1、無機材料科學基礎試卷 7一、名詞解釋（ 20 分）1、正尖晶石、反尖晶石；2、線缺陷、面缺陷；3、晶子學說、無規則網絡學說；4、可塑性、晶胞參數；二、選擇題（ 10 分）1、下列性質中（）不是晶體的基本性質。A、自限性B、最小內能性C、有限性 D、各向異性2、 晶體在三結晶軸上的截距分別為 2a、3b、6c。該晶面的晶面指數為（）。A、（ 236）B、（ 326）C、（ 321）D、（ 123）3、 依據等徑球體的堆積原理得出，六方密堆積的堆積系數（）立方密堆積的 堆積系數。A、大于B、小于 C、等于D、不確定4、某晶體AB，A的電荷數為1, A B鍵的S=1/6,則A+的配位數為（）。A、

2、4B、 12 C、 8 D、 65、在單位晶胞的CaF2晶體中，其八面體空隙和四面體空隙的數量分別為（ ）。A、 4, 8B、 8, 4C、 1, 2D、 2, 4&在ABO3（鈣鈦礦）型結構中，B離子占有（）。A、四面體空隙B、八面體空隙C、立方體空隙D、三方柱空隙晶體7、在硅酸鹽熔體中，當R=O/Si減小時，相應熔體組成和性質發生變化，熔體析 晶能力（ ），熔體的黏度（ ），低聚物數量（ ）。A、增大B、減小C、不變D、不確定8、當固體表面能為1.2J/m2，液體表面能為0.9 J/m2，液固界面能為1.1 J/m2時,降低固體表面粗糙度，（ ）潤濕性能。A、降低B、改善 C、不影響9、

3、一種玻璃的組成為 32.8%CaO 6.0 Al2O3% 61.2 SiO2% 此玻璃中的 AI3+可 視為網絡（ ），玻璃結構參數 Y=（）。A、變性離子，3.26 B、形成離子，3.26 C、變性離子，2.34 D、形成離 子， 2.3410、 黏土泥漿膠溶必須使介質呈（）。A、酸性 B、堿性 C、中性11、可以根據 3T 曲線求出熔體的臨界冷卻速率。熔體的臨界冷卻速率越小，就（ ）形成玻璃。A、越難 B、越容易 C、很快 D、緩慢12、晶體結構中一切對稱要素的集合稱為（）。A、對稱型B、點群 C、微觀對稱的要素的集合D、空間群三、填空（15分）1、 a=bM c a =B=,9Y =20

4、 的晶體屬（）晶系。2、 晶體的對稱要素中宏觀晶體中可能出現的對稱要素種類有（）、（ ）、（ ）、（ ）。3、 六方緊密堆積的原子密排面是晶體中的（）面，立方緊密堆積的原子密排面是晶體中的（）面。4、 TiO2在還原氣氛中可形成（）型非計量化合物，可形成（）型半導體，缺陷濃度與氧分壓的1/6次方成（），如果減少周圍氧氣的分壓，TiO2-x的密度將（ ）。5形成連續固溶體的條件是（）、（）和（）。&晶體的熱缺陷有（）和（）兩類，熱缺陷濃度與溫度的關系式為（）。7、 Ca黏土泥漿膠溶時，加入 NaOH和Na2SiO3電解質，（）效果 好？8、黏土帶電荷的主要原因是（）、（）和（），黏土所帶靜電荷為

5、（）。四、問答題（45分）1、試比較伊利石和蒙脫石的結構特點。（10分）2、 試解釋說明為什么在硅酸鹽結構中 人13+經常取代SiO4中Si4+，但Si4+般不 會置換AlO 6中的Al3+?（配位數為6時，S14+ A13+和O2的離子半徑分 別為0.40?、0.53?和1.40?;配位數為4時，一離子半徑依次為0.26?、0.40? 和 1.38? ）。（ 8 分）3、 網絡變性體（如Na2O）加到石英玻璃中，使硅氧比增加。實驗觀察到當O/Si=2.53時，即達到形成玻璃的極限，根據結構解釋為什么在2O/Si2.5的堿和硅石混合物可以形成玻璃，而O/Si=3的堿和硅石混合物結晶而不形成 玻

6、璃？ （ 8分）4、什么是潤濕？改善潤濕的方法有那些？ （9分）5、完成下列缺陷反應式（10分）FeOsFeOkCaF2YF3五、計算題（10分）有兩種不同配比的玻璃，其組成如下:序號Na2O mol %Al 2O3mol %SiO2mol %1101278220674試用玻璃結構參數說明兩種玻璃高溫下粘度的大小?無機材料科學基礎試卷七答案及評分標準二、名詞解釋（20分）1、正尖晶石、反尖晶石；正尖晶石；在AB2O4尖晶石結構中，A離子占據四面體空隙，B離子占據八 面體空隙的尖晶石。（2.5分）反尖晶石：如果半數的B離子占據四面體空隙，A離子和另外半數的B離子 占據八面體空隙則稱反尖晶石。（2

7、.5分）2、線缺陷、面缺陷；線缺陷：指在一維方向上偏離理想晶體中的周期性、規則性排列所產生的缺 陷。面缺陷：指在兩維方向上偏離理想晶體中的周期性、規則性排列所產生的缺 陷。3、晶子學說、無規則網絡學說；晶子學說：認為玻璃結構是一種不連續的原子（晶子）的結合體，即無數“晶 子”分散在無定形介質中，“晶子”的化學性質和數量取決于玻璃的化學組成，“晶子”不同于一般微晶，而是帶有晶格極度變形的微小有序區域，在“晶子” 中心質點排列較有規律，越遠離中心則變形程度越大，從“晶子”部分到無定形 部分的過渡是逐步完成的，兩者之間無明顯界面。（2.5分）無規則網絡假說：凡是成為玻璃態的物質和相應的晶體結構一樣，

