無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)試卷(共3頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)試卷二一、名詞解釋（20分）（8*2.5分）刃位錯、類質(zhì)同晶、對稱型、弗倫克爾缺陷、均勻成核、不穩(wěn)定擴(kuò)散、一致熔融化合物、二次再結(jié)晶刃位錯：柏格斯矢量與位錯線垂直的位錯。類質(zhì)同晶：物質(zhì)結(jié)晶時，其晶體結(jié)構(gòu)中本應(yīng)由某種離子或原子占有的配位位置，一部分被介質(zhì)中性質(zhì)相似的它種離子或原子占有，共同結(jié)晶成均勻的呈單一相的混合晶體，但不引起鍵性或晶體結(jié)構(gòu)型式發(fā)生質(zhì)變的現(xiàn)象稱為類質(zhì)同晶。對稱型，是指宏觀晶體中對稱要素的集合。弗倫克爾缺陷：正常晶格上的原子進(jìn)入晶格間隙形成填隙原子，在原來的位置上形成空位。均勻成核：晶核從均勻的單相熔體中產(chǎn)生的過程。 不穩(wěn)定擴(kuò)散：擴(kuò)散物質(zhì)

2、在擴(kuò)散層dx內(nèi)的濃度隨時間而變化，即dc/dt0。這種擴(kuò)散稱為不穩(wěn)定擴(kuò)散 一致熔融化合物：是一種穩(wěn)定的化合物。它與正常的純物質(zhì)一樣具有固定的熔點(diǎn)，熔化時，所產(chǎn)生的液相與化合物組成相同，故稱一致熔融化合物。 二次再結(jié)晶：少數(shù)巨大晶粒在細(xì)晶消耗時成核長大過程。二、 問答題（70分）1、 說明熔體中聚合物形成過程？從結(jié)構(gòu)上來說明在SiO2熔體中隨著Na2O加入量的不同，熔體粘度、形成玻璃能力如何變化，為什么? （6分）答：熔體中聚合物形成分三個階段。初期：主要是石英顆粒的分化；中期：縮聚并伴隨變形；后期：在一定時間和一定溫度下，聚合和解聚達(dá)到平衡。（3分） 在SiO2熔體中隨著Na2O加入量的增加，

3、分化的不斷進(jìn)行，熔體中高聚合度的聚合物的含量不斷減少，低聚合度的聚合物的含量不斷增加，導(dǎo)致熔體粘度降低、形成玻璃能力下降。（3分）2、用NaCl和NH4Cl分別稀釋同一種黏土泥漿，當(dāng)電解質(zhì)加入量相同時，試比較兩種泥漿下列性質(zhì)的差異。（6分）（1）泥漿的流動性 （2）泥漿的觸變性 （3）泥漿的可塑性 （4）坯體的致密度 （5）黏土的電位 （6）泥漿的流動性答：（1）泥漿的流動性 NaCl> NH4Cl （2）泥漿的觸變性 NaCl< NH4Cl（3）泥漿的可塑性 NaCl< NH4Cl （4）坯體的致密度 NaCl> NH4Cl（5）黏土的電位 NaCl> NH4C

4、l（6）泥漿的流動性 NaCl> NH4Cl3、硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)分類依據(jù)是什么？可分為哪幾類，每類的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是什么？（9分）答：硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)分類依據(jù)是：結(jié)構(gòu)中硅氧四面體的連接方式。（1.5分）可分為島狀：硅氧四面體孤立存在；（1.5分）組群狀：硅氧四面體以兩個、三個、四個或六個，通過共用氧相連成硅氧四面體群體，群體之間由其它陽離子連接；（1.5分）鏈狀：硅氧四面體通過共用氧相連，在一維方向延伸成鏈狀，鏈與鏈之間由其它陽離子連接；（1.5分）層狀：硅氧四面體通過三個共用氧在兩維平面內(nèi)延伸成硅氧四面體層；（1.5分）架狀：每個硅氧四面體的四個頂角都與相鄰的硅氧四面體共頂，形成三維空間結(jié)構(gòu)。（

5、1.5分）4、對比不穩(wěn)分解和均勻成核成長這兩種相變過程。討論熱力學(xué)和動力學(xué)特性以及過冷度和時間對產(chǎn)物組織的影響。如何用實驗方法區(qū)分這兩種過程？在玻璃工業(yè)中，分相有何作用？請舉例說明。（9分）答：不穩(wěn)分解：在此區(qū)域內(nèi)，液相會自發(fā)分相，不需要克服熱力學(xué)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(xù)變化。在不穩(wěn)分解分相區(qū)內(nèi)，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(jié)構(gòu)。（4分）成核-生成：在此區(qū)域內(nèi)，在熱力學(xué)上，系統(tǒng)對微小的組成起伏是亞穩(wěn)的，形成新相需要做功，即存在成核勢壘，新相形成如同結(jié)晶過程的成核-長大機(jī)理，分相所需時間長，分出的第二相組成不隨時間變化

