无机材料科学基础教程考试题库

1、无机材料科学基础试卷 7一、名词解释（ 20 分）1、正尖晶石、反尖晶石；2、线缺陷、面缺陷；3、晶子学说、无规则网络学说；4、可塑性、晶胞参数；二、选择题（ 10 分）1、下列性质中（）不是晶体的基本性质。A、自限性B、最小内能性C、有限性 D、各向异性2、 晶体在三结晶轴上的截距分别为 2a、3b、6c。该晶面的晶面指数为（）。A、（ 236）B、（ 326）C、（ 321）D、（ 123）3、 依据等径球体的堆积原理得出，六方密堆积的堆积系数（）立方密堆积的 堆积系数。A、大于B、小于 C、等于D、不确定4、某晶体AB，A的电荷数为1, A B键的S=1/6,则A+的配位数为（）。A、

2、4B、 12 C、 8 D、 65、在单位晶胞的CaF2晶体中，其八面体空隙和四面体空隙的数量分别为（ ）。A、 4, 8B、 8, 4C、 1, 2D、 2, 4&在ABO3（钙钛矿）型结构中，B离子占有（）。A、四面体空隙B、八面体空隙C、立方体空隙D、三方柱空隙晶体7、在硅酸盐熔体中，当R=O/Si减小时，相应熔体组成和性质发生变化，熔体析 晶能力（ ），熔体的黏度（ ），低聚物数量（ ）。A、增大B、减小C、不变D、不确定8、当固体表面能为1.2J/m2，液体表面能为0.9 J/m2，液固界面能为1.1 J/m2时,降低固体表面粗糙度，（ ）润湿性能。A、降低B、改善 C、不影响9、

3、一种玻璃的组成为 32.8%CaO 6.0 Al2O3% 61.2 SiO2% 此玻璃中的 AI3+可 视为网络（ ），玻璃结构参数 Y=（）。A、变性离子，3.26 B、形成离子，3.26 C、变性离子，2.34 D、形成离 子， 2.3410、 黏土泥浆胶溶必须使介质呈（）。A、酸性 B、碱性 C、中性11、可以根据 3T 曲线求出熔体的临界冷却速率。熔体的临界冷却速率越小，就（ ）形成玻璃。A、越难 B、越容易 C、很快 D、缓慢12、晶体结构中一切对称要素的集合称为（）。A、对称型B、点群 C、微观对称的要素的集合D、空间群三、填空（15分）1、 a=bM c a =B=,9Y =20

4、 的晶体属（）晶系。2、 晶体的对称要素中宏观晶体中可能出现的对称要素种类有（）、（ ）、（ ）、（ ）。3、 六方紧密堆积的原子密排面是晶体中的（）面，立方紧密堆积的原子密排面是晶体中的（）面。4、 TiO2在还原气氛中可形成（）型非计量化合物，可形成（）型半导体，缺陷浓度与氧分压的1/6次方成（），如果减少周围氧气的分压，TiO2-x的密度将（ ）。5形成连续固溶体的条件是（）、（）和（）。&晶体的热缺陷有（）和（）两类，热缺陷浓度与温度的关系式为（）。7、 Ca黏土泥浆胶溶时，加入 NaOH和Na2SiO3电解质，（）效果 好？8、黏土带电荷的主要原因是（）、（）和（），黏土所带静电荷为

5、（）。四、问答题（45分）1、试比较伊利石和蒙脱石的结构特点。（10分）2、 试解释说明为什么在硅酸盐结构中 人13+经常取代SiO4中Si4+，但Si4+般不 会置换AlO 6中的Al3+?（配位数为6时，S14+ A13+和O2的离子半径分 别为0.40?、0.53?和1.40?;配位数为4时，一离子半径依次为0.26?、0.40? 和 1.38? ）。（ 8 分）3、 网络变性体（如Na2O）加到石英玻璃中，使硅氧比增加。实验观察到当O/Si=2.53时，即达到形成玻璃的极限，根据结构解释为什么在2O/Si2.5的碱和硅石混合物可以形成玻璃，而O/Si=3的碱和硅石混合物结晶而不形成 玻

6、璃？ （ 8分）4、什么是润湿？改善润湿的方法有那些？ （9分）5、完成下列缺陷反应式（10分）FeOsFeOkCaF2YF3五、计算题（10分）有两种不同配比的玻璃，其组成如下:序号Na2O mol %Al 2O3mol %SiO2mol %1101278220674试用玻璃结构参数说明两种玻璃高温下粘度的大小?无机材料科学基础试卷七答案及评分标准二、名词解释（20分）1、正尖晶石、反尖晶石；正尖晶石；在AB2O4尖晶石结构中，A离子占据四面体空隙，B离子占据八 面体空隙的尖晶石。（2.5分）反尖晶石：如果半数的B离子占据四面体空隙，A离子和另外半数的B离子 占据八面体空隙则称反尖晶石。（2