8、 也是由一 個三度空間網絡所構成。這種網絡是由離子多面體（三角體或四面體）構筑起來 的。晶體結構網是由多面體無數次有規律重復構成， 而玻璃中結構多面體的重復 沒有規律性。（2.5分）4、可塑性、晶胞參數；可塑性：粘土與適當比例的水混合均勻制成泥團， 該泥團受到高于某一個數 值剪應力作用后，可以塑造成任何形狀，當去除應力泥團能保持其形狀，這種性 質稱為可塑性。（2.5分）晶胞參數：表示晶胞的形狀和大小可用六個參數即三條邊棱的長度a、b、c和三條邊棱的夾角a B、丫即為晶胞參數。二、選擇題（10分、3個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個2分）1、六方2、對稱中心、對稱面、對稱軸、倒轉軸3、（ 0001）、（ 111）4、陰離子缺位型、n、反比、減小5、|（ ri-r 2） /r i | 15%、相同的晶體結構類型、離子價相同或離子價總和相等6、 弗倫克爾缺陷、肖特基缺陷、n/N=exp （ - ?Gf/2kT ）7、Na2SiO38、黏土晶格內離子的同晶置換、黏土邊面斷裂、黏土內腐殖質離解、負六、問答題（ 45 分、每小題 10 分）5、（10分）答：伊利石和蒙脫石是 2：i 型結構（ 1 分），其結構皆屬于單斜晶 系；都存在同晶取代，蒙脫石同晶取代主要發生

10、在八面體層中（ 2 分），而 伊利石是發生在硅氧面體層中（ 2 分）；蒙脫石的電荷不平衡由進入層間的 水化陽離子補償，這種水化陽離子在層間無固定位置，結合力弱，容易被交換出來（2分）；伊利石的電荷不平衡由進入層間的 K離子補償，K+離子有固 定位置和配位數，結合較牢固（ 2 分），因此蒙脫石的陽離子交換能力比伊 利石強，蒙脫石結構中有層間水，并有膨脹性，而伊利石沒有（ 1 分）。6、（ 8 分）答： CN=4, r Ai3+/r o2-=0.4/1.38=0.29,Ai 3+四配位穩定，故在硅酸鹽結 構 中 Ai 3+ 經 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+四配位穩定，六配位不穩定，故在硅酸鹽結構中 Si4+般不會置換AIO 6中的Al3+，形成SiOj。（ 4分）7、（ 8分）答：在 2O/Si2.5 的堿和硅石混合物中，氧硅比較低，在高溫熔體 中高聚物含量較高，熔體黏度較高，不易析晶，所以可以形成玻璃；（ 4分） 而在 O/Si=3 的堿和硅石混合物中， 氧硅比較高， 在高溫熔體中低聚物含量較 高，熔體黏度較低，所以易析晶，而不形成玻璃。（ 4分）8、（9分）答：潤濕：固體與液體接觸后，體系（固體 +液體）的吉布斯自由能 降低時，就稱潤濕。（ 1 分）改善潤

12、濕的方法有：降低丫 sl S、V兩相組成盡量接近；（2分） 降低丫 LV在液相中加表面活性劑；（2分） 提高丫 SV去除固體表面吸附膜；（2分） 改變粗糙度。（2分）5、完成下列缺陷反應式（ 10 分）2FeOFe2O32FeF eVO2OO或 3FeOFe2O32FeF eFei3OO（5 分）YF3CaF2YCaFi2FF2YF3CaF22YCa VCa 6FF（5 分）七、計算題（ 10 分）解：1#玻璃：Na20/ Al2O3=10/121，所以Al3+在玻璃中起網絡形成離子的作用（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#玻璃橋氧分數大于1#, O/Si比小于1#玻璃,所以在高溫下 1#熔體黏度小于 2#.（2分）無機材料科學基礎試卷八三、 名詞解釋（ 20 分）1 、類質同晶、同質多晶；2、點缺陷、熱缺陷；3、縮聚、解聚；4、聚沉值、晶面指數；二、選擇題（ 10 分）1、 依據等徑球體的堆積原理得出，立方密堆積的堆積系數（）體心立方堆積 的堆積系數。A、大于B、小于 C、等于D、不確定2、 晶體在三結晶軸上的截距分別為 2a、3b、6c。該晶面的晶面指數為（）。A、（236）B、（ 326）C、（321）D、（ 123）3、 下列性質中（）不是晶體的基本性

14、質。A、自限性B、最小內能性C、有限性D、各向異性4、在單位晶胞的CaF2晶體中，其八面體空隙和四面體空隙的數量分別為（）。A、 4， 8 B、 8， 4 C、 1， 2D、 2， 45、一種玻璃的組成為NaO1/3Al 2Q.2SiO2，此玻璃中的Al3+可視為（），玻璃結構參數 丫= （）。A、 變性離子；2 B 、 形成離子；2 C、 變性離子；3.5 D 、形成離子； 3.5&金紅石晶體中，所有O2-作稍有變形的立方密堆排列，Ti4+填充了（）。A、全部四面體空隙B、全部八面體空隙 C、1/2四面體空隙D、 1/2八面體空隙7、滑石（3MgO 4SiO2 H2O）和高嶺土（ Al2O3

