材料科學基礎試題及答案

1、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(shù)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(shù)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。二. 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(jù)其結構特點推測高嶺石具有什么性質。三. 簡答題： 1.晶體中的結構缺陷按幾何尺寸可分為哪幾類

2、？ 2.什么是負擴散？ 3燒結初期的特征是什么？ 4.硅酸鹽晶體的分類原則是什么？ 5.燒結推動力是什么？它可憑哪些方式推動物質的遷移？ 6.相變的含義是什么？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： 1.NaCl形成肖特基缺陷； 2.AgI形成弗侖克爾缺陷（Ag+進入間隙）； 3.TiO2摻入到Nb2O3中，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。 4.NaCl溶入CaCl2中形成空位型固溶體 五. 表面力的存在使固體表面處于高能量狀態(tài)，然而，能量愈高系統(tǒng)愈不穩(wěn)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(wěn)定狀

3、態(tài)的。 六.粒徑為1的球狀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，計算完全反應的時間：用楊德方程計算；用金斯特林格方程計算。 七.請分析熔體結構中負離子團的堆積方式、聚合度及對稱性等與玻璃形成之關系。 八.試從結構和能量的觀點解釋為什么D晶界D晶內？ 九.試分析二次再結晶過程對材料性能有何影響？工藝上如何防止或延緩二次再結晶的發(fā)生？ 十.圖3是A-B-C三元系統(tǒng)相圖，根據(jù)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。 十一.圖4是A-B-C三元系統(tǒng)相圖，根據(jù)

4、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(jù)CaTiO3晶胞圖（見圖1）回答下列問題： 1.晶面BCGF、DEG的晶面指數(shù)；晶向DF、HA的晶向指數(shù)。 2.結構中各離子的配位數(shù)為多少，寫出其配位多面體； 3.晶胞分子數(shù)是多少？何種離子添何種空隙，空隙利用率是多少？ 4.結構中是否存在T

5、iO32-離子，為什么？(2)（11分）圖2是鎂橄欖石(Mg2SiO4)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： 1.NaCl形成肖脫基缺陷。2.AgI形成弗倫克爾缺陷（Ag+進入間隙） 3.TiO2摻入到Nb2O3中，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。 1.Na2O-SiO2系統(tǒng)中隨SiO2含量的增加，熔體的粘

6、度將降低。 2.擴散的推動力是濃度梯度，所有擴散系統(tǒng)中，物質都是由高濃度處向低濃度處擴散。 3.晶粒正常長大是小晶粒吞食大晶粒，反常長大是大晶粒吞食小晶粒。 4.固溶體是在固態(tài)條件下，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。 5.在熱力學平衡條件下，二元凝聚系統(tǒng)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(shù)與溫度的關系分別為 1.試求1403K時Zn2+和Cr2+在尖晶石ZnCrO4中的擴散系數(shù)。2.將細鉑絲涂在兩種氧化物ZnO和C

7、r2O3的分界線上，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(jù)所得數(shù)據(jù)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(fā)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1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A-

8、B-C三元系統(tǒng)相圖，根據(jù)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(xiàn)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(jù)CaTiO3晶胞圖（見圖1）回答下列問題（18）：1、晶面BCGF、HAC的晶面指數(shù)；晶向DF、AH的晶向指數(shù)。2、結構中各離子的配位數(shù)為多少，寫出其配位多面體；3、晶胞分子數(shù)是多少？何種離子添何種空隙

9、，空隙利用率是多少？4、計算說明O2-的電價是否飽和；5、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）：r-Ca2Si04， KAISi3O8， CaMgSi2O6，Mg3Si4O10(OH)2， Ca2AlAlSiO7， Ca2Mg5Si4O11（OH）2 三、1、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。 2、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Na2OSiO系統(tǒng)出發(fā)，隨引入B2O3量的增加，系統(tǒng)的粘度如何變化，為什么