7、.5分）2、线缺陷、面缺陷；线缺陷：指在一维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列所产生的缺 陷。面缺陷：指在两维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列所产生的缺 陷。3、晶子学说、无规则网络学说；晶子学说：认为玻璃结构是一种不连续的原子（晶子）的结合体，即无数“晶 子”分散在无定形介质中，“晶子”的化学性质和数量取决于玻璃的化学组成，“晶子”不同于一般微晶，而是带有晶格极度变形的微小有序区域，在“晶子” 中心质点排列较有规律，越远离中心则变形程度越大，从“晶子”部分到无定形 部分的过渡是逐步完成的，两者之间无明显界面。（2.5分）无规则网络假说：凡是成为玻璃态的物质和相应的晶体结构一样，

8、 也是由一 个三度空间网络所构成。这种网络是由离子多面体（三角体或四面体）构筑起来 的。晶体结构网是由多面体无数次有规律重复构成， 而玻璃中结构多面体的重复 没有规律性。（2.5分）4、可塑性、晶胞参数；可塑性：粘土与适当比例的水混合均匀制成泥团， 该泥团受到高于某一个数 值剪应力作用后，可以塑造成任何形状，当去除应力泥团能保持其形状，这种性 质称为可塑性。（2.5分）晶胞参数：表示晶胞的形状和大小可用六个参数即三条边棱的长度a、b、c和三条边棱的夹角a B、丫即为晶胞参数。二、选择题（10分、3个2分）1、C; 2、C; 3、C; 4、D; 5、A； 6、B； 7、B，A，B； 8、A； 9

9、、B B; 10、 B； 11、B; 12、D三、填空（15分、3个2分）1、六方2、对称中心、对称面、对称轴、倒转轴3、（ 0001）、（ 111）4、阴离子缺位型、n、反比、减小5、|（ ri-r 2） /r i | 15%、相同的晶体结构类型、离子价相同或离子价总和相等6、 弗伦克尔缺陷、肖特基缺陷、n/N=exp （ - ?Gf/2kT ）7、Na2SiO38、黏土晶格内离子的同晶置换、黏土边面断裂、黏土内腐殖质离解、负六、问答题（ 45 分、每小题 10 分）5、（10分）答：伊利石和蒙脱石是 2：i 型结构（ 1 分），其结构皆属于单斜晶 系；都存在同晶取代，蒙脱石同晶取代主要发生

10、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 水化阳离子补偿，这种水化阳离子在层间无固定位置，结合力弱，容易被交换出来（2分）；伊利石的电荷不平衡由进入层间的 K离子补偿，K+离子有固 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伊 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）。6、（ 8 分）答： CN=4, r Ai3+/r o2-=0.4/1.38=0.29,Ai 3+四配位稳定，故在硅酸盐结 构 中 Ai 3+ 经 常 取 代 SiO 4 中 Si 4+ 形 成 AiO 4 ； （ 4

11、 分 ） CN=6， r Si4+/r o2-=0.4/1.38=0.29,Si 4+四配位稳定，六配位不稳定，故在硅酸盐结构中 Si4+般不会置换AIO 6中的Al3+，形成SiOj。（ 4分）7、（ 8分）答：在 2O/Si2.5 的碱和硅石混合物中，氧硅比较低，在高温熔体 中高聚物含量较高，熔体黏度较高，不易析晶，所以可以形成玻璃；（ 4分） 而在 O/Si=3 的碱和硅石混合物中， 氧硅比较高， 在高温熔体中低聚物含量较 高，熔体黏度较低，所以易析晶，而不形成玻璃。（ 4分）8、（9分）答：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。（ 1 分）改善润

12、湿的方法有：降低丫 sl S、V两相组成尽量接近；（2分） 降低丫 LV在液相中加表面活性剂；（2分） 提高丫 SV去除固体表面吸附膜；（2分） 改变粗糙度。（2分）5、完成下列缺陷反应式（ 10 分）2FeOFe2O32FeF eVO2OO或 3FeOFe2O32FeF eFei3OO（5 分）YF3CaF2YCaFi2FF2YF3CaF22YCa VCa 6FF（5 分）七、计算题（ 10 分）解：1#玻璃：Na20/ Al2O3=10/121，所以Al3+在玻璃中起网络形成离子的作用（1分）R2=（20+6 *3+74*2）/（74+6*2）=2.16X2=2*2.16-4=0.32Y2

13、=4-0.32=3.68 （3 分）因而丫1R2即2#玻璃桥氧分数大于1#, O/Si比小于1#玻璃,所以在高温下 1#熔体黏度小于 2#.（2分）无机材料科学基础试卷八三、 名词解释（ 20 分）1 、类质同晶、同质多晶；2、点缺陷、热缺陷；3、缩聚、解聚；4、聚沉值、晶面指数；二、选择题（ 10 分）1、 依据等径球体的堆积原理得出，立方密堆积的堆积系数（）体心立方堆积 的堆积系数。A、大于B、小于 C、等于D、不确定2、 晶体在三结晶轴上的截距分别为 2a、3b、6c。该晶面的晶面指数为（）。A、（236）B、（ 326）C、（321）D、（ 123）3、 下列性质中（）不是晶体的基本性