15、 2SiO2 2H2O）分別屬于（） 層狀結構的硅酸鹽礦物。A、 1： 1 和2： 1B、 2： 1 和 1： 1C、 3： 1 和2： 18、在硅酸鹽熔體中，當R=O/Si減小時，相應熔體組成和性質發生變化，熔體析晶能力（），熔體的黏度（），低聚物數量（）。A、增大 B、減小 C、不變 D、不確定9、 當固體表面能為1.2J/m?，液體表面能為0.9 J/m2,液固界面能為1.1 J/mF時增 加固體表面光滑度，（）潤濕性能。A、降低B、改善C、不影響10、粘土泥漿膠溶必須使介質呈（）A、酸性B、堿性C、 中性11、 晶體結構中一切對稱要素的集合稱為（）。A、對稱型B、點群 C、微觀對稱的要

16、素的集合D、空間群12、可以根據3T曲線求出熔體的臨界冷卻速率。熔體的臨界冷卻速率越大，就）形成玻璃。A、越難 B、越容易 C、很快 D、緩慢三、填空（15分）1、黏土帶電荷的主要原因是（）、（）和（），黏土所帶靜電荷為（）。2、晶體的對稱要素中微觀對稱要素種類有（）、（）、）。3、 由于（）的結果，必然會在晶體結構中產生“組分缺陷”，組分缺陷的濃度主要取決于：（）和（）。4、 UO2+x在氧化氣氛中可形成（）型非計量化合物，可形成（）型半導體，缺陷濃度與氧分壓的1/6次方成（），如果減少周圍氧氣的分壓，UO2+X的密度將（）。5、 右與位錯線（）的位錯稱為刃位錯，可用符號（）表示；b與位錯線

17、（）的位錯稱為螺位錯，可用符號（）表示。& a=bM c a =B=,9Y =200 的晶體屬（）晶系。7、 立方緊密堆積的原子密排面是晶體中的（）面，六方緊密堆積的原子密排面是晶體中的（）面。8、為使瘠性料泥漿懸浮，一般常用的兩種方法是（）和（ ）八、問答題（40分）1、 簡述硅酸鹽晶體結構分類的原則和各類結構中硅氧四面體的形狀。（12分）2、試述B2O3中加入N&O后,結構發生的變化，解釋硼酸鹽玻璃的硼反?，F象？（9分）3、用KCl和CaCl2分別稀釋同一種黏土泥漿，當電解質加入量相同時，試比較 兩種泥漿下列性質的差異。（10分）（1）泥漿的流動性（2）泥漿的觸變性（3）泥漿的可塑性（4）

18、坯體的致密度（5）黏土的Z電位4、在硅酸鹽晶體結構中，SiO4四面體或孤立存在，或共頂連接，而不共棱， 更不共面，解釋之。（ 9 分）九、計算題（ 15 分）CeO2 為螢石結構，其中加入 0.15molCaO 形成固溶體 ,實驗測得固溶體晶胞 參數ao=O.542nm,測得固溶體密度 尸6.54g/cm3,試計算說明固溶體的類型？（其中 Ce=140.12,Ca=40.08,O=16）無機材料科學基礎試卷八答案及評分標準四、名詞解釋（ 2O 分）1、類質同晶、同質多晶；同質多晶：化學組成相同的物質， 在不同的熱力學條件下結晶成結構不同的 晶體的現象，稱為同質多晶現象。（ 2.5 分）類質同晶

19、：物質結晶時， 其晶體結構中本應由某種離子或原子占有的配位位 置，一部分被介質中性質相似的它種離子或原子占有， 共同結晶成均勻的呈單一 相的混合晶體，但不引起鍵性或晶體結構型式發生質變的現象稱為類質同晶。（2.5 分）2、點缺陷、熱缺陷；點缺陷：三維方向上缺陷尺寸都處于原子大小的數量級上。（ 2.5 分） 熱缺陷：晶體溫度高于絕對 OK 時，由于熱起伏使一部分能量較大的質點 （原 子或離子）離開平衡位置所產生的空位和 /或間隙質點。（ 2.5 分）3、縮聚、解聚；聚合：由分化過程產生的低聚合物，相互作用，形成級次較高的聚合物，同 時釋放出部分N&O,這個過程稱為縮聚，也即聚合。（2.5分）解聚

20、：在熔融SiO2中，O/Si比為2： 1, SiO 4連接成架狀。若加入 NaO則 使 O/Si 比例升高，隨加入量增加， O/Si 比可由原來的 2： 1 逐步升高到 4： 1， SiO 4 連接方式可從架狀變為層狀、 帶狀、鏈狀、環狀直至最后斷裂而形成 SiO 4 島狀，這種架狀SiO4斷裂稱為熔融石英的分化過程，也即解聚。（2.5分）4、聚沉值、晶面指數；聚沉值：凡能引起溶膠明顯聚沉 （如溶膠變色渾濁） 所需外加電解質的最小 濃度稱為聚沉值。（ 2.5 分）晶面指數：結晶學中經常用（ hkl ）來表示一組平行晶面，稱為晶面指數。 數字 hkl 是晶面在三個坐標軸（晶軸）上截距的倒數的互質