10、？（10） 五、固體是如何降低系統(tǒng)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Fe(體心立方)和Fe（面心立方）中進行擴散，碳在Fe中的D0和擴散活化能為0.0079、83600J/mol，碳在Fe中的D0和擴散活化能為0.21和141284J/mol，計算800時各自的擴散系數(shù)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(fā)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)2、MgO、-Al2O3、-Al2O3，從提高反應速率的角度出發(fā)，選擇什么原料較好？

11、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(fā)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A-B-C三元系統(tǒng)相圖，根據(jù)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S1、S2、S3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(xiàn)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

12、量（用線段比表示）。試題四 一、填空題（210=20分）1、依據(jù)（ ）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。2、擴散的基本推動力是（ ），一般情況下以（ ）等形式（列出一種即可）表現(xiàn)出來，擴散常伴隨著物質的（ ）。3、晶面族是指（ ）的一組晶面，同一晶面族中，不同晶面的指數(shù)的（ ）相同，只是（ ）不同。4、向MgO、沸石、TiO2、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（ ）。5、燒結過程可以分為（ ）三個階段，在燒結的中后期，與燒結同時進行的過程是（ ）。6、液

13、體表面能和表面張力數(shù)值相等、量綱相同，而固體則不同，這種說法（ 是/否 ）正確，因為（ ）。7、馳豫表面是指（ ），NaCl單晶的表面是（ ）。8、一般的固態(tài)反應包括（ ）兩個過程，化學動力學范圍是指（ ）。9、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（ ）。 10、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(shù)為310-14cm2/sec，450時的擴散系數(shù)為1.010-14cm2/sec,（10分） 求:(1) 擴散的活化能和D0；(2) 750時的擴散系數(shù)。 三、根

14、據(jù)Mg2SiO4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(shù)是多少?(4) Si4+和Mg2+所占的四面體空隙和八面體空隙的分數(shù)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=3.6106J/cm3；液固界面的界面能為=0.15J/cm2；銅為面心立方結構，其點陣常數(shù)a=0.361nm,1nm=10-7cm。（10分） 求:(1) 根據(jù)能量方程導出臨界晶核半徑r*的表達式，并計算其大?。?2) 求出臨界晶核中的

15、原子個數(shù)。 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)2、MgO、Al2O33H2O、-Al2O3、-Al2O3。從提高反應速率的角度出發(fā)，選擇什么原料較好？請說明原因。（5分） 七、如圖A-B-C三元系統(tǒng)相圖，根據(jù)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

16、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(xiàn)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（110=10分） 1、密排六方結構（等徑球堆積）單位晶胞中分子數(shù)是（），配位數(shù)是（）。 2、Fick擴散第二定律的一維表達式為（）。 3、當晶核劑和晶核具有（）時，對核化最有利。 4、廣義材料腐蝕是指材料由于（）而引起的破壞和變質過程。 5、燒結中后期所伴隨的（）等，決定

17、了材料顯微結構的形成，也決定了材料最終的性質或性能。 6、固態(tài)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（）。 7、從熔融態(tài)向玻璃態(tài)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。 8、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） 1、根據(jù)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(shù)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。 2、根據(jù)Si/O比例不同劃分硅酸鹽晶體

18、結構類型。（6分）三、晶體結構缺陷（10分） 1、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) 2、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、1、氧化鋁瓷件表面上涂銀后，燒到1000時，巳知(Al2O3，固)1J/m2；(Ag，液)0.92J/m2；(Ag，液/Al2O3，固)1.77J/m2，試問液態(tài)銀能否潤濕氧化鋁瓷件表

19、面？可以用什么方法改善它們之間的潤濕性？請?zhí)岢鲆环N最有可能實現(xiàn)的措施。(6分) 2、根據(jù)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。已知PbI2的表面能為1.3105J/cm2，CaF2的表面能為2.5104J/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Tm1083，熔化熱H1628J/cm3，固液界面能1.77105J/cm2，銅為面心立方晶體，點陣常數(shù)a0.3615nm。（10分） 1、當液態(tài)金屬銅過冷至853進行均態(tài)形核時，求臨界晶核半徑和每個臨界晶核的原子數(shù)（設晶核為球形）。 2、若為非均態(tài)形核，

