>萤石>TiO2>MgO。
10.烧结初期、烧结中期和烧结后期，再结晶和晶粒长大。
11.是，固体质点不能自由移动。
12.镁橄榄石>辉石>长石。
13.垂直平行。
三、简答题（共4题，每题5分，共20分）
1、
（1）4；
（2）O2-离子做面心立方密堆积，Na+填全部四面体空隙；
（3）
=4CNO2-=8[NaO4][ONa8]；
（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）
2、（选做一）
3TiO2
3TiNb˙+VNb´´´+6OO2TiO2
2TiNb˙+Oi´´+3OO
Nb2-4/3xTixO3可能成立Nb2-xTixO3-x/2
（选做二）
（1）CaCl2
VNa′+2ClCl+CaNa′（2分）
NaC1-2xCaxCl （1分）
（2）O
VNa′+VCl′（2分）
（3）一是因为晶体中的间隙位置有限，二是因为间隙质点超过一定的限度会不破坏晶体结构的稳定性。
（选做三）1）
（2分）
（2分）
2）
（1分）
3、[SiO4]为基本结构单元，四面体组成形状不规则大小不同的聚合力子团，络阴离子团之间依靠金属离子连接。
（4分）；
从Na2O—SiO2系统出发，随引入B2O3量的增加，[BO3]与游离氧结合，转变为[BO4]，使断裂的网络重新连接，系统粘度增加（3分）；
继续引入B2O3，B2O3以层状或链状的[BO3]存在，系统的粘度降低（3分）。
4、
（1）如右图，I表示核化速率，u表示晶化速率（5分）；
（2）在阴影部分以外的温度对形成玻璃有利，因为此时核化速率与晶化速率都较小或只存在一种情况（5分）。
四、计算、作图及问答题（本大题共4小题，共32分）
1.
故In的单位晶胞中有2个原子。
2.作图如下
（选做一）
图略
（选做二）
图略
3.解:
（1）根据热缺陷浓度公式
n/N=exp（-E/2RT），E=6eV=6×1.602×10-19=9.612×10-19J,
T=298k：
n/N=1.92×10-51，T=1873k：
n/N=8.0×10-9；
（2）在MgO中加入百万分之一的AL2O3，AL2O3
2ALMg·+VMg’’+3OO，∵[AL2O3]=10-6，∴[杂质缺陷]=3×10-6/2=1.5×10-6，∴比较可知，杂质缺陷占优。
4.（选做一）
1）见图；（6分）
2）G，一致熔融二元化合物；F，不一致熔融二元化合物；H，不一致熔融三元化合物（3分）
3）E1，单转熔点，
E2，低共熔点，
E3，低共熔点，
E4，单转熔点，
E5，单转熔点，
E6，多晶转变点，
（6分）
4）
L：
（结晶结束）（B消失）（4分）
S：
（产物A+F+H）（2分）
5）E2温度，M2点所在温度；过M2点做副三角形CGH的
两条边GH、GC的平行线M2X、M2Y，C%=YH/HC×100%，
H%=CX/HC×100%，G%=XY/HC×100%。
（4分）（3分）。
选做二
解：
1）见图，副三角形3分，界线性质2分，界线上温度降低方向4分；
2）D，一致熔融二元化合物，高温稳定、低温分解；（2分）
M，不一致熔融三元化合物；（1分）
3）（4分）E1，单转熔点，
E2，低共熔点，
E3，单转熔点，
E4，过渡点，
4）（4分）
液相点移动路程
（结晶结束）
固相点移动路程
（产物C+B+M）
5）E2温度（1分），H点所在温度（1分）；过H点做副三角形BCM的两条边CM、BM的平行线HH1、HH2，C%=BH2/BC×100%，B%=CH1/BC×100%，C%=H1H2/BC×100%（3分）。
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