材料科學基礎試題及答案(已修改)

　

【正文】 《材料科學基礎》樣題及答案試題一　　 一. 圖1是Na2O的理想晶胞結構示意圖，試回答：　　 1．晶胞分子數是多少；　　 2．結構中何種離子做何種密堆積；何種離子填充何種空隙，所占比例是多少；　　 3．結構中各離子的配位數為多少，寫出其配位多面體；　　 4．計算說明O2的電價是否飽和；　　 5．畫出Na2O結構在（001）面上的投影圖?！　《? 圖2是高嶺石(Al2O32SiO22H2O)結構示意圖，試回答：　　 1．請以結構式寫法寫出高嶺石的化學式；　　 2．高嶺石屬于哪種硅酸鹽結構類型；　　 3．分析層的構成和層的堆積方向；　　 4．分析結構中的作用力；　　 5．根據其結構特點推測高嶺石具有什么性質。三. 簡答題：　　 ？　　 ？　　 3．燒結初期的特征是什么？　　 ？　　 ？它可憑哪些方式推動物質的遷移？　　 ？從熱力學角度來劃分，相變可以分為哪幾類？　 　四. 出下列缺陷反應式：　　 ；　　 （Ag+進入間隙）；　　 ，請寫出二個合理的方程，并判斷可能成立的方程是哪一種？再寫出每個方程的固溶體的化學式?！　?　 　五. 表面力的存在使固體表面處于高能量狀態，然而，能量愈高系統愈不穩定，那么固體是通過何種方式降低其過剩的表面能以達到熱力學穩定狀態的。　　 ，觀察尖晶石的形成，在恒定溫度下，第一個小時有20%的Al2O3起了反應，計算完全反應的時間：⑴用楊德方程計算；⑵用金斯特林格方程計算?！?　、聚合度及對稱性等與玻璃形成之關系?！?　D晶內？　 ?。抗に嚿先绾畏乐够蜓泳彾卧俳Y晶的發生？　 　，根據相圖回答下列問題：　　　1．寫出點P，R，S的成分；　　　2．設有2kgP，問需要多少何種成分的合金Z才可混熔成6kg成分為R的合金。 　 　，根據相圖回答下列問題：　　　1．在圖上劃分副三角形、用箭頭表示各條線上溫度下降方向及界線的性質；　　　2．判斷化合物D、F的性質；　　　3．寫出各三元無變量點的性質及其對應的平衡關系式；　　　4．寫出組成點G在完全平衡條件下的冷卻結晶過程；　　　5．寫出組成點H在完全平衡條件下的冷卻結晶過程，寫出當液相組成點剛剛到達E4點和結晶結束時各物質的百分含量（用線段比表示）。 試題二一、(1)（12分）根據CaTiO3晶胞圖（見圖1）回答下列問題：　　 　、DEG的晶面指數；晶向DF、HA的晶向指數。　　 　，寫出其配位多面體；　　 ?。亢畏N離子添何種空隙，空隙利用率是多少？　　 　，為什么？　　　　(2)（11分）圖2是鎂橄欖石(Mg2[SiO4])結構示意圖，試回答：　　　 1．鎂橄欖石屬于哪種硅酸鹽結構類型；　　 　2．計算說明O2的電價是否飽和；　　 　3．結構中有幾種配位多而體，各配位多面體間的連接方式怎樣?　　 　4．鎂橄欖石是否容易形成玻璃，為什么？ 圖1圖2　　 二、（10分）寫出下列缺陷反應式：　　 　。　　?。ˋg+進入間隙）　　 　，請寫出二個合理的方程，寫出固溶體的化學式，并判斷可能成立的方程是哪一種？　 　 三、（10分）判斷下列敘述是否正確？若不正確，請改正。　　　 ，熔體的粘度將降低?！　　?，所有擴散系統中，物質都是由高濃度處向低濃度處擴散?！　　?，反常長大是大晶粒吞食小晶粒?！　　?，一種物質以原子尺寸溶解在另一種物質中形成的單相均勻的固體?！　?　，二元凝聚系統最多可以3相平衡共存，它們是一個固相、一個液相和一個氣相。　　　四、（6分）什么叫弛豫表面？