20、求臨界球冠的原子數(shù)。（設形成球冠的高度為h0.2R，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(shù)為1.08104cm2/s，同等條件下鎳在面心立方鐵中的擴散系數(shù)為4.271011cm2/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MgCO3、MgO、Al2O3、Al2O3。從提高反應速率的角度出發(fā)，選擇什么原料較好？請說明原因。（5分） 九、如圖A-B-C三元系統(tǒng)相圖，根據(jù)相圖回答下列問題（20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D的性質； 3、寫出各三元無變量點的性

21、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，結晶結束時各物質的百分含量（用線段比表示）； 5、寫出組成點M2在完全平衡條件下的冷卻結晶過程，在M2熔體的液相組成點剛剛到達J1時，求其相組成（用線段比表示）。在J1的反應哪個晶相先消失，為什么？ 試題一答案 一、1：4； 2：O2-離子做面心立方密堆積，Na+填全部四面體空隙； 3：=4CN O2-=8 NaO4ONa8； 4：O2-電價飽和，因為O2-的電價=（Na+的電價/Na+的配位數(shù)）O2的配位數(shù)； 5：二、1：Al4Si4O10(OH)8；2：單網層狀結構；3：一層硅氧層一層水鋁石層且沿C軸方向堆積；4：

22、層內是共價鍵，層間是氫鍵；5：片狀微晶解理。三、1：點缺陷，線缺陷，面缺陷；2：由低濃度向高濃度的擴散；3：坯體間顆粒重排，接觸處產生鍵合，大氣孔消失，但固-氣總表面積變化不大；4：按硅氧比值分類或按硅氧聚和體的大小分類；5：表面能的降低，流動傳質、擴散傳質、氣相傳質和溶解-沉淀傳質；6：隨自由能的變化而發(fā)生的相的結構的變化，一級相變、二級相變和三級相變。四、 1：OVNa +VCl 2：AgAgAgi+VAg 3：3TiO23TiNb+VNb+6OO2TiO22TiNb+Oi+3O0Nb2-xTi3xO3可能成立Nb2-2xTi2xO3+x 4：NaClNaCa+ClCl+VCl五、一是通過

23、表面質點的極化、變形、重排來降低表面能，二是通過吸附來降低表面能。 1：t=195h2：t=68h七、當O/Si由24時，熔體中負離子團的堆積形式由三維架狀轉化為孤立的島狀，負離子團的聚合度相應的降至最低。一般情況下，熔體中負離子團的聚合度越高，特別是形成三維架狀的空間網絡時，這些大的聚合離子團位移、轉動、重排都比較困難，故質點不易調整成規(guī)則排列的晶體結構，易形成玻璃。熔體中負離子團的對稱性越好，轉變成晶體越容易，則形成玻璃愈難，反之亦然。八、晶界上質點排列結構不同于內部，較晶體內疏松，原子排列混亂，存在著許多空位、位錯、鍵變形等缺陷，使之處于應力畸變狀態(tài)，具有較高能量，質點在晶界遷移所需活化

24、能較晶內為小，擴散系數(shù)為大。九、二次再結晶出現(xiàn)后，由于個別晶粒異常長大，使氣孔不能排除，坯體不在致密，加之大晶粒的晶界上有應力存在，使其內部易出現(xiàn)隱裂紋，繼續(xù)燒結時坯體易膨脹而開裂，使燒結體的機械、電學性能下降。工藝上常采用引入適當?shù)奶砑觿詼p緩晶界的移動速度，使氣孔及時沿晶界排除，從而防止或延緩二次再結晶的發(fā)生。十、 PRSZA2010455B10604585C70301010十一、略試題二答案 一、(1)1、（010）（111） 111101；(4分)3、1；Ti4+添八面體空隙，八面體空隙利用率1/4，四八面體空隙全；(3分)4、否，因為Ti4+和O2-間沒有明顯的共價鍵成分。(2分)