14、质。A、自限性B、最小内能性C、有限性D、各向异性4、在单位晶胞的CaF2晶体中，其八面体空隙和四面体空隙的数量分别为（）。A、 4， 8 B、 8， 4 C、 1， 2D、 2， 45、一种玻璃的组成为NaO1/3Al 2Q.2SiO2，此玻璃中的Al3+可视为（），玻璃结构参数 丫= （）。A、 变性离子；2 B 、 形成离子；2 C、 变性离子；3.5 D 、形成离子； 3.5&金红石晶体中，所有O2-作稍有变形的立方密堆排列，Ti4+填充了（）。A、全部四面体空隙B、全部八面体空隙 C、1/2四面体空隙D、 1/2八面体空隙7、滑石（3MgO 4SiO2 H2O）和高岭土（ Al2O3

15、 2SiO2 2H2O）分别属于（） 层状结构的硅酸盐矿物。A、 1： 1 和2： 1B、 2： 1 和 1： 1C、 3： 1 和2： 18、在硅酸盐熔体中，当R=O/Si减小时，相应熔体组成和性质发生变化，熔体析晶能力（），熔体的黏度（），低聚物数量（）。A、增大 B、减小 C、不变 D、不确定9、 当固体表面能为1.2J/m?，液体表面能为0.9 J/m2,液固界面能为1.1 J/mF时增 加固体表面光滑度，（）润湿性能。A、降低B、改善C、不影响10、粘土泥浆胶溶必须使介质呈（）A、酸性B、碱性C、 中性11、 晶体结构中一切对称要素的集合称为（）。A、对称型B、点群 C、微观对称的要

16、素的集合D、空间群12、可以根据3T曲线求出熔体的临界冷却速率。熔体的临界冷却速率越大，就）形成玻璃。A、越难 B、越容易 C、很快 D、缓慢三、填空（15分）1、黏土带电荷的主要原因是（）、（）和（），黏土所带静电荷为（）。2、晶体的对称要素中微观对称要素种类有（）、（）、）。3、 由于（）的结果，必然会在晶体结构中产生“组分缺陷”，组分缺陷的浓度主要取决于：（）和（）。4、 UO2+x在氧化气氛中可形成（）型非计量化合物，可形成（）型半导体，缺陷浓度与氧分压的1/6次方成（），如果减少周围氧气的分压，UO2+X的密度将（）。5、 右与位错线（）的位错称为刃位错，可用符号（）表示；b与位错线

17、（）的位错称为螺位错，可用符号（）表示。& a=bM c a =B=,9Y =200 的晶体属（）晶系。7、 立方紧密堆积的原子密排面是晶体中的（）面，六方紧密堆积的原子密排面是晶体中的（）面。8、为使瘠性料泥浆悬浮，一般常用的两种方法是（）和（ ）八、问答题（40分）1、 简述硅酸盐晶体结构分类的原则和各类结构中硅氧四面体的形状。（12分）2、试述B2O3中加入N&O后,结构发生的变化，解释硼酸盐玻璃的硼反常现象？（9分）3、用KCl和CaCl2分别稀释同一种黏土泥浆，当电解质加入量相同时，试比较 两种泥浆下列性质的差异。（10分）（1）泥浆的流动性（2）泥浆的触变性（3）泥浆的可塑性（4）

18、坯体的致密度（5）黏土的Z电位4、在硅酸盐晶体结构中，SiO4四面体或孤立存在，或共顶连接，而不共棱， 更不共面，解释之。（ 9 分）九、计算题（ 15 分）CeO2 为萤石结构，其中加入 0.15molCaO 形成固溶体 ,实验测得固溶体晶胞 参数ao=O.542nm,测得固溶体密度 尸6.54g/cm3,试计算说明固溶体的类型？（其中 Ce=140.12,Ca=40.08,O=16）无机材料科学基础试卷八答案及评分标准四、名词解释（ 2O 分）1、类质同晶、同质多晶；同质多晶：化学组成相同的物质， 在不同的热力学条件下结晶成结构不同的 晶体的现象，称为同质多晶现象。（ 2.5 分）类质同晶

19、：物质结晶时， 其晶体结构中本应由某种离子或原子占有的配位位 置，一部分被介质中性质相似的它种离子或原子占有， 共同结晶成均匀的呈单一 相的混合晶体，但不引起键性或晶体结构型式发生质变的现象称为类质同晶。（2.5 分）2、点缺陷、热缺陷；点缺陷：三维方向上缺陷尺寸都处于原子大小的数量级上。（ 2.5 分） 热缺陷：晶体温度高于绝对 OK 时，由于热起伏使一部分能量较大的质点 （原 子或离子）离开平衡位置所产生的空位和 /或间隙质点。（ 2.5 分）3、缩聚、解聚；聚合：由分化过程产生的低聚合物，相互作用，形成级次较高的聚合物，同 时释放出部分N&O,这个过程称为缩聚，也即聚合。（2.5分）解聚