NaCl單晶表面具有什么樣的結構特點？　　　五、（6分）巳知Zn2+和Cr2+在尖晶石ZnCrO4中的自擴散系數與溫度的關系分別為　　　 　 　　 　　 　　　　+和Cr2+在尖晶石ZnCrO4中的擴散系數。　　　　，然后將這些壓制成型的樣品進行擴散退火。（標記物鉑絲非常細，不影響離子在不同氧化物之間的擴散）。根據所得數據判斷鉑絲將向哪一方向移動？　　　六、（6分）為什么在成核一生成機理相變中，要有一點過冷或過熱才能發生相變?什么情況下需過冷，什么情況下需過熱，各舉一個例子。　　　七、（6分）粒徑為1μ球狀Al2O3由過量的MgO微粒包圍，觀察尖晶石的形成，在恒定溫度下，第一個小時有20%的Al2O3起了反應，分別用揚德方程、金斯特林格方程計算完全反應的時間，對計算結果進行比較并說明為什么？　　　八、（6分）陶瓷材料中晶粒的大小與什么有關？工藝上如何控制晶粒尺寸（請列出三種途徑）？　　　九、（26分）圖3 是ABC三元系統相圖，根據相圖回答下列問題：　　　1．在圖上劃分副三角形、用箭頭表示各條界線上溫度下降方向及界線的性質；　　　2．判斷化合物D、M的性質；　　　3．寫出各三元無變量點的性質及其對應的平衡關系式；　　　4．寫出組成點G在完全平衡條件下的冷卻結晶過程；　　　5．寫出組成點H在完全平衡條件下進行加熱時，開始出現液相的溫度和完全熔融的溫度；寫出完全平衡條件下進行冷卻，結晶結束時各物質的百分含量（用線段比表示）。 試題三　　 一、根據CaTiO3晶胞圖（見圖1）回答下列問題（18）：　　　晶面BCGF、HAC的晶面指數；晶向DF、AH的晶向指數?！　　〗Y構中各離子的配位數為多少，寫出其配位多面體；　　　晶胞分子數是多少？何種離子添何種空隙，空隙利用率是多少？　　　計算說明O2的電價是否飽和；　　　結構中是否存在TiO32離子，為什么？ 圖 1　　 二、下列硅酸鹽礦物各屬何種結構類型（6）：　　　rCa2[Si04]， K[AISi3O8]， CaMg[Si2O6]，　　　Mg3[Si4O10](OH)2， Ca2Al[AlSiO7]， Ca2Mg5[Si4O11]（OH）2　　 三、寫出下列缺陷反應式（10）：　　　　(1) CaCl2溶人NaC1中形成空位型固溶體，并寫出固溶體的化學式；　　　　(2) NaCl形成肖脫基缺陷?！　　　?為什么間隙型固溶體不能形成無限固溶體？　　 四、硅酸鹽熔體的結構特征是什么？從Na2O—SiO系統出發，隨引入B2O3量的增加，系統的粘度如何變化，為什么？（10）　　 五、固體是如何降低系統的表面能的，為什么相同組成的固體的表面能總是高于液體的表面能？（8）　　 六、假定碳在α—Fe(體心立方)和γ—Fe（面心立方）中進行擴散，碳在α—、83600J/mol，碳在γ—，計算800℃時各自的擴散系數并解釋其差別。（6）　　 七、為什么在成核一生成機理相變中，要有一點過冷或過熱才能發生相變? 什么情況下需過冷，什么情況下需過熱，試證明之。（6）　　 八、如果要合成鎂鋁尖晶石，可供選擇的原料為Mg(OH)MgO、γAl2OαAl2O3，從提高反應速率的角度出發，選擇什么原料較好？請說明原因。（6）　　 九、下列過程中哪一個能使燒結體強度增大，而不產生坯體宏觀上的收縮? （6分）　　　(a)蒸發冷凝、 (b) 體積擴散、 (c)粘性流動、 (d)表面擴散、(e)溶解沉淀　　 十、圖2是ABC三元系統相圖，根據相圖回答下列問題（24）：　　　1．