21、整數比。（ 2.5 分）五、選擇題（ 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 個2分）1、黏土晶格內離子的同晶置換、黏土邊面斷裂、黏土內腐殖質離解、負2、平移軸、像移面、螺旋軸3、不等價置換、攙雜量（溶質數量）、固溶度4、陰離子間隙型、P、正比、增大5、垂直、丄、平行、6六方7、（ 111）、（ 0001）8、控制料漿的pH值、有機表面活性物質的吸附 十、問答題（40分）3、（ 12分）答：硅酸鹽晶體結構分類的原則：結構中硅氧四面體的連接方式。（2分）各

22、類結構中硅氧四面體的形狀： 島狀結構：四面體；組群狀結構；（2分） 雙四面體、三節環、四節環和六節環；（2分）鏈狀結構：單鏈、雙鏈；（2 分）層狀結構：平面層；（2分）架狀結構：三維空間延伸的骨架。（2分）4、出現硼酸鹽玻（9分）答：RQ中加入NaO后，Na 20所提供的氧使BO3三角體變成BO4 四面體，導致RO玻璃結構由兩度空間的層狀結構部分轉變為三維的架狀結 構，從而加強了網絡，并使玻璃的各種物理性質變好，這與相同條件下的硅 酸鹽玻璃相比，其性質隨R2O或 RO加入量的變化規律相反， 璃的硼反?，F象。（10 分）答：（1）泥漿的流動性KCl CaCl 2(2)泥漿的觸變性KCI CaCl

23、2(2 分)(3)泥漿的可塑性KCl l CaCl2(2 分)(5)黏土的Z電位KCl l N CaCl2(2 分)3、（9分）答：在硅酸鹽晶體結構中，SiO 4(2 分)四面體中的Si4+是高電價低配位 的陽離子，以共棱、共面方式存在時，兩個中心陽離子（ 斥力較大，所以不穩定，而孤立存在，或共頂連接。4、Si4+)間距離較近、排、計算題（15分）CaO CeO2 CaCe Vo? O(1)（4分）ZrOc?CaO2CaCe C3 ? 20。(2)（4分）的化學溶式為.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）式知固溶體的化學溶式為: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）實測D= 6.54g/cm3，接近D0i，說明方程（1）合理,固溶體化學式 ：Ce0.85Ca0.15O1.85 為氧空位型固溶體。無機材料科學基礎試卷九一、名詞解釋（ 20 分）：1. 不一致熔融化合物，連線規則2. 非本征擴散，穩定擴散3. 非均勻成核 , 一級相變，4. 晶粒生長，二次再結晶二、選擇題（

25、12 分）：1. 據范特荷夫規則 , 純固相反應，反應過程是（）A.放熱過程B.等溫過程 C.吸熱過程2. 在反應溫度下，當固相反應的某一相發生晶型轉變時，反應速度是（）A. 無影響B. 加快 C. 減慢3. 表面擴散系數Ds,界面擴散系數Dg，晶格擴散系Db的關系是（）A.Ds Dg DbB. Ds Db DgC.Db Ds DgD. Db Dg Ds4. 同一種物質在晶體中的擴散系數（ ）在玻璃中的擴散系數A 大于 B 等于 C 小于D 不確定5. A,B進行反應生成AmBn,為擴散控制的固相反應，若DbDa,則在AmBn-A界面上，反應物 B 的濃度 CB 為（）A.1B.0C.不確定6

26、. 燒結中晶界移動的推動力是（ ）A.表面能 B.晶界兩側自由焓差C.空位濃度差7. 陶瓷經燒結后在宏觀上的變化表述不正確的是（ ）A.強度增加B.體積收縮C.氣孔率降低D.致密度減少8. 金斯特林格方程采用的反應截面模型為（）A.平板B.球體C.球殼D.圓柱9. 下列過程中，哪一個能使燒結體的強度增加而不引起坯體收縮？A.蒸發-凝聚B.體積擴散C.流動傳質D.溶解-沉淀10. 下列屬于逆擴散過程的是（ ）A.二次再結晶B.雜質的富集于晶界C.布朗運動11. 在制造透明Al 2O3陶瓷材料時，原料粉末的粒度為2卩m,在燒結溫度下保溫30分鐘，測得晶粒尺寸為10卩m。若在同一燒結溫度下保溫4小時

27、，晶粒尺寸為（粒尺寸為（）,為抑制晶粒生長加入0.1% MgO，此時若保溫4小時，晶 ）。A. 16 fl m B. 20 ii m C. 24 卩 m D. 28 卩 m三、填空題（ 18 分）1. 燒結的主要傳質方式有蒸發 -凝聚傳質、擴散傳質、流動傳質和溶解 - 沉淀 傳質四種，產生這四種傳質的原因依次為（ ）、（ ）、 和（ ）。2. 均勻成核的成核速率 Iv 由 （ ） 因子所決定的3. 菲克第一定律的應用條件是（ 是（ ）。4. 液-固相變過程的推動力為 （ 和5.（6.（7.）和o），菲克第二定律的應用條件）、（）固體內粒子的主要遷移方式有（）如晶體純度降低， 擴散系數與溫度關系