25、 (2)1、島狀結構；(1分)；2、O2-與一個SiO4、三個 MgO6配位：4/41+263=2= O2-的電價，O2-的電價(2分)；3、結構中有兩種配位多面體SiO4、MgO6 (2分)；SiO4呈孤立的島狀，中間被MgO6隔開，SiO4與 MgO6之間共頂或共棱連接，同層的MgO6之間共棱、不同層的MgO6之間共頂連接；(4分)4、不易，因為鎂橄欖石的Si/O=1/4，最低，網絡連接程度弱，結構中絡陰離子團尺寸小，遷移阻力小，熔體的粘度低，冷卻過程中結構調整速率很快。(2分)二、寫出下列缺陷反應式（10）：1、O?VNa +VCl2、AgAgAAi+VAg3、3TiO23TiNb+VN

26、b+6O0 2TiO22TiNb+Oi+3O0Nb2-xTi3xO3可能成立Nb2-2xTi2xO3+x三、1(2分)粘度增加；2(2分)擴散也可以從低濃度向高濃度進行；3(2分)都是晶界移動的結果。正常長大是晶粒平均尺寸增加，反常長大是個別大晶粒尺寸異常增加。4(2分)正確5(2分)兩個固相和一個液相四、表面上的原子產生相對于正常位置的上、下位移，稱為表面弛豫。(2分)NaCl單晶中處于表面層的負離子只受到上下和內側正離子的作用，而外側是不飽和的。電子云將被拉向內側的正離子一方而變形，使該負離子誘導成偶極子。這樣就降低了晶體表面的負電場。接著，表面層離子開始重排以使之在能量上趨于穩(wěn)定。為此，

27、表面的負離子被推向外側，正離子被拉向內側從而形成了表面雙電層。(4分)五、 (2分)(2分)因為,所以鉑絲向Cr2O3方向移動。(2分)六、由熱力學可知，在等溫、等壓下有在平衡條件下，則有式中：0是相變的平衡溫度；為相變熱。若在任意溫度的不平衡條件下，則有若與不隨溫度而變化，將上式代入上式得：可見，相變過程要自發(fā)進行，必須有，則。(1)若相變過程放熱（如凝聚、結晶等）。要使，必須有，即，這表明系統(tǒng)必須“過冷”。(2)若相變過程吸熱（如蒸發(fā)、熔融等），要滿足這一條件則必須，即，這表明系統(tǒng)要自發(fā)相變則必須“過熱”。七、揚德方程1（1G）1/32=K4t t=194.6h(2分)金斯特林格方程12/

28、3G（1-G）2/3=K6t t=68.1t=68.1(2分)揚德方程假設反應過程中擴散截面不變，而金斯特林格方程考慮了反應中擴散截面的變化。隨反應的進行，反應物體積減小，擴散截面變小，所需反應時間要比揚德假設所計算出的時間短。(2分)八、陶瓷材料中晶粒的大小與物料的原始粒度、燒結溫度和時間等因素有關；(3分)控制晶粒尺寸方法：控制原始粒度均勻細小，控制燒結溫度和時間，添加劑等。(3分)九、1、見圖，付三角形3分，界線性質1分，界線上溫度降低的方向4.5分； 2、D，一致熔融二元化合物，高溫穩(wěn)定、低溫分解；(1.5分) M，不一致熔融三元化合物；（1分）3、（4分）E1，單轉熔點，E2，低共熔

29、點，E3，單轉熔點，E4，過渡點，4、（6分）L (結晶結束)S （產物C+B+M）5、E2溫度（1分），H點所在溫度（1分）；過H點做副三角形BCM的兩條邊CM、BM的平行線HH1、HH2，C%=BH2/BC100%，B%=CH1/BC100%，C%=H1H2/BC100%（3分）。試題三答案一、1 （100） （111） 111 0-11 各1分2 CNTi4+=6 TiO6 CNCa2+=12 CaO12 CNO2-=6 OTi2Ca4 各1分3 Z=1(1分) Ti4+ (1分)占據(jù)1/4八面體空隙(1分)4 因為：Z+=2/12*4+4/6*2=2=Z- 所以：飽和 (3分)5 不存