在圖上劃分副三角形、用箭頭表示各條界線上溫度下降方向及界線的性質；　　　2．判斷化合物SSS3的性質；　　　3．寫出各三元無變量點的性質及其對應的平衡關系式；　　　4．寫出組成點G在完全平衡條件下的冷卻結晶過程；　　　5．寫出組成為H的混合物在完全平衡條件下進行加熱時，開始出現液相的溫度和完全熔融的溫度；寫出組成H的混合物在完全平衡條件下進行冷卻，結晶結束時各物質的百分含量（用線段比表示）。試題四 一、填空題（210=20分）　　　依據（ ）之間關系的不同，可以把所有晶體的空間點陣劃歸為七類，即（ ）晶系、單斜晶系、（ ）晶系、三方晶系、正方晶系、六方晶系和（ ）晶系?！　　U散的基本推動力是（ ），一般情況下以（ ）等形式（列出一種即可）表現出來，擴散常伴隨著物質的（ ）。　　　晶面族是指（ ）的一組晶面，同一晶面族中，不同晶面的指數的（ ）相同，只是（ ）不同。　　　向MgO、沸石、TiO螢石中，加入同樣的外來雜質原子，可以預料形成間隙型固溶體的固溶度大小的順序將是（ ）?！　　Y過程可以分為（ ）三個階段，在燒結的中后期，與燒結同時進行的過程是（ ）。　　　液體表面能和表面張力數值相等、量綱相同，而固體則不同，這種說法（ 是/否 ）正確，因為（ ）?！　　●Y豫表面是指（ ），NaCl單晶的表面是（ ）?！　　∫话愕墓虘B反應包括（ ）兩個過程，化學動力學范圍是指（ ）。　　　從熔體結構角度，估計長石、輝石(MgO?SiO2)、鎂橄欖石三種礦物的高溫熔體表面張力大小順序（ ）。　　 刃性位錯的柏氏矢量與位錯線呈（ ）關系，而螺位錯兩者呈（ ）關系。　　 二、Zn2+在ZnS中擴散時，563℃時的擴散系數為31014cm2/sec，450℃1014cm2/sec,（10分）　　 求:(1) 擴散的活化能和D0；　　　　(2) 750℃時的擴散系數?！　?三、根據Mg2[SiO4]在(110)面的投影圖回答（10分）： 　　　　(1) 結構中有幾種配位多面體，各配位多面體間的連接方式怎樣?　　　　(2) O2的電價是否飽和? (3) 晶胞的分子數是多少?　　　　(4) Si4+和Mg2+所占的四面體空隙和八面體空隙的分數是多少?黑球：Si4+小白球：Mg2+大白球：O2圖 2　　 四、銅在過冷的液體中均勻形核，設晶胚為球狀，半徑為r。已知△Gv=—106J/cm3；液固界面的界面能為σ=；銅為面心立方結構，其點陣常數a=,1nm=107cm。（10分）　　 求:(1) 根據能量方程導出臨界晶核半徑r*的表達式，并計算其大?。弧　　　?2) 求出臨界晶核中的原子個數?！　?五、熔體結晶時（10分）：　　　　(1) 討論溫度對總結晶速率的影響；　　　　(2) 指出在哪一溫度范圍內對形成玻璃有利，為什么？　　 六、1．寫出下列缺陷方應方程式。（5分）　　　1）TiO2加入到A12O3中（寫出兩種）；　　　2）NaCl形成肖脫基缺陷。　　　2．畫出體心立方點陣的晶胞結構圖，并在圖中作出(112)晶面和 晶向。（5分）　　　3．實驗室要合成鎂鋁尖晶石，可供選擇的原料為Mg(OH)MgO、Al2O33H2O、γAl2OαAl2O3。從提高反應速率的角度出發，選擇什么原料較好？請說明原因。（5分）　　 七、如圖ABC三元系統相圖，根據相圖回答下列問題（25分）：　　　1．在圖上劃分副三角形、用箭頭表示各條界線上溫度下降方向及界線的性質；　　　2．判斷化合物F、G、H 的性質；　　　3．