28、曲線中本征與非本征擴散的轉折點8.(9.）。合成鎂鋁尖晶石，可選擇的原料為 MgCO3 ,從提高反應速率的角度出發選擇（ ）原料較好。在均勻成核時，臨界成核位壘厶Gk=（）具有臨界半徑 rk 的粒子數 nk/N=）。液-固相變時，非均勻成核位壘與接觸角B有關，非均勻成核位壘與均勻成核位壘相等。MgO, YAI2O3, a -AI2O3,)，當8為（）,其值相當于）時，10. 成核生長機理的相變過程需要有一定的過冷或過熱，相變才能發生，在（ ）情況下需要過冷。11. 在制硅磚時，加入氧化鐵和氧化鈣的原因（ ），能否加入氧化鋁（ ）。12. 在液相線以下的分相區的亞穩區內，其分解機理為（），新相成

29、（）狀，不穩定區的分解機理為（），新相成（ ）狀。四、簡答題（ 32 分）1. 影響固相反應的因素有那些？（ 6分）2. 從熱力學、動力學特性、形貌等對比不穩分解和均勻成核成長這兩種相變過程。如何用實驗方法區分這兩種過程？（9分）3. 晶界移動遇到氣孔時會出現幾種情況，從實現致密化目的考慮，晶界應如 何移動？怎樣控制？ （ 10分）4. 試比較楊德爾方程和金斯特林格方程的優缺點及其適用條件。（7分）五、相圖分析（18分）右圖為生成一個三元化合物的三元相圖，1. 判斷三元化合物N的性質，說明理由？2. 標出邊界曲線的溫降方向（轉熔界限用雙箭頭）；3. 指出無變量點的性質（L、K、M）;4. 分析

30、點1, 2的結晶路程；5. 計算2點液相剛到結晶結束點和結晶結束后各相的含量無機材料科學基礎試卷九標準答案與評分標準一、名詞解釋（20分）：1. 不一致熔融化合物，連線規則答：不一致熔化合物是一種不穩定的化合物，加熱到一定溫度會發生分解,分解產物是一種液相和一種固相，液相和固相的組成與化合物組成都不相同。（2.5 分）連線規則：將一界線（或其延長線）與相應的連線（或其延長線）相交，其 交點是該界線上的溫度最高點。（2.5分）2. 非本征擴散，穩定擴散非本征擴散：受固溶引入的雜質離子的電價和濃度等外界因素所控制的擴散?；蛴刹坏葍r雜質離子取代造成晶格空位，由此而引起的質點遷移。（2.5）穩定擴散：

31、若擴散物質在擴散層 dx內各處的濃度不隨時間而變化，即 dc/dt=O。這種擴散稱穩定擴散。（2.5分）3. 非均勻成核，一級相變，非均勻成核：是指借助于表面、界面、微粒裂紋器壁以及各種催化位置等而 形成晶核的過程（2.5）一級相變：體系由一相變為另一相時，如兩相的化學勢相等但化學勢的一級 偏微商（一級導數）不相等的稱為一級相變。（2.5）4. 晶粒生長，二次再結晶晶粒生長：平衡晶粒尺寸在不改變其分布的情況下，連續增大的過程。（2.5 分）二次再結晶：是少數巨大晶粒在細晶消耗時成核長大的過程。（2.5分）二、選擇題（12分）：每題1分I. A 2.B3. A 4. C 5.B6.B7. D 8

32、.B9.A10. BII. D, B三、填空題（18分）（每空0.7分）1. 壓力差、空位濃度差、應力-應變和溶解度；2. 受核化位壘影響的成核率因子、受原子擴散影響的成核率因子3. 穩定擴散、不穩定擴散4. 過冷度、過飽和濃度、過飽和蒸汽壓5. 空位機構、間隙機構6. 向左7. MgCO3、a -Al 2038. 1/3Ak y 新相界面能的 1/3、exp （- AGk/RT） _9. 180o10. 相變過程放熱11. 作為礦化劑，產生不同晶型石英溶解度不同的液相，不能12. 成核-生長機理、孤立的球形顆粒、旋節分解區（Spi no dale ）、高度連續性 的非球形顆粒。五、簡答題（3

33、2分）1 影響固相反應的因素有那些？答：影響固相反應的因素有反應物化學組成與結構的影響；顆粒度和分布影響； 反應溫度、壓力、氣氛影響；礦化劑的影響。（6分）2 從熱力學、動力學特性、形貌等對比不穩分解和均勻成核成長這兩種相變過程。如何用實驗方法區分這兩種過程？（9分）答：不穩分解：在此區域內，液相會自發分相，不需要克服熱力學勢壘，無成核 -長大過程，分相所需時間極短，第二相組成隨時間連續變化，在不穩分解分相 區內，隨著溫度的降低、時間的延長，析出的第二相在母液中相互貫通，形成蠕 蟲狀結構。（4分）成核-生成：在此區域內，在熱力學上，系統對微小的組成起伏是亞穩的，形成 新相需要做功，即存在成核勢

34、壘，新相形成如同結晶過程的成核-長大機理，分相所需時間長，分出的第二相組成不隨時間變化。隨著溫度的降低、時間的延長， 析出的第二相在母液中逐漸長大，形成孤立球狀結構。（4分）用TEM觀察分相以后形貌，若兩相無明顯的連續性，第二相呈孤立球狀，則為成 核-生長分相；若兩相形成互相交織的蠕蟲狀，則為不穩分解相變過程。（1 分）3 晶界移動遇到氣孔時會出現幾種情況，從實現致密化目的考慮，晶界應如何 移動？怎樣控制？ （ 10分）答：燒結初期，晶界上氣孔數目很多，此時氣孔阻止晶界移動，Vb=0b（ 2分）燒結中、后期，溫度控制適當，氣孔逐漸減少?？梢猿霈FVb=Vp此時晶界帶動氣孔以正常速度移動，使氣孔保

