武汉科技大学811-无机材料科学基础-2018(科大B卷)-参考答案考研真题

PAGE第1页共1页姓名：报考专业：准考证号码：密封线内不要写题2018年全国硕士研究生招生考试初试自命题试题科目名称：无机材料科学基础（□A卷eq\o\ac(□,√)B卷）科目代码：811考试时间：3小时满分150分可使用的常用工具：□无eq\o\ac(□,√)计算器eq\o\ac(□,√)直尺□圆规（请在使用工具前打√）注意：所有答题内容必须写在答题纸上，写在试题或草稿纸上的一律无效；考完后试题随答题纸交回。一、名词解释(共4小题，每小题10分，共40分)1.上坡扩散与下坡扩散（由低浓度区向高浓度区的扩散叫逆扩散，又称上坡扩散；由高浓度区向低浓度区的扩散叫顺扩散，又称下坡扩散）2.等比例规则与背向性规则（等比例规则：浓度三角形一顶点和对边上任一点的连线上各点的体系中其他两个组元的含量比值不变；背向性规则：如果从三个组元的混合物中不断取走C组元，那么这个系统的组成点将沿通过C点的射线并朝着背离C的方向变化，所取走的C含量越多移动距离越远。）3.鲍林规则（①阴阳离子的间距决定于他们的半径之和，阳离子的配位数决定于他们的半径之比；②稳定的晶体结构中，从所有相近邻的阳离子到达一个阴离子的静电键的总强度等于阴离子的电荷数；③两个阴离子多面体以共棱，特别是工面方式存在时，结构的稳定性降低；④含有不同阳离子的晶体中，电价高而配位数小的阳离子不趋向于相互共有配位多面体的要素；⑤本质不同的结构组元的种类倾向于为数最少。）4.黏土的可塑性与触变性（可塑性：黏土加水形成泥团，受力后可以形成任何形状，去除外力后泥团能够保持其形状；触变性：黏土泥浆从稠化到流动的中间过渡状态。）二、辨析题(共2小题，每小题10分，共20分。判断每一题的正误，并说明理由。)1.采用常压烧结方法可以实现材料的完全致密化。（不正确。）原始粉料的粒度、外加剂、烧结温度和保温时间、气氛和成型压力等都会影响材料的烧结和致密化，气孔在烧结过程中能否排除，和晶界移动速率有关，还与气孔内压力大小有关，随着烧结的进行，气孔逐渐缩小，当气压增加至2γ/r时，烧结就停止了，因此常规方法难以实现完全致密化，可以采用热压烧结或真空热压烧结方法。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。（不正确，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。）三、公式推导题(共1小题，每小题20分，共20分。)推导扩散系数的一般热力学关系式：，并说明其物理意义。解：假设一个多元体系中，i组分的质点沿x方向扩散所受到的力等于该组分化学位在x方向上梯度的负值：⑴相应的质点运动平均速度正比于作用力：⑵式中Bi为组分i的平均速率或者淌度；此时组分i的扩散通量Ji等于单位体积中该组分质点数Ci和质点移动平均速度的乘积：⑶⑵带入⑶可得用化学位梯度描述扩散的一般方程式：⑷若研究体系不受外场作用，化学位为系统组成活度和温度的函数：⑷式可以写为：⑸将上式与菲克第一定律比较，得扩散系数Di：⑹因为Ci/C＝N，dlnCi=dlnNi,故有：⑺又因为：则：⑻将(8)带入(7)得：⑼式中称为扩散系数的热力学因子。对于理想混合体系，活度系数γi＝1，此时，称为自扩散系数；对于非理想混合体系存在两种情况：（1）当>0，此时Di>0，称为正常扩散，物质从高浓度流向低浓度处，扩散的结果使溶质趋于均匀化；（2）当<0，此时Di<0，称为反常扩散，扩散结果使溶质偏聚或分相。四、论述题(共2小题，每小题20分，共40分)1.简述SiO2的多晶转变现象，说明为什么在生产硅砖时经常加入少量石灰乳和/或铁鳞以促使SiO2以介稳状态存在？答：SiO2常压下有七种变体，自然界中存在的石英一般都是β—石英。硅砖实际生产中石英的晶型转变往往是：β-石英→α-石英→亚稳（偏）方石英。通常希望硅砖中鳞石英相愈多愈好，不希望出现方石英相，因为鳞石英相间的转变体积效应小，而方石英相间的转变体积效应大。促进鳞石英相增多的方法：加少量矿化剂（氧化铁、氧化钙等），在1000℃左右产生一定量的液相，α—石英和α—方石英溶入液相，α—鳞石英溶解度小，析出，有利于形成鳞石英。什么是“二次再结晶”？其主要特征是什么？欲避免“二次再结晶”的发生，通常应该采取哪些措施？答：二次再结晶是指少数巨大晶粒在细晶消耗时成核长大的过程。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，坯体不再致密，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。五、计算题(共2小题，每小题15分，共30分)1.制造晶体管的方法之一是将杂质原子扩散进入半导体材料如硅中。假如硅片厚度是0.1cm，在其中每107个硅原子中含有一个磷原子，而在表面上是涂有每107个硅原子中有400个磷原子，计算浓度梯度（a）每cm上原子百分数，（b）每cm上单位体积的原子百分数。硅晶格常数为0.5431nm。解：由菲克第一定律计算在内部和表面上的原子的百分组成，Ci和Cs分别为内部和表面磷浓度。 硅晶体单位晶胞体积 硅晶体是立方金刚石结构，单位晶胞有8个Si原子，107个Si占体积为： 每cm3中原子含量： 2.有两种不同配位的玻璃，其组成如下（质量百分数）：序号Na2OAl2O3SiO211020702201070试用玻璃结构参数计算说明两种玻璃高温下粘度的大小？解：将玻璃组成由质量百分数换算成摩尔百分数NO.Na2OAl2O3SiO2Y质量摩尔质量摩尔质量摩尔12102010.620.4201012.96.2707076.573.42.723.661#玻璃Na2O/Al2O3＝所以