20、：在熔融SiO2中，O/Si比为2： 1, SiO 4连接成架状。若加入 NaO则 使 O/Si 比例升高，随加入量增加， O/Si 比可由原来的 2： 1 逐步升高到 4： 1， SiO 4 连接方式可从架状变为层状、 带状、链状、环状直至最后断裂而形成 SiO 4 岛状，这种架状SiO4断裂称为熔融石英的分化过程，也即解聚。（2.5分）4、聚沉值、晶面指数；聚沉值：凡能引起溶胶明显聚沉 （如溶胶变色浑浊） 所需外加电解质的最小 浓度称为聚沉值。（ 2.5 分）晶面指数：结晶学中经常用（ hkl ）来表示一组平行晶面，称为晶面指数。 数字 hkl 是晶面在三个坐标轴（晶轴）上截距的倒数的互质

21、整数比。（ 2.5 分）五、选择题（ 1O 分）1、A；2、 C；3、 C；4、 A；5、 D， D；6、 D；7、 B；8、 B、 A、 B；9、 B；1O、 B；11 、 D；12、 A 三、填空（ 15分） （3 个2分）1、黏土晶格内离子的同晶置换、黏土边面断裂、黏土内腐殖质离解、负2、平移轴、像移面、螺旋轴3、不等价置换、搀杂量（溶质数量）、固溶度4、阴离子间隙型、P、正比、增大5、垂直、丄、平行、6六方7、（ 111）、（ 0001）8、控制料浆的pH值、有机表面活性物质的吸附 十、问答题（40分）3、（ 12分）答：硅酸盐晶体结构分类的原则：结构中硅氧四面体的连接方式。（2分）各

22、类结构中硅氧四面体的形状： 岛状结构：四面体；组群状结构；（2分） 双四面体、三节环、四节环和六节环；（2分）链状结构：单链、双链；（2 分）层状结构：平面层；（2分）架状结构：三维空间延伸的骨架。（2分）4、出现硼酸盐玻（9分）答：RQ中加入NaO后，Na 20所提供的氧使BO3三角体变成BO4 四面体，导致RO玻璃结构由两度空间的层状结构部分转变为三维的架状结 构，从而加强了网络，并使玻璃的各种物理性质变好，这与相同条件下的硅 酸盐玻璃相比，其性质随R2O或 RO加入量的变化规律相反， 璃的硼反常现象。（10 分）答：（1）泥浆的流动性KCl CaCl 2(2)泥浆的触变性KCI CaCl

23、2(2 分)(3)泥浆的可塑性KCl l CaCl2(2 分)(5)黏土的Z电位KCl l N CaCl2(2 分)3、（9分）答：在硅酸盐晶体结构中，SiO 4(2 分)四面体中的Si4+是高电价低配位 的阳离子，以共棱、共面方式存在时，两个中心阳离子（ 斥力较大，所以不稳定，而孤立存在，或共顶连接。4、Si4+)间距离较近、排、计算题（15分）CaO CeO2 CaCe Vo? O(1)（4分）ZrOc?CaO2CaCe C3 ? 20。(2)（4分）的化学溶式为.Ce0.85Ca0.15O1.85(1.5 分)由（2）式知其固溶才D0尸 4(8514012154.8(1.5 分)73斗)

24、=6.456% 3(0.542 10 )6.02 10cm由（1）式知固溶体的化学溶式为:Ce.925 Ca 0.15 O 2(1.5 分)Do2 =(1.5 分)4 (0.925 140.120.15 40.08 2 16)7323(0.542 10 7)3 6.02 10231 分）实测D= 6.54g/cm3，接近D0i，说明方程（1）合理,固溶体化学式 ：Ce0.85Ca0.15O1.85 为氧空位型固溶体。无机材料科学基础试卷九一、名词解释（ 20 分）：1. 不一致熔融化合物，连线规则2. 非本征扩散，稳定扩散3. 非均匀成核 , 一级相变，4. 晶粒生长，二次再结晶二、选择题（

25、12 分）：1. 据范特荷夫规则 , 纯固相反应，反应过程是（）A.放热过程B.等温过程 C.吸热过程2. 在反应温度下，当固相反应的某一相发生晶型转变时，反应速度是（）A. 无影响B. 加快 C. 减慢3. 表面扩散系数Ds,界面扩散系数Dg，晶格扩散系Db的关系是（）A.Ds Dg DbB. Ds Db DgC.Db Ds DgD. Db Dg Ds4. 同一种物质在晶体中的扩散系数（ ）在玻璃中的扩散系数A 大于 B 等于 C 小于D 不确定5. A,B进行反应生成AmBn,为扩散控制的固相反应，若DbDa,则在AmBn-A界面上，反应物 B 的浓度 CB 为（）A.1B.0C.不确定6

26、. 烧结中晶界移动的推动力是（ ）A.表面能 B.晶界两侧自由焓差C.空位浓度差7. 陶瓷经烧结后在宏观上的变化表述不正确的是（ ）A.强度增加B.体积收缩C.气孔率降低D.致密度减少8. 金斯特林格方程采用的反应截面模型为（）A.平板B.球体C.球壳D.圆柱9. 下列过程中，哪一个能使烧结体的强度增加而不引起坯体收缩？A.蒸发-凝聚B.体积扩散C.流动传质D.溶解-沉淀10. 下列属于逆扩散过程的是（ ）A.二次再结晶B.杂质的富集于晶界C.布朗运动11. 在制造透明Al 2O3陶瓷材料时，原料粉末的粒度为2卩m,在烧结温度下保温30分钟，测得晶粒尺寸为10卩m。若在同一烧结温度下保温4小时