35、持在晶界上，氣孔可以利用晶界作為空位傳遞的 快速通道而迅速匯集或消失。（2分）繼續升溫導致VbVp,晶界越過氣孔而向 曲率中心移動，氣孔包入晶體內部，只能通過體積擴散排除，這是十分困難的。（2分）從實現致密化目的考慮，晶界應帶動氣孔以正常速度移動，使氣孔保持在晶 界上，氣孔可以利用晶界作為空位傳遞的快速通道而迅速匯集或消失。（2分）控制方法：控制溫度，加入外加劑等。（2分）4. 答：楊德爾方程在反應初期具有很好的適應性，但楊氏模型中假設球形顆粒反 應截面積始終不變，因而只適用反應初期轉化率較低的情況。（4分）而金氏模 型中考慮在反應進程中反應截面積隨反應進程變化這一事實，因而金氏方程適用范圍更

36、廣，可以適合反應初、中期。兩個方程都只適用于穩定擴散的情況。（4分） 六、相圖分析（18分）右圖為生成一個三元化合物的三元相圖，1. 判斷三元化合物N的性質，說明理由？不一致熔融三元化合物，因其組成點不在其 初晶區內。（1分）2. 標出邊界曲線的溫降方向（轉熔界限用雙箭頭）；見圖（3分）3. 指出無變量點的性質（L、K、M）;（ 3分）M :低共溶點L :低共溶點K :單轉熔點（6 分）4析點1, 2的結晶路程;（2分）11（1分） N蛙兒Wq（2分）7, LF屮” j 宀L F兀皆1書一 厶Ca/托+C ）a（1分）& A企：心J Tf5. 計算2點液相剛到結晶結束點和結晶結束后各相的含量。

37、2點液相剛到結晶結束點時存在 B、N、液相LL%= fM 2/FLN%=（ L2/Lf ） （ Bf/NB）B%=（ L2/Lf ） （ Nf/NB）（3分）結晶結束后存在N、B、C,各相的含量過2點作平行線或用雙線法求得，N%=hcC%=g nB%=gh無機材料科學基礎試卷十一、名詞解釋（20分）：1. 一致熔融化合物，三角形規則2. 非本征擴散，穩定擴散3. 非均勻成核，一級相變，2. 晶粒生長，二次再結晶二、選擇題（12分）：1. 陶瓷經燒結后在宏觀上的變化表述不正確的是（A.強度增加B.體積收縮C.氣孔率降低D.致密度減少2. 在反應溫度下，當固相反應的某一相發生晶型轉變時，反應速度是

38、（）A. 無影響B. 加快 C. 減慢3. 表面擴散系數Ds,界面擴散系數Dg，晶格擴散系Db的關系是（ ）A.Ds Dg DbB. Ds Db DgC.Db Ds DgD. Db Dg Ds4. 下列屬于逆擴散過程的是（ ）A.二次再結晶B.雜質的富集于晶界C.布朗運動5. A, B進行反應生成AmBn,為擴散控制的固相反應，若DbDa，則在AmBn-A界面上，反應物 B 的濃度 CB 為（）A.1B.0C.不確定6. 燒結中晶界移動的推動力是（ ）A.表面能 B.晶界兩側自由焓差C.空位濃度差7. 同一種物質在晶體中的擴散系數（ ）在玻璃中的擴散系數A 大于 B 等于 C 小于D 不確定8

39、. 金斯特林格方程采用的反應截面模型為（）A.平板B.球體C.球殼D.圓柱9. 下列過程中，哪一個能使燒結體的強度增加而不引起坯體收縮？A.蒸發-凝聚B.體積擴散C.流動傳質D.溶解-沉淀10. 純固相反應，反應過程是（）A.放熱過程B.等溫過程C.吸熱過程11. 在制造透明Al 2O3陶瓷材料時，原料粉末的粒度為2卩m,在燒結溫度下保溫 30分鐘，測得晶粒尺寸為10卩m。若在同一燒結溫度下保溫4小時，晶粒尺寸 為（ ），為抑制晶粒生長加入0.1% MgO，此時若保溫4小時，晶粒尺寸為A. 16 fl m B. 20 卩 m C. 24 卩 mD. 28 卩 m三、填空題（ 18 分）1. 燒

40、結的主要傳質方式有蒸發 -凝聚傳質、擴散傳質、 流動傳質和溶解 -沉淀傳質四種，產生這四種傳質的原因依次為 （）、（）、（ ）和（ ）。2. 均勻成核的成核速率lv由（）和（）因子所決定的。3. 菲克第一定律的應用條件是（），菲克第二定律的應用條件是（）4. 液-固相變過程的推動力為 （）、（ ） 和（ ）。5. 固體內粒子的主要遷移方式有（ ） 、 （ ）。6. 如雜質的量增加，擴散系數與溫度關系曲線中本征與非本征擴散的轉折點 （ ）。7. 合成鎂鋁尖晶石，可選擇的原料為MgC03 , MgO, YAI2O3, a-AI2O3,從提高反應速率的角度出發選擇（），（）原料較好。8. 在均勻成核