30、在，因為是復合氧化合物。(2分)二、島狀、架狀、鏈狀、層狀、組群狀、鏈狀 各1分三、（1）CaCl2VNa+2ClCl+CaNa(2分) NaC1-2xCaxCl(1分)（2）OVNa +VCl(2分)（3）一是因為晶體中的間隙位置有限，二是因為間隙質點超過一定的限度會不破壞晶體結構的穩(wěn)定性。四、SiO4為基本結構單元，四面體組成形狀不規(guī)則大小不同的聚合力子團，絡陰離子團之間依靠金屬離子連接。（4分）；從Na2OSiO2系統(tǒng)出發(fā)，隨引入B2O3量的增加， BO3與游離氧結合，轉變?yōu)锽O4，使斷裂的網絡重新連接，系統(tǒng)粘度增加（3分）；繼續(xù)引入B2O3，B2O3以層狀或鏈狀的BO3存在，系統(tǒng)的粘度

31、降低（3分）。五、固體表面通過表面質點的極化、變形、重排降低固體的表面能（3分）；液體分子可自由移動，通過形成球形表面來降低表面能（2分）；固體質點不能自由移動，只能通過表面質點的極化、變形、重排降低表面能，因此表面能總是高于同組成的液體的表面能（3分）。六、由公式D=D0exp(-Q/RT)；（1分）計算D=6.72*10-7；（1分） D=2.7*10-8（1分）；DD；（1分）因為體心結構較面心結構疏松（2分）。七、由熱力學可知,在等溫、等壓下有 在平衡條件下, =0，則有 式中： 0是相變的平衡溫度； 為相變熱。若在任意溫度T 的不平衡條件下，則有 若 與 不隨溫度而變化，將上式代入上

32、式得： 可見，相變過程要自發(fā)進行，必須有0,則0 。（3） 若相變過程放熱（如凝聚、結晶等）0。要使0，即T0T，這表明系統(tǒng)必須“過冷”。（4） 若相變過程吸熱（如蒸發(fā)、熔融等）0,要滿足0這一條件則必須0，即T0螢石TiO2MgO。5. 燒結初期、燒結中期和燒結后期，再結晶和晶粒長大。6. 是，固體質點不能自由移動。7. 在垂直于表面的方向上原子間距不同于該方向上晶格內部原子間距的表面，馳豫表面。8. 相界面上的化學反應和反應物通過產物層的擴散，相界面上的化學反應速率遠小于反應物通過產物層的擴散速率。9. 鎂橄欖石輝石長石。10. 垂直 平行。二、（10分）解：(1) D=D0exp(-Q/

33、RT) 2分T=563+273=836K時，D=310-14cm2/s 2分T=450+273=723K時，D=1.010-14cm2/s 2分代入上式可求 Q=48875J，D0=0.3410-11cm2/s 2分(2) D=D0exp(-Q/RT) =1.110-14 cm2/s 2分三、（10分）解：（1）有兩種配位多面體，SiO4，MgO6，同層的MgO6八面體共棱，如59MgO6和49MgO6共棱75O2-和27O2-，不同層的MgO6八面體共頂，如1MgO6和51MgO6共頂是22O2-，同層的MgO6與SiO4共頂，如TMgO6和7SiO4共頂22O2-，不同層的MgO6與SiO

34、4共棱，TMgO6和43SiO4共28O2-和28O2-；2.5分（3）z=4(2.5分)；（4）Si4+占四面體空隙=1/8，Mg2+占八面體空隙=1/2。（2.5分） 四、 1、 GGV 令 則 已知：GV3.6106J/cm3；0.15 J/cm2 8.33108cm（5分） 2、個 （5分）五、1如右圖，I表示核化速率，u表示晶化速率（5分）； 2在陰影部分以外的溫度對形成玻璃有利，因為此時核化速率與晶化速率都較小或只存在一種情況（5分）。六、1 1）（2分） （2分） 2）（1分） 2 體心立方點陣的晶胞結構圖 （2分）， (112)晶面和 晶向 （各1.5分）。 3 選擇Mg(OH