27、，晶粒尺寸为（粒尺寸为（）,为抑制晶粒生长加入0.1% MgO，此时若保温4小时，晶 ）。A. 16 fl m B. 20 ii m C. 24 卩 m D. 28 卩 m三、填空题（ 18 分）1. 烧结的主要传质方式有蒸发 -凝聚传质、扩散传质、流动传质和溶解 - 沉淀 传质四种，产生这四种传质的原因依次为（ ）、（ ）、 和（ ）。2. 均匀成核的成核速率 Iv 由 （ ） 因子所决定的3. 菲克第一定律的应用条件是（ 是（ ）。4. 液-固相变过程的推动力为 （ 和5.（6.（7.）和o），菲克第二定律的应用条件）、（）固体内粒子的主要迁移方式有（）如晶体纯度降低， 扩散系数与温度关系

28、曲线中本征与非本征扩散的转折点8.(9.）。合成镁铝尖晶石，可选择的原料为 MgCO3 ,从提高反应速率的角度出发选择（ ）原料较好。在均匀成核时，临界成核位垒厶Gk=（）具有临界半径 rk 的粒子数 nk/N=）。液-固相变时，非均匀成核位垒与接触角B有关，非均匀成核位垒与均匀成核位垒相等。MgO, YAI2O3, a -AI2O3,)，当8为（）,其值相当于）时，10. 成核生长机理的相变过程需要有一定的过冷或过热，相变才能发生，在（ ）情况下需要过冷。11. 在制硅砖时，加入氧化铁和氧化钙的原因（ ），能否加入氧化铝（ ）。12. 在液相线以下的分相区的亚稳区内，其分解机理为（），新相成

29、（）状，不稳定区的分解机理为（），新相成（ ）状。四、简答题（ 32 分）1. 影响固相反应的因素有那些？（ 6分）2. 从热力学、动力学特性、形貌等对比不稳分解和均匀成核成长这两种相变过程。如何用实验方法区分这两种过程？（9分）3. 晶界移动遇到气孔时会出现几种情况，从实现致密化目的考虑，晶界应如 何移动？怎样控制？ （ 10分）4. 试比较杨德尔方程和金斯特林格方程的优缺点及其适用条件。（7分）五、相图分析（18分）右图为生成一个三元化合物的三元相图，1. 判断三元化合物N的性质，说明理由？2. 标出边界曲线的温降方向（转熔界限用双箭头）；3. 指出无变量点的性质（L、K、M）;4. 分析

30、点1, 2的结晶路程；5. 计算2点液相刚到结晶结束点和结晶结束后各相的含量无机材料科学基础试卷九标准答案与评分标准一、名词解释（20分）：1. 不一致熔融化合物，连线规则答：不一致熔化合物是一种不稳定的化合物，加热到一定温度会发生分解,分解产物是一种液相和一种固相，液相和固相的组成与化合物组成都不相同。（2.5 分）连线规则：将一界线（或其延长线）与相应的连线（或其延长线）相交，其 交点是该界线上的温度最高点。（2.5分）2. 非本征扩散，稳定扩散非本征扩散：受固溶引入的杂质离子的电价和浓度等外界因素所控制的扩散。或由不等价杂质离子取代造成晶格空位，由此而引起的质点迁移。（2.5）稳定扩散：

31、若扩散物质在扩散层 dx内各处的浓度不随时间而变化，即 dc/dt=O。这种扩散称稳定扩散。（2.5分）3. 非均匀成核，一级相变，非均匀成核：是指借助于表面、界面、微粒裂纹器壁以及各种催化位置等而 形成晶核的过程（2.5）一级相变：体系由一相变为另一相时，如两相的化学势相等但化学势的一级 偏微商（一级导数）不相等的称为一级相变。（2.5）4. 晶粒生长，二次再结晶晶粒生长：平衡晶粒尺寸在不改变其分布的情况下，连续增大的过程。（2.5 分）二次再结晶：是少数巨大晶粒在细晶消耗时成核长大的过程。（2.5分）二、选择题（12分）：每题1分I. A 2.B3. A 4. C 5.B6.B7. D 8

32、.B9.A10. BII. D, B三、填空题（18分）（每空0.7分）1. 压力差、空位浓度差、应力-应变和溶解度；2. 受核化位垒影响的成核率因子、受原子扩散影响的成核率因子3. 稳定扩散、不稳定扩散4. 过冷度、过饱和浓度、过饱和蒸汽压5. 空位机构、间隙机构6. 向左7. MgCO3、a -Al 2038. 1/3Ak y 新相界面能的 1/3、exp （- AGk/RT） _9. 180o10. 相变过程放热11. 作为矿化剂，产生不同晶型石英溶解度不同的液相，不能12. 成核-生长机理、孤立的球形颗粒、旋节分解区（Spi no dale ）、高度连续性 的非球形颗粒。五、简答题（3