41、時，臨界成核位壘厶Gk=（），其值相當于（）具有臨界半徑rk的粒子數nk/N=（）。9. 液-固相變時，非均勻成核位壘與接觸角B有關，當8為（）時，非均勻成核位壘為零。10. 成核生長機理的相變過程需要有一定的過冷或過熱，相變才能發生，在（ ）情況下需要過冷。11. 在制硅磚時，加入氧化鐵和氧化鈣的原因（），能否加入氧化鋁（ ）。12. 在液相線以下的分相區的亞穩區內， 其分解機理為（），新相成（）狀，不穩定區的分解機理為（），新相成（ ）狀。四、簡答題（ 30 分）1. 試比較楊德爾方程和金斯特林格方程的優缺點及其適用條件。（ 8分）2. 相變過程的推動力是什么？（ 8分） 3晶界移動遇到氣

42、孔時會出現幾種情況， 從實現致密化目的考慮， 晶界應如何移動？怎樣控制？ （ 8 分）4. 說明影響擴散的因素？（ 6 分）六、相圖分析（ 20 分）下圖為CaO-A1Q-SiO2系統的富鈣部分相圖，對于硅酸鹽水泥的生產有一定 的參考價值。試：1、畫出有意義的付三角形；2、用單、雙箭頭表示界線的性質；3、說明F、H K三個化合物的性質和寫出各點的相平衡式；4、分析M熔體的冷卻平衡結晶過程并寫出相變式；5、并說明硅酸鹽水泥熟料落在小圓圈內的理由；6為何在緩慢冷卻到無變量點 K （1455E）時再要急劇冷卻到室溫？CjSCdOCjA無機材料科學基礎試卷十標準答案與評分標準一、名詞解釋（20分）：1

43、. 一致熔融化合物，三角形規則答：一致熔融化合物是一種穩定的化合物， 與正常的純物質一樣具有固定的熔點，熔化時，產生的液相與化合物組成相同。（2.5分）三角形規則：原始熔體組成點所在副三角形的三個頂點表示的物質即為其結晶產物；與這三個物質相應的初初晶區所包圍的三元無變量點是其結晶結束點。（2.5 分）4. 非本征擴散，穩定擴散非本征擴散：受固溶引入的雜質離子的電價和濃度等外界因素所控制的擴散?；蛴刹坏葍r雜質離子取代造成晶格空位，由此而引起的質點遷移。（2.5）穩定擴散：若擴散物質在擴散層 dx內各處的濃度不隨時間而變化，即 dc/dt=O。這種擴散稱穩定擴散。（2.5分）5. 非均勻成核，一級

44、相變，非均勻成核：是指借助于表面、界面、微粒裂紋器壁以及各種催化位置等而 形成晶核的過程（2.5）一級相變：體系由一相變為另一相時，如兩相的化學勢相等但化學勢的一級 偏微商（一級導數）不相等的稱為一級相變。（2.5）4.晶粒生長，二次再結晶晶粒生長：平衡晶粒尺寸在不改變其分布的情況下，連續增大的過程。（2.5 分）二次再結晶：是少數巨大晶粒在細晶消耗時成核長大的過程。（2.5分）二、選擇題（12分）：每題1分I. D 2.B3. A 4.B5.B6.B7.C8.B9.A10.AII. D, B三、填空題（18分）（每空0.7分）1. 壓力差、空位濃度差、應力-應變和溶解度；2. 受核化位壘影響

45、的成核率因子、受原子擴散影響的成核率因子3. 穩定擴散、不穩定擴散4. 過冷度、過飽和濃度、過飽和蒸汽壓5. 空位機構、間隙機構6. 向左7. MgCO3、a -AI2O38. 1/3Ak y 新相界面能的 1/3、exp （- AGk/RT） _9. 0o10. 相變過程放熱11. 作為礦化劑，產生不同晶型石英溶解度不同的液相，不能12. 成核-生長機理、孤立的球形顆粒、旋節分解區（Spi no dale ）、高度連續性 的非球形顆粒、四、簡答題（30分）1. 試比較楊德爾方程和金斯特林格方程的優缺點及其適用條件。（8分）答：楊德爾方程在反應初期具有很好的適應性，但楊氏模型中假設球形顆粒反應

46、截面積始終不變，因而只適用反應初期轉化率較低的情況。（4分）而金氏 模型中考慮在反應進程中反應截面積隨反應進程變化這一事實， 因而金氏方程適 用范圍更廣，可以適合反應初、中期。兩個方程都只適用于穩定擴散的情況。（4 分）2. 相變過程的推動力是什么？ （ 8分）答：總的推動力：相變過程前后自由能的差值1、相變過程的溫度條件在等溫等壓下，A G=A H-TA S在平衡條件下，A G= 0,則A S=A H/T0式中：T相變的平衡溫度；A H相變熱。在任意一溫度了的不平衡條件下，則有A G=A H-TA Sm 0若厶H與厶S不隨溫度而變化， G=A H-TA H/To= A H （To-T） /T

47、 0= A HA T/T0相變過程放熱 HO要使A GO TO要使A GQ須有A TT0,過熱。 因此相平衡理論溫度與系統實際溫度之差即為該相變過程的推動力。 （2 分）2相變過程的壓力和濃度條件 氣相，恒溫下A G=RTInP/P欲使A G P即汽相過飽和。（2 分）（2）溶液 A G=RTInGC欲使A G G即液相過飽和。（2分）綜上所述，相變過程的推動力應為過冷度、過飽和濃度、過飽和蒸汽壓。 即相變時系統溫度、濃度和壓力與相平衡時溫度、濃度和壓力之差值。（2 分）3燒結的主要傳質方式有那些 ?分析產生的原因是什么 ? （8 分）答：燒結初期，晶界上氣孔數目很多，此時氣孔阻止晶界移動，V

