材料科学基础试题及答案文档格式.docx
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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（Mg2[SiO4]）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1μ球状Al2O3由过量的MgO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（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-Ca2[Si04]，K[AISi3O8]，CaMg[Si2O6]，
Mg3[Si4O10]（OH）2，Ca2Al[AlSiO7]，Ca2Mg5[Si4O11]（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）
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α—Fe（体心立方）和γ—Fe（面心立方）中进行扩散，碳在α—Fe中的D0和扩散活化能为0.0079、83600J/mol，碳在γ—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。
八、如果要合成镁铝尖晶石，可供选择的原料为Mg（OH）2、MgO、γ-Al2O3、α-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、填空题（2×
10=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3×
10-14cm2/sec，450℃时的扩散系数为1.0×
10-14cm2/sec,（10分）
求:
（1）扩散的活化能和D0；
（2）750℃时的扩散系数。
三、根据Mg2[SiO4]在（110）面的投影图回答（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=—3.6×
106J/cm3；
液固界面的界面能为σ=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）：
（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、Al2O3·
3H2O、γ-Al2O3、α-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（1´
10=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，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γ（Al2O3，固）＝1J/m2；
γ（Ag，液）＝0.92J/m2；
γ（Ag，液/
Al2O3，固）＝1.77
J/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1.3×
10－5J/cm2，CaF2的表面能为2.5×
10－4J/cm2，请判断PbI2和CaF2的表面双电层厚度的大小，并解释产生的原因。
六、已知铜的熔点Tm＝1083℃，熔化热△H＝1628J/cm3，固液界面能γ＝1.77×
10－5J/cm2，铜为面心立方晶体，点阵常数a＝0.3615nm。
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h＝0.2R，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
＝1.08×
10－4cm2/s，同等条件下镍在面心立方铁中的扩散系数为
＝4.27×
10－11cm2/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、MgO、α－Al2O3、γ－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：
=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：
二、1：
Al4[Si4O10]（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：
O←→VNa′+VCl˙
2：
AgAg→Agi˙+VAg′
3：
3TiO2
3TiNb˙+VNb˙+6OO2TiO2
2TiNb˙+Oi′′+3O0
Nb2-xTi3xO3可能成立Nb2-2xTi2xO3+x
4：
NaCl
NaCa′+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=195h 2：
t=68h
七、当O/Si由2→4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、
P
R
S
Z
ωA
20
10
45
5
ωB
60
85
ωC
70
30
十一、略
试题二答案
一、
（1）1、（010）（111）[111][101]
；
（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：
4/4×
1+2／6×
3=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′+VCl˙
2、AgAg→AAi+VAg′
3、3TiO2
3TiNb˙+VNb′′′+6O0 2TiO2
Nb2-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：
Ｔ0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—（1—G）1/3]2=K4t t=194.6h（2分）
金斯特林格方程1—2/3G—（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
升级会员 