2020—2021学年第2学期大二材料工程专业《无机材料》考试试卷(附答案)

1、2020-2021学年第2学期大二材料工程专业无机材料考试试卷（附答案）（闭卷120分钟）院/系：年级：专业：姓名：学号：一、名词解释中间相 表面能配位数 亚稳相交滑移 再结晶弥散强化电子化合物品界能二、简答题1、什么是润湿?改善润湿的方法有那些？2、晶界移动到气孔时会出现儿种情况,从实现致密化h的考虑，晶界 应如何移动?怎样控制？3、试比较伊利石和蒙脱石的结构特点。4、说明影响烧结的因素?5、说明高岭石和蒙脱石的结构特点，并解释为什么蒙脱石具寺膨胀性 和高的阳离子交换容量，而高岭石则不具有膨胀性、阳离子交换容量 也很低？三、论述题1、对比不稳分解和均匀成核成长这两种相变过程。讨论热力学和动

2、力学特性以及过冷度和时间对产物组织的影响。如何用实验方法区分 这两种过程?在玻璃工业中，分相有何作用?请举例说明。2、用图例说明过冷度对核化、晶化速率和晶粒尺寸等的影响,如无析 晶区又要使其析晶应采取什么措施?要使自发析晶能力大的熔体形成 玻璃应采取什么措施？无机材料考试试卷（a卷）标准答案与评分标准一、名词解释中间相:两组元a和b组成合金时，除了形成以a为基或以b为基的固溶体外，还可能形 成晶体结构与a,b两组元均不相同的新相。由于它们在二元相图上的位置总是位于中间 故通常把这些相称为中间相。配位数:品体结构中任一原子周围最近邻且等距离的原子数。交滑移:当某一螺型位错在原滑移面上运动受阻时，

3、有可能从原滑移面转移到与之相交的另 滑移面上去继续滑移，这过程称为交滑移。弥散强化:许多材料由两相或多相构成,如果其中一相为细小的颗粒并弥散分布在材料内，则 这种材料的强度往往会增加，称为弥散强化。品界能:不论是小角度品界或大角度晶界，这里的原子或多或少地偏离了平衡位置，所以相对 丁品体内部，品界处丁较高的能量状态，高出的那部分能赣称为品芥能，或称品界自由能。 表面能:表面原子处于不均匀的力场之中，所以其能量大大升高,高出的能量称为表面自由能 （或表面能）。亚稳相:亚稳相指的是热力学上不能稳定存在,但在快速冷却成加热过程中，由于热力学能垒 或动力学的因泰造成其未能转变为稳定相而暂时稳定存在的一

4、种相。再结品:冷变形后的金属加热到一定温度之后，在原变形组织中重新产生了无畸变的新品粒， 而性能也发生了明显的变化并恢复到变形前的状态,这个过程称为再结晶。（指出现无畸变的 等轴新晶粒逐步取代变形晶粒的过程）电子化合物:电子化合物是指由主要电子浓度决定其晶体结构的一类化合物，又称休姆罗塞 里相。凡具有相同的电子浓度,则相的晶体结构类型相同。二、简答题1、润湿:固体与液体接触后，体系（固体+液体）的吉布斯自由能降低时，就称润湿。（2分）改善润湿的方法有:降低ysls、v两相组成尽量接近:（2分 降低yv在液相中加表面活性剂;（2分） 提高y sv去除固体表面吸附膜;（2分） 改变粗糙度。（2分）

5、2、烧结初期,晶界上气孔数目很多，此时气孔阻止晶界移动,vb=oo （2分）烧结中、后期， 温度控制适当，气孔逐渐减少。可以出现vb.vp,此时晶界带动气孔以正常速度移动 使气孔保持在晶界上，气孔可以利用晶界作为空位传递的快速通道而迅速汇集或消失。（2 分）继续升温导致bvp,晶界越过气孔而向曲率中心移动，气孔包入晶体内部，只能通过体积扩散排除，这是十分困难的。（2分）从实现致密化目的考虑，晶界应带动气孔以正常速度移动，使气孔保持在晶界上,气孔可以利用品界作为空位传递的快速通道而迅速汇集或消失。（2分）控制方法:控制温度，加入外加剂等。（2分）3、伊利石和蒙脱石是2:1型结构（1分）,其结构皆