寫出各三元無變量點的性質及其對應的平衡關系式；　　　4．寫出組成點M1在完全平衡條件下的冷卻結晶過程；　　　5．寫出組成點M2在完全平衡條件下進行加熱時，開始出現液相的溫度和完全熔融的溫度；寫出完全平衡條件下進行冷卻，結晶結束時各物質的百分含量（用線段比表示）。圖二試題五一、填空題（1180。10=10分） 密排六方結構（等徑球堆積）單位晶胞中分子數是（），配位數是（）。 Fick擴散第二定律的一維表達式為（）。 當晶核劑和晶核具有（）時，對核化最有利。 廣義材料腐蝕是指材料由于（）而引起的破壞和變質過程。 燒結中后期所伴隨的（）等，決定了材料顯微結構的形成，也決定了材料最終的性質或性能。 固態物質的反應活性通常（），當反應物之一存在多晶轉變時則轉變溫度通常也是（）。 從熔融態向玻璃態轉化的過程是可逆的和漸變的，是在（）范圍內完成，無固定熔點。 刃位錯的柏氏矢量與位錯線呈（）關系。 二、晶體結構性質關系（20分） 根據下圖的螢石結構圖回答下列問題（14分）： 1）指出螢石結構中正負離子的堆積方式（兩種方式）； 2）寫出結構中正負離子的配位數及其配位多面體； 3）Ca2+離子的配位多面體之間是如何連接的？ 4）在結構圖中用△和▽標示相互平行的同號離子層，分析螢石晶體的解理性。 根據Si/O比例不同劃分硅酸鹽晶體結構類型。（6分）三、晶體結構缺陷（10分） 晶體A屬于體心立方空間點陣，若原子B溶入A晶格的頂點位置形成置換型固溶體（全部取代），那么其成分可能是AB還是AB3？為什么？(4分) Al2O3摻入到MgO中，請寫出二個合理的方程，并寫出對應的固溶體化學式(6分)。 　　　 四、從熔體結構角度，估計長石、輝石(MgOSiO2)、鎂橄欖石三種礦物的高溫熔體表面張力 大小順序，并分析它們形成玻璃的能力。（10分） 　　　 五、氧化鋁瓷件表面上涂銀后，燒到1000℃時，巳知γ(Al2O3，固)＝1J/m2；γ(Ag，液)＝；γ(Ag，液/Al2O3，固)＝J/m2，試問液態銀能否潤濕氧化鋁瓷件表面？可以用什么方法改善它們之間的潤濕性？請提出一種最有可能實現的措施。(6分) 根據威爾的表面雙電層理論，某些化合物表面可能由負離子組成，正離子被負離子所屏蔽。10－5J/cm2，10－4J/cm2，請判斷PbI2和CaF2的表面雙電層厚度的大小，并解釋產生的原因。(4分) 六、已知銅的熔點Tm＝1083℃，熔化熱△H＝1628J/cm3，固液界面能γ＝10－5J/cm2，銅為面心立方晶體，點陣常數a＝。（10分） 當液態金屬銅過冷至853℃進行均態形核時，求臨界晶核半徑和每個臨界晶核的原子數（設晶核為球形）。 若為非均態形核，求臨界球冠的原子數。（設形成球冠的高度為h＝，球冠體積，R為球冠半徑） 七、經過計算可知1000℃下氫在面心立方鐵中的擴散系數為＝10－4cm2/s，同等條件下鎳在面心立方鐵中的擴散系數為＝10－11cm2/s，＞＞，請對這種差別進行解釋。（5分） 八、實驗室要合成鎂鋁尖晶石，可供選擇的原料為MgCOMgO、α－Al2Oγ－Al2O3。從提高反應速率的角度出發，選擇什么原料較好？請說明原因。（5分） 九、如圖ABC三元系統相圖，根據相圖回答下列問題（20分）： 在圖上劃分副三角形、用箭頭表示各條界線上溫度下降方向及界線的性質； 判斷化合物D的性質； 寫出各三元無變量點的性質及其對應的平衡關系式； 寫出組成點M1在完全平衡條件下的冷卻結晶過程，結晶結束時各物質的百分含量（用線