35、)2、-Al2O3；因為反應活性高，結構不穩(wěn)定。（3+2）七、1、見圖；（6分） 2、G，一致熔融二元化合物； F，不一致熔融二元化合物；H，不一致熔融三元化合物 （3分） 3、E1，單轉熔點， E2，低共熔點， E3，低共熔點， E4，單轉熔點， E5，單轉熔點， E6，多晶轉變點，（6分） 4、 L： (結晶結束)（B消失）（4分） S： （產物A+F+H） （2分） 5、E2溫度，M2點所在溫度；過M2點做副三角形CGH的 兩條邊GH、GC的平行線M2X、M2Y，C%=YH/HC100%， H%=CX/HC100%，G%=XY/HC100%。（4分）試題五答案一、填空題（110=10分）

36、1. 6 ，12 。2. 。3. 結構相同或相似，或具有相似的原子排列，或接觸角為0，或接觸角較小。4. 環(huán)境的作用。5. 晶粒長大和再結晶。6. 較低，速度較慢；反應開始明顯進行的溫度或較高。7.一定的溫度。8. 垂直。二、晶體結構分析（20分）1、 1）Ca2+面心立方堆積，簡單立方堆積；（4分）2） 鈣的配位數(shù)為8，CaF8立方體；F的配位數(shù)為4，F(xiàn)Ca4四面體；（4分）3） CaF8立方體之間共棱（共用2個頂點）連接；（2分）4） 見圖（1分），平行（111）面存在同號離子層，外力作用下沿平行（111）面方向有解理現(xiàn)象（3分）。2、Si/O=1/2，架狀結構；Si/O=4/10，層狀結

37、構；Si/O=4/11，雙鏈結構；Si/O=2/6，單鏈結構；Si/O=2/7，組群狀（雙四面體）結構；Si/O=2/7，組群狀（雙四面體）結構；Si/O=1/3，組群狀（環(huán)狀）結構；Si/O=1/4，島狀結構；（6分）三、晶體結構缺陷（10分）1、都不對(2分)。若B進入頂點位置，則形成固溶體化學式為，簡化后得， x取1到8的整數(shù)，全部取代頂點位置的質點，得AB(4分)2、間隙型固溶體： (2分)Al2xMg12xO1x或 Al2xMg22xO2x (1分)置換型固溶體： (2分) Al2xMg13xO或Al2xMg33xO3 (1分)四、（10分）長石輝石(MgOSiO2) CaF2(2分

38、)。與Ca2和F相比，Pb2與I具有較大的極化性能，因此表面雙電層的厚度較厚(2分)。六、（10分）1、Tm10831356K 1分 T1356（853273）230K 1分 2分 （個） 2分2、R*r*1.28107cm 1分 h0.2R*=0.21.28107=0.256107cm 1分 1分 （個） 1分七、（5分）固溶體類型不同，擴散機制不同，導致擴散系數(shù)差別很大。1分氫在面心立方鐵中形成間隙固溶體，按間隙擴散機制進行擴散，其擴散活化能比較小，故擴散系數(shù)大； 2分而鎳在面心立方鐵中形成置換固溶體，按空位擴散機制進行擴散，其擴散活化能比較大，故擴散系數(shù)小。2分或答原子半徑小，在相同的擴

39、散基質中進行擴散，阻力小，活化能低，擴散系數(shù)大。（5分）八、（5分）選擇MgCO3、Al2O3較好。 3分MgCO3在加熱到350400分解為MgO和CO2，具有比較高的反應活性； 1分Al2O3在加熱到950時轉變?yōu)锳l2O3，由于發(fā)生晶格重排，會使晶格活化，具有比較高的反應活性。 1分九、（20分）1 見圖。三個副三角形，各0.5分，計1.5分；溫降箭頭和性質各0.5分，計3分。合計4.5分；2 不一致熔融二元、低溫穩(wěn)定高溫分解的化合物，各0.5分，合計1.5分；3 E：三元低共熔點 J1：過渡點 J2：單轉熔點 各1分，合計3分； 4（液相消失，結晶結束，產物C+B+D），3分。B%=x