48、b=Q（ 1分）燒結中、后期，溫度控制適當，氣孔逐漸減少。可以出現 Vb=Vp此時晶界 帶動氣孔以正常速度移動， 使氣孔保持在晶界上， 氣孔可以利用晶界作為空位傳 遞的快速通道而迅速匯集或消失。（2分）繼續升溫導致VbVp,晶界越過氣孔 而向曲率中心移動， 氣孔包入晶體內部， 只能通過體積擴散排除， 這是十分困難 的。（ 2分）從實現致密化目的考慮， 晶界應帶動氣孔以正常速度移動， 使氣孔保持在晶 界上，氣孔可以利用晶界作為空位傳遞的快速通道而迅速匯集或消失。（ 1 分） 控制方法：控制溫度，加入外加劑等。（ 2分） 4說明影響擴散的因素？（ 6 分）答：化學鍵：共價鍵方向性限制不利間隙擴散，

49、空位擴散為主。金屬鍵離子 鍵以空位擴散為主，間隙離子較小時以間隙擴散為主。（ 1 分） 缺陷：缺陷部位會成為質點擴散的快速通道，有利擴散。（ 1 分） 溫度： D=D0exp （-Q/RT） Q 不變，溫度升高擴散系數增大有利擴散。 Q 越大溫度變化對擴散系數越敏感。（ 1 分） 雜質：雜質與介質形成化合物降低擴散速度； 雜質與空位締合有利擴散； 雜質含量大本征擴散和非本征擴散的溫度轉折點升高。（ 1 分） 擴散物質的性質：擴散質點和介質的性質差異大利于擴散。（ 1 分） 擴散介質的結構：結構緊密不利擴散。（ 1 分）六、相圖分析（ 20 分）1、如圖所示; （ 3分）2、如圖所示（7分）3、

50、 F 點低共熔點，LF- C3A+C12A7+C2S（1 分）H 點單轉熔點，LH+CaO C3A+C3S（1 分）K點單轉熔點，LK+C3A C3A +C2S （1分）4、M 點：L C2S L C2S+C3S L+C2 C3S液: May K 始（LK+C3AC2S+C3A K 終（2分）f=2f=1f=1f=0C2S C2S+C3S C2S+C3S C2S+C3S+C3A固：D-DbdM（1 分）5、因為硅酸鹽水泥熟料中三個主要礦物是 C3S、C2S、C3A。根據三角形規則， 只有當組成點落在C3S-C2S-C3A付三角形中，燒成以后才能得到這三 種礦物。從早期強度和后期強度、水化速度、

51、礦物的形成條件等因素考 慮，水泥熟料C3S的含量應當最高，C2S次之，C3A最少。根據杠桿 規則，水泥熟料的組成點應當位于 C3S-C2S-C3A付三角形中小圓圈內。（2分）6因為緩慢冷卻到K點，可以通過轉熔反應L+C24C3S得到盡可能多的C3Sc 到達K點后，急劇冷卻到室溫，可以（1）防止C3S含量降低，因為K點的轉 熔反應LK+C3C2S+C3A ; （ 2）使C2S生成水硬性的 伕C2S，而不是非水硬 性的yC2S;（ 3）液相成為玻璃相，可以提高熟料的易磨性。（2分）（2分）無機材料科學基礎試卷一一、名詞解釋（20分）：1. 液相獨立析晶，切線規則6. 本征擴散，不穩定擴散，7. 均

52、勻成核，二級相變，8. 燒結，泰曼溫度二、選擇題（ 12 分）：1. 陶瓷經燒結后在宏觀上的變化表述不正確的是（ ）A.強度增加B.體積收縮C.氣孔率降低D.致密度減少2. 在反應溫度下，當固相反應的某一相發生晶型轉變時，反應速度是（）A. 無影響B. 加快 C. 減慢3. 表面擴散系數Ds,界面擴散系數Dg，晶格擴散系Db的關系是（ ）A.Ds Dg DbB. Ds Db DgC.Db Ds DgD. Db Dg Ds4. 下列屬于逆擴散過程的是（ ）A.二次再結晶B.雜質的富集于晶界C.布朗運動5. A, B進行反應生成AmBn,為擴散控制的固相反應，若DbDa，則在AmBn-A界面上，反

53、應物 B 的濃度 CB 為（）A.1B.0C.不確定6. 燒結中晶界移動的推動力是（ ）A.表面能 B.晶界兩側自由焓差C.空位濃度差7. 同一種物質在晶體中的擴散系數（ ）在玻璃中的擴散系數A 大于 B 等于 C 小于D 不確定8. 金斯特林格方程采用的反應截面模型為（）A.平板B.球體C.球殼D.圓柱9. 下列過程中，哪一個能使燒結體的強度增加而不引起坯體收縮？A.蒸發-凝聚B.體積擴散C.流動傳質D.溶解-沉淀10. 純固相反應，反應過程是（）A.放熱過程B.等溫過程C.吸熱過程11. 在制造透明Al 2O3陶瓷材料時，原料粉末的粒度為2卩m,在燒結溫度下保溫 30分鐘，測得晶粒尺寸為10卩m。若在同一燒結溫度下保溫4小時，晶粒尺寸 為（ ），為抑制晶粒生長加入0.1% MgO，此時若保溫4小時，晶