33、2分）1 影响固相反应的因素有那些？答：影响固相反应的因素有反应物化学组成与结构的影响；颗粒度和分布影响； 反应温度、压力、气氛影响；矿化剂的影响。（6分）2 从热力学、动力学特性、形貌等对比不稳分解和均匀成核成长这两种相变过程。如何用实验方法区分这两种过程？（9分）答：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，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

34、垒，新相形成如同结晶过程的成核-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。（4分）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。（1 分）3 晶界移动遇到气孔时会出现几种情况，从实现致密化目的考虑，晶界应如何 移动？怎样控制？ （ 10分）答：烧结初期，晶界上气孔数目很多，此时气孔阻止晶界移动，Vb=0b（ 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

35、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VbVp,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，气孔可以利用晶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）4. 答：杨德尔方程在反应初期具有很好的适应性，但杨氏模型中假设球形颗粒反 应截面积始终不变，因而只适用反应初期转化率较低的情况。（4分）而金氏模 型中考虑在反应进程中反应截面积随反应进程变化这一事实，因而金氏方程适用范围更

36、广，可以适合反应初、中期。两个方程都只适用于稳定扩散的情况。（4分） 六、相图分析（18分）右图为生成一个三元化合物的三元相图，1. 判断三元化合物N的性质，说明理由？不一致熔融三元化合物，因其组成点不在其 初晶区内。（1分）2. 标出边界曲线的温降方向（转熔界限用双箭头）；见图（3分）3. 指出无变量点的性质（L、K、M）;（ 3分）M :低共溶点L :低共溶点K :单转熔点（6 分）4析点1, 2的结晶路程;（2分）11（1分） N蛙儿Wq（2分）7, LF屮” j 宀L F兀皆1书一 厶Ca/托+C ）a（1分）& A企：心J Tf5. 计算2点液相刚到结晶结束点和结晶结束后各相的含量。

37、2点液相刚到结晶结束点时存在 B、N、液相LL%= fM 2/FLN%=（ L2/Lf ） （ Bf/NB）B%=（ L2/Lf ） （ Nf/NB）（3分）结晶结束后存在N、B、C,各相的含量过2点作平行线或用双线法求得，N%=hcC%=g nB%=gh无机材料科学基础试卷十一、名词解释（20分）：1. 一致熔融化合物，三角形规则2. 非本征扩散，稳定扩散3. 非均匀成核，一级相变，2. 晶粒生长，二次再结晶二、选择题（12分）：1. 陶瓷经烧结后在宏观上的变化表述不正确的是（A.强度增加B.体积收缩C.气孔率降低D.致密度减少2. 在反应温度下，当固相反应的某一相发生晶型转变时，反应速度是

38、（）A. 无影响B. 加快 C. 减慢3. 表面扩散系数Ds,界面扩散系数Dg，晶格扩散系Db的关系是（ ）A.Ds Dg DbB. Ds Db DgC.Db Ds DgD. Db Dg Ds4. 下列属于逆扩散过程的是（ ）A.二次再结晶B.杂质的富集于晶界C.布朗运动5. A, B进行反应生成AmBn,为扩散控制的固相反应，若DbDa，则在AmBn-A界面上，反应物 B 的浓度 CB 为（）A.1B.0C.不确定6. 烧结中晶界移动的推动力是（ ）A.表面能 B.晶界两侧自由焓差C.空位浓度差7. 同一种物质在晶体中的扩散系数（ ）在玻璃中的扩散系数A 大于 B 等于 C 小于D 不确定8

39、. 金斯特林格方程采用的反应截面模型为（）A.平板B.球体C.球壳D.圆柱9. 下列过程中，哪一个能使烧结体的强度增加而不引起坯体收缩？A.蒸发-凝聚B.体积扩散C.流动传质D.溶解-沉淀10. 纯固相反应，反应过程是（）A.放热过程B.等温过程C.吸热过程11. 在制造透明Al 2O3陶瓷材料时，原料粉末的粒度为2卩m,在烧结温度下保温 30分钟，测得晶粒尺寸为10卩m。若在同一烧结温度下保温4小时，晶粒尺寸 为（ ），为抑制晶粒生长加入0.1% MgO，此时若保温4小时，晶粒尺寸为A. 16 fl m B. 20 卩 m C. 24 卩 mD. 28 卩 m三、填空题（ 18 分）1. 烧

40、结的主要传质方式有蒸发 -凝聚传质、扩散传质、 流动传质和溶解 -沉淀传质四种，产生这四种传质的原因依次为 （）、（）、（ ）和（ ）。2. 均匀成核的成核速率lv由（）和（）因子所决定的。3. 菲克第一定律的应用条件是（），菲克第二定律的应用条件是（）4. 液-固相变过程的推动力为 （）、（ ） 和（ ）。5. 固体内粒子的主要迁移方式有（ ） 、 （ ）。6. 如杂质的量增加，扩散系数与温度关系曲线中本征与非本征扩散的转折点 （ ）。7. 合成镁铝尖晶石，可选择的原料为MgC03 , MgO, YAI2O3, a-AI2O3,从提高反应速率的角度出发选择（），（）原料较好。8. 在均匀成核