40、y/CD, C%=yD/CD, B%=Cx/CD，1.5分。合計4.5分5（液相消失，結晶結束，產物C+B+D），3分。L%=fM2/f J1, A%= J1M2/f J1*Bf/AB, B%= J1M2/f J1*Af/AB，1.5分。A先消失，因為此時系統(tǒng)中A與B的比小于化合物D中A與B的比，2分。合計6.5分。武漢理工大學材料科學基礎考試大綱第一部分考試說明一、考試性質材料科學基礎是材料學科的專業(yè)基礎課，著重研究材料的成分、加工方法與材料的組織、性能之間的關系以及其變化規(guī)律，它是如何發(fā)揮材料潛力使用好現(xiàn)有材料和研究開發(fā)新材料的理論基礎，也是學習材料學科專業(yè)課的先行課程，所以設立為材料學科

41、專業(yè)碩士研究生的入學專業(yè)基礎考試課程。二、考試的學科范圍考查的詳細要點見第二部分。知識面要全面兼顧，重點在于基礎。三、評價目標對材料科學基礎的基本理論掌握，應用基本理論分析常見的工程現(xiàn)象的能力。分析問題要求文字語言通順，層次清楚；回答問題要求要點明確，即提出論點，指明方向，簡要說明理由；計算題要有明確原理，原始數(shù)據(jù)來源，準確的結果，合理的計量單位。四、考試形式與試卷結構考試時間180分鐘，采用閉卷筆試。題形為問答方式的分析和論述題，含通用的計算內容。按題目內容分小題按要點記分。五、參考書目側重公有的基礎理論，不限書目。可以為任何90年后出版的材料專業(yè)的教科書。例如西安交大石德柯等編材料科學基礎

42、，清華潘金生等編材料科學基礎，哈工大李超編金屬學原理，中南礦冶曹明盛編物理冶金基礎等等。第二部分考查要點一、材料的晶體結構名詞概念晶體與非晶體晶格與晶胞晶向指數(shù)與晶面指數(shù)體心立方面心立方密排六方內容要求1晶胞中晶向指數(shù)與晶面指數(shù)表示方法，即指數(shù)與圖形對應關系。2金屬中常見三種典型晶型的原子位置、單胞中原子數(shù)、致密度、配位數(shù)、密排面與密排方向。3立方晶系中方向指數(shù)的夾角和晶面間距。二、晶體缺陷名詞概念單晶體與多晶體晶粒與晶界點缺陷線缺陷面缺陷空位位錯柏氏矢量刃型位錯和螺型位錯滑移與攀移內容要求1定性說明晶體平衡時為什么存在一定的空位濃度。2簡單立方晶系中刃型位錯和螺型位錯原子模型，及其對應的柏氏

43、矢量。3位錯滑移運動的條件及其結果。4晶體中的界面形式、界面能及其對晶粒形貌的影響。三、材料的相結構名詞概念固溶體與化合物電子濃度內容要求1固溶體有哪些類型，影響固溶體溶解度的因素。2材料中的化合物有哪些類型，及其它們的主要形成條件。四、相圖名詞概念合金組元相、組織、組織組成物固溶體與化合物勻晶、共晶、包晶、共析轉變杠桿定律枝晶偏析 鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體、萊氏體碳鋼與白口鑄鐵 成分三角形連接線連接三角形等溫截面圖垂直截面圖內容要求1閱讀二元相圖，已知部分相區(qū)確定相鄰相區(qū)，確定雙相區(qū)和三相區(qū)的冷卻轉變類型和反應式，分析合金冷卻時的相變過程及對應的冷卻曲線。2根據(jù)相圖(含勻晶、共晶、包晶