6、属于单斜晶系:都存在同晶取代，蒙脱 石同晶取代主要发生在八面体层中（2分），而伊利石是发生在硅氧面体层中（2分）蒙脱石的电荷不平衡由进入层间的水化阳离了补偿，这种水化阳离了在层问无固定位置， 结合力弱，容易被交换出来（2分）;伊利石的电荷不平衡山进入层间的k离子补偿， k离子们固定位置和配位数，结合较牢固（2分），因此蒙脱石的阳离子交换能力比什利 石强，蒙脱石结构中有层间水，并有膨胀性，而伊利石没有（1分）。4、（1）、粉末的粒度。细颗粒增加丁烧结推动力，缩短原子扩散距离，提高颗粒在液相中的溶解度，从而导致烧结过程的加速。（2）、外加剂的作用。在固相烧结中，有少量外加剂可与主晶相形成固溶体，促

7、进缺陷增加，在液相烧结中,外加剂改变液相的性质（如粘度，组成等），促进烧纤（3）、烧结温度:品体中晶格能越大，离子结合也越牢固，离子扩散也越困难，烧结温度 越高。、保温时间:高温段以体积扩散为主,以短时间为好，低温段为表面扩散为主，低温 nt间越长，不仅不引起致密化，反而会因表面扩散，改变了气孔的形状而给制品性能带来 损害，要尽可能快地从低温升到高温，以创造体积扩散条件。（5）、气氛的影响:氧化，还原，中性。（6）、成形压力影响:一般说成型压力越大颗粒间接触越紧密，对烧结越有利。5、高岭石的阳离子交换容量较小,而蒙脱石的阳离子交换容量较大。因为高岭石是1:1型结 构，离子的取代很少，单网层与单

8、网层之间以氢键相连，氢键强于范氏键,水化阳离子不 易进入层间,因此阳离子交换容量较小。（5分）而蒙脱石是为2:1型结构，铝氧八面体层 中大约1/3的ap被mg2取代，为了平衡多余的负电价，在结构单位层之间有其它阳离子 进入，而且以水化阳离子的形式进人结构。水化阳离子和硅氧四面体中02离子的作用力较 弱，因而，这种水化阳离子在一定条件下容易被交换出来。c轴可膨胀以及阳离子交换容 量大，是蒙脱石结构上的特征。（5分）三、论述题1、不稳分解:在此区域内，液相会自发分相，不需要克服热力学势垒;无成核长大过 程，分相所需时间极短，第二相组成随时间连续变化。在不稳分解分相区内，随着 温度的降低、时间的延长

9、，析出的第二相在母液中相互贯通，形成蠕虫状结构。（4 分）成核生成:在此区域内，在热力学上，系统对微小的组成起伏是亚稳的，形成新相 需要做功，即存在成核势垒，新相形成如同结品过程的成核长大机理，分相所需时 间长，分出的第二相组成不随时间变化。随着温度的降低、时间的延长，析出的第 二相在母液中逐渐长大，形成孤立球状结构用tem观察分相以后形貌，若两相无明显的连续性，第二相呈孤立球状，则为成核 生长分相;若两相形成互相交织的“蠕虫状”，则为不稳分解相变过程。（4分） 在玻璃工业中，利用玻璃分相可以改进结构和玻璃性能，制备新型玻璃。例如通过 硼硅酸盐玻璃分相制备微孔玻璃、高硅氧玻璃,通过分相促进锂铝硅微品玻璃的核 化和品化,通过磷硅酸盐玻璃的分相制备乳浊玻等。（1分）2、过冷度过大或过小对成核与生长速率均不利，只有在一定过冷度下才能有最大成核 和生长速率，如下图。（4分）a hxtiwj温重区 t大，控制在成核率较大处析晶，易得晶粒多而尺寸小的细晶;（1分）若at小,控制在生长速率较大处析晶则容易获得晶粒少而尺寸大的粗晶:（1分） 如果成核与生长两曲线完全分开而不重叠，则无析晶区，该熔体易形成玻