41、时，临界成核位垒厶Gk=（），其值相当于（）具有临界半径rk的粒子数nk/N=（）。9. 液-固相变时，非均匀成核位垒与接触角B有关，当8为（）时，非均匀成核位垒为零。10. 成核生长机理的相变过程需要有一定的过冷或过热，相变才能发生，在（ ）情况下需要过冷。11. 在制硅砖时，加入氧化铁和氧化钙的原因（），能否加入氧化铝（ ）。12. 在液相线以下的分相区的亚稳区内， 其分解机理为（），新相成（）状，不稳定区的分解机理为（），新相成（ ）状。四、简答题（ 30 分）1. 试比较杨德尔方程和金斯特林格方程的优缺点及其适用条件。（ 8分）2. 相变过程的推动力是什么？（ 8分） 3晶界移动遇到气

42、孔时会出现几种情况， 从实现致密化目的考虑， 晶界应如何移动？怎样控制？ （ 8 分）4. 说明影响扩散的因素？（ 6 分）六、相图分析（ 20 分）下图为CaO-A1Q-SiO2系统的富钙部分相图，对于硅酸盐水泥的生产有一定 的参考价值。试：1、画出有意义的付三角形；2、用单、双箭头表示界线的性质；3、说明F、H K三个化合物的性质和写出各点的相平衡式；4、分析M熔体的冷却平衡结晶过程并写出相变式；5、并说明硅酸盐水泥熟料落在小圆圈内的理由；6为何在缓慢冷却到无变量点 K （1455E）时再要急剧冷却到室温？CjSCdOCjA无机材料科学基础试卷十标准答案与评分标准一、名词解释（20分）：1

43、. 一致熔融化合物，三角形规则答：一致熔融化合物是一种稳定的化合物， 与正常的纯物质一样具有固定的熔点，熔化时，产生的液相与化合物组成相同。（2.5分）三角形规则：原始熔体组成点所在副三角形的三个顶点表示的物质即为其结晶产物；与这三个物质相应的初初晶区所包围的三元无变量点是其结晶结束点。（2.5 分）4. 非本征扩散，稳定扩散非本征扩散：受固溶引入的杂质离子的电价和浓度等外界因素所控制的扩散。或由不等价杂质离子取代造成晶格空位，由此而引起的质点迁移。（2.5）稳定扩散：若扩散物质在扩散层 dx内各处的浓度不随时间而变化，即 dc/dt=O。这种扩散称稳定扩散。（2.5分）5. 非均匀成核，一级

44、相变，非均匀成核：是指借助于表面、界面、微粒裂纹器壁以及各种催化位置等而 形成晶核的过程（2.5）一级相变：体系由一相变为另一相时，如两相的化学势相等但化学势的一级 偏微商（一级导数）不相等的称为一级相变。（2.5）4.晶粒生长，二次再结晶晶粒生长：平衡晶粒尺寸在不改变其分布的情况下，连续增大的过程。（2.5 分）二次再结晶：是少数巨大晶粒在细晶消耗时成核长大的过程。（2.5分）二、选择题（12分）：每题1分I. D 2.B3. A 4.B5.B6.B7.C8.B9.A10.AII. D, B三、填空题（18分）（每空0.7分）1. 压力差、空位浓度差、应力-应变和溶解度；2. 受核化位垒影响

45、的成核率因子、受原子扩散影响的成核率因子3. 稳定扩散、不稳定扩散4. 过冷度、过饱和浓度、过饱和蒸汽压5. 空位机构、间隙机构6. 向左7. MgCO3、a -AI2O38. 1/3Ak y 新相界面能的 1/3、exp （- AGk/RT） _9. 0o10. 相变过程放热11. 作为矿化剂，产生不同晶型石英溶解度不同的液相，不能12. 成核-生长机理、孤立的球形颗粒、旋节分解区（Spi no dale ）、高度连续性 的非球形颗粒、四、简答题（30分）1. 试比较杨德尔方程和金斯特林格方程的优缺点及其适用条件。（8分）答：杨德尔方程在反应初期具有很好的适应性，但杨氏模型中假设球形颗粒反应

46、截面积始终不变，因而只适用反应初期转化率较低的情况。（4分）而金氏 模型中考虑在反应进程中反应截面积随反应进程变化这一事实， 因而金氏方程适 用范围更广，可以适合反应初、中期。两个方程都只适用于稳定扩散的情况。（4 分）2. 相变过程的推动力是什么？ （ 8分）答：总的推动力：相变过程前后自由能的差值1、相变过程的温度条件在等温等压下，A G=A H-TA S在平衡条件下，A G= 0,则A S=A H/T0式中：T相变的平衡温度；A H相变热。在任意一温度了的不平衡条件下，则有A G=A H-TA Sm 0若厶H与厶S不随温度而变化， G=A H-TA H/To= A H （To-T） /T