44、、共析、包析綜合)分析相和組織轉變過程，用杠桿定律定律計算平衡轉變時相組成和組織組成物的相對含量。3快速冷卻對不同類型轉變將會帶來那些影響。4記住FeFe3C平衡相圖及相關點的成分和溫度，分析相和組織轉變過程，計算平衡轉變時相組成和組織組成物的相對含量。認識或繪制室溫組織示意圖。5三元系的成分表示方法，即成分點和成分值的對應。2三相平衡區(qū)和四相平衡區(qū)空間結構特點和截面圖中的形狀及區(qū)的相鄰關系。降溫過程發(fā)生的轉變類型。3看懂較簡單的基本三元相圖的平面圖。五、材料的凝固名詞概念凝固與結晶形核與長大形核率與長大速度 溶質分配系數(shù)成分過冷內容要求1結晶的一般過程是怎樣的，均勻形核和非均勻形核的主要差別

45、，為什么晶核需要一定的臨界尺寸。2金屬型材料結晶過程中晶體的長大方式與溫度分布的關系。3控制晶粒尺寸和凝固體組織的方法，及其用凝固理論的解釋。4什么是成分過冷，它的形成原因、影響因素以及對固溶體凝固組織的影響。六、材料的塑性變形與回復再結晶名詞概念塑性變形屈服滑移、滑移系、滑移面、滑移方向孿生加工硬化變形織構回復、再結晶再結晶溫度熱加工內容要求1金屬塑性變形的基本過程與方式。2面心立方和體心立方晶系的滑移系及外力作用下的首開滑移系。3塑性變形后的組織、性能的變化。什么是加工硬化，產生原因及工程意義。4利用位錯的基本理論說明滑移方式塑性變形的若干現(xiàn)象。5回復和再結晶時發(fā)生了哪些變化，它們給材料的

46、組織、性能哪些影響。6再結晶和凝固結晶有哪些相同和不同的地方，為什么再結晶過程不是相變。7影響再結晶后晶粒尺寸的因素及其控制。七、固體中的擴散名詞概念擴散與擴散系數(shù)間隙擴散與代位擴散上坡擴散與反應擴散柯肯達爾效應內容要求1菲克第二定律的誤差函數(shù)解的形式，及其在工程中的應用計算。2影響擴散系數(shù)的因素有那些，對其原因和方向能進行基本說明。3利用熱力學原理解釋上坡擴散與反應擴散。八、固態(tài)相變名詞概念固態(tài)相變擴散型相變馬氏體型相變內容要求1固態(tài)相變有哪些類型，與凝固過程相比有那些特點。2什么是擴散型相變? 什么是馬氏體型相變? 各自發(fā)生的條件和轉變特點。材料科學基礎習題解析1、略。2、解：（1）h:k

47、:l=1/2:1/3:1/6=3:2:1,該晶面的米勒指數(shù)為（321）；（2）（321）3、略。4、略。5、解：MgO為NaCl型，O2-做密堆積，Mg2+填充空隙。rO2- =0.140nm，rMg2+=0.072nm，z=4，晶胞中質點體積：(4/3r O2-3+4/3rMg2+ 3)4，a=2(r+r-)，晶胞體積=a3，堆積系數(shù)=晶胞中MgO體積/晶胞體積=68.5%，密度=晶胞中MgO質量/晶胞體積=3.49g/cm3。6、解：體心：原子數(shù) 2，配位數(shù) 8，堆積密度 55.5%； 面心：原子數(shù) 4，配位數(shù) 6，堆積密度 74.04%； 六方：原子數(shù) 6，配位數(shù) 6，堆積密度 74.04%。7、解：u=z1z2e2N0A/r0(1-1/n)/40，e=1.60210-19，0=8.85410-12，N0=6.0221023，NaCl：z1=1，z2=1，A=1.748，nNa+=7，nCl-=9，n=8，r0=2.81910-10m，u NaCl=752KJ/mol；MgO：z1=2，z2=2，A=1.748，nO2-=7，nMg2+=，n=7，r0=2.1010m，uMgO=392KJ/mol；uMgO uNaCl，MgO的熔點高。8、略。9、解：設球半徑為a，則球