47、 0= A HA T/T0相变过程放热 HO要使A GO TO要使A GQ须有A TT0,过热。 因此相平衡理论温度与系统实际温度之差即为该相变过程的推动力。 （2 分）2相变过程的压力和浓度条件 气相，恒温下A G=RTInP/P欲使A G P即汽相过饱和。（2 分）（2）溶液 A G=RTInGC欲使A G G即液相过饱和。（2分）综上所述，相变过程的推动力应为过冷度、过饱和浓度、过饱和蒸汽压。 即相变时系统温度、浓度和压力与相平衡时温度、浓度和压力之差值。（2 分）3烧结的主要传质方式有那些 ?分析产生的原因是什么 ? （8 分）答：烧结初期，晶界上气孔数目很多，此时气孔阻止晶界移动，V

48、b=Q（ 1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VbVp,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，气孔可以利用晶界作为空位传递的快速通道而迅速汇集或消失。（ 1 分） 控制方法：控制温度，加入外加剂等。（ 2分） 4说明影响扩散的因素？（ 6 分）答：化学键：共价键方向性限制不利间隙扩散，

49、空位扩散为主。金属键离子 键以空位扩散为主，间隙离子较小时以间隙扩散为主。（ 1 分） 缺陷：缺陷部位会成为质点扩散的快速通道，有利扩散。（ 1 分） 温度： D=D0exp （-Q/RT） Q 不变，温度升高扩散系数增大有利扩散。 Q 越大温度变化对扩散系数越敏感。（ 1 分） 杂质：杂质与介质形成化合物降低扩散速度； 杂质与空位缔合有利扩散； 杂质含量大本征扩散和非本征扩散的温度转折点升高。（ 1 分） 扩散物质的性质：扩散质点和介质的性质差异大利于扩散。（ 1 分） 扩散介质的结构：结构紧密不利扩散。（ 1 分）六、相图分析（ 20 分）1、如图所示; （ 3分）2、如图所示（7分）3、

50、 F 点低共熔点，LF- C3A+C12A7+C2S（1 分）H 点单转熔点，LH+CaO C3A+C3S（1 分）K点单转熔点，LK+C3A C3A +C2S （1分）4、M 点：L C2S L C2S+C3S L+C2 C3S液: May K 始（LK+C3AC2S+C3A K 终（2分）f=2f=1f=1f=0C2S C2S+C3S C2S+C3S C2S+C3S+C3A固：D-DbdM（1 分）5、因为硅酸盐水泥熟料中三个主要矿物是 C3S、C2S、C3A。根据三角形规则， 只有当组成点落在C3S-C2S-C3A付三角形中，烧成以后才能得到这三 种矿物。从早期强度和后期强度、水化速度、

51、矿物的形成条件等因素考 虑，水泥熟料C3S的含量应当最高，C2S次之，C3A最少。根据杠杆 规则，水泥熟料的组成点应当位于 C3S-C2S-C3A付三角形中小圆圈内。（2分）6因为缓慢冷却到K点，可以通过转熔反应L+C24C3S得到尽可能多的C3Sc 到达K点后，急剧冷却到室温，可以（1）防止C3S含量降低，因为K点的转 熔反应LK+C3C2S+C3A ; （ 2）使C2S生成水硬性的 伕C2S，而不是非水硬 性的yC2S;（ 3）液相成为玻璃相，可以提高熟料的易磨性。（2分）（2分）无机材料科学基础试卷一一、名词解释（20分）：1. 液相独立析晶，切线规则6. 本征扩散，不稳定扩散，7. 均

52、匀成核，二级相变，8. 烧结，泰曼温度二、选择题（ 12 分）：1. 陶瓷经烧结后在宏观上的变化表述不正确的是（ ）A.强度增加B.体积收缩C.气孔率降低D.致密度减少2. 在反应温度下，当固相反应的某一相发生晶型转变时，反应速度是（）A. 无影响B. 加快 C. 减慢3. 表面扩散系数Ds,界面扩散系数Dg，晶格扩散系Db的关系是（ ）A.Ds Dg DbB. Ds Db DgC.Db Ds DgD. Db Dg Ds4. 下列属于逆扩散过程的是（ ）A.二次再结晶B.杂质的富集于晶界C.布朗运动5. A, B进行反应生成AmBn,为扩散控制的固相反应，若DbDa，则在AmBn-A界面上，反

53、应物 B 的浓度 CB 为（）A.1B.0C.不确定6. 烧结中晶界移动的推动力是（ ）A.表面能 B.晶界两侧自由焓差C.空位浓度差7. 同一种物质在晶体中的扩散系数（ ）在玻璃中的扩散系数A 大于 B 等于 C 小于D 不确定8. 金斯特林格方程采用的反应截面模型为（）A.平板B.球体C.球壳D.圆柱9. 下列过程中，哪一个能使烧结体的强度增加而不引起坯体收缩？A.蒸发-凝聚B.体积扩散C.流动传质D.溶解-沉淀10. 纯固相反应，反应过程是（）A.放热过程B.等温过程C.吸热过程11. 在制造透明Al 2O3陶瓷材料时，原料粉末的粒度为2卩m,在烧结温度下保温 30分钟，测得晶粒尺寸为10卩m。若在同一烧结温度下保温4小时，晶粒尺寸 为（ ），为抑制晶粒生长加入0.1% MgO，此时若保温4小时，晶