6、。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(jié)構(gòu)。用TEM觀察分相以后形貌，若兩相無明顯的連續(xù)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(wěn)分解相變過程。（4分）在玻璃工業(yè)中，利用玻璃分相可以改進(jìn)結(jié)構(gòu)和玻璃性能，制備新型玻璃。例如通過硼硅酸鹽玻璃分相制備微孔玻璃、高硅氧玻璃，通過分相促進(jìn)鋰鋁硅微晶玻璃的核化和晶化，通過磷硅酸鹽玻璃的分相制備乳濁玻璃等。（1分）5、 在硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)中，SiO4四面體或孤立存在，或共頂存連接，而不共棱更不共面，解釋之。（6分）答：根據(jù)鮑林規(guī)則，高電價低配位的陽離子與陰離子形成的配

7、位多面體以共棱，特別是共面方式存在時，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性降低。在硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)中，SiO4四面體以共棱、共面方式相連時，中心陽離子間距較孤立存在或共頂存連接時小，中心陽離子間的斥力大，尤其是共面時斥力更大，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，因此在硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)中，SiO4四面體或孤立存在，或共頂存連接，而不共棱更不共面。（6分）6、如果NiO和Cr2O3球形顆粒之間反應(yīng)生成NiCr2O4是通過產(chǎn)物層擴(kuò)散進(jìn)行的，請回答：（1）若1300，DCr3+>>DNi2+>DO2-，控制NiCr2O4生成速率的擴(kuò)散是哪一種離子的擴(kuò)散？為什么？（2）試分析早期的這一反應(yīng)轉(zhuǎn)化率G-t關(guān)系應(yīng)符合哪一個動力學(xué)方程？（6分）

8、答：（1）控制NiCr2O4生成速率的擴(kuò)散是Ni2+離子。因為NiO與Cr2O3主要陽離子經(jīng)過產(chǎn)物層的逆向擴(kuò)散生成NiCr2O4。而DCr3+>>DNi2+>DO2，Cr3+擴(kuò)散速度快，而Ni2+擴(kuò)散速度慢。（4分）（2）這一反應(yīng)早期轉(zhuǎn)化率與時間之間的關(guān)系應(yīng)符合楊德爾方程1-(1-G)1/32=KJt。（2分）7、在擴(kuò)散傳質(zhì)的燒結(jié)過程中，使坯體致密的推動力是什么？哪些方法可促進(jìn)燒結(jié)？說明原因。（8分）答：在擴(kuò)散傳質(zhì)的燒結(jié)過程中，系統(tǒng)內(nèi)不同部位（頸部、顆粒接觸點(diǎn)、顆粒內(nèi)部）空位濃度不同，導(dǎo)致原子或質(zhì)點(diǎn)由顆粒接觸點(diǎn)向頸部遷移，填充到氣孔中。因此使坯體致密化的推動力是空位濃度差。（

9、4分）對于擴(kuò)散傳質(zhì)：（1）控制原料的起始粒度非常重要，顆粒細(xì)小的原料可促進(jìn)燒結(jié)，因為頸部增長速率x/r與原料起始粒度r的3/5次方成反比；（2）溫度對燒結(jié)過程有決定性作用，擴(kuò)散系數(shù)與溫度呈指數(shù)關(guān)系，因此提高溫度可加速燒結(jié)。（4分）8、下圖為CaO-A12O3-SiO2系統(tǒng)的富鈣部分相圖，對于硅酸鹽水泥的生產(chǎn)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(zhì)；3、說明F、H、K三個化合物的性質(zhì)和寫出各點(diǎn)的相平衡式；4、分析M#熔體的冷卻平衡結(jié)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(nèi)的理由；6、為何在緩慢冷卻到無變量點(diǎn)K（1455）時再要急劇冷卻到室溫？

10、（20分）解：1、如圖所示；（1.5分）2、如圖所示；（4分） 3、F點(diǎn)低共熔點(diǎn)，LFC3A+C12A7+C2S （1.5分）H點(diǎn)單轉(zhuǎn)熔點(diǎn)，LH+CaOC3A+C3S（1.5分）K點(diǎn)單轉(zhuǎn)熔點(diǎn)，LK+C3SC3A+C2S（1.5分）4、M點(diǎn)： LC2S LC2S+C3S L+C2SC3S液：M-a-y-K始(LK+C3SC2S+C3A)K終 f=2 f=1 f=1 f=0C2S C2S+C3S C2S+C3S C2S+C3S+C3A固：D-D-b-d-M （4分）5、因為硅酸鹽水泥熟料中三個主要礦物是C3S、C2S、C3A。根據(jù)三角形規(guī)則，只有當(dāng)組成點(diǎn)落在C3S-C2S-C3A付三角形中，燒成以

11、后才能得到這三種礦物。從早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度、水化速度、礦物的形成條件等因素考慮，水泥熟料C3S的含量應(yīng)當(dāng)最高，C2S次之，C3A最少。根據(jù)杠桿規(guī)則，水泥熟料的組成點(diǎn)應(yīng)當(dāng)位于C3S-C2S-C3A付三角形中小圓圈內(nèi)。（3分）6、因為緩慢冷卻到K點(diǎn)，可以通過轉(zhuǎn)熔反應(yīng)L+C2SC3S得到盡可能多的C3S。到達(dá)K點(diǎn)后，急劇冷卻到室溫，可以（1）防止C3S含量降低，因為K點(diǎn)的轉(zhuǎn)熔反應(yīng)LK+C3SC2S+C3A；（2）使C2S生成水硬性的-C2S，而不是非水硬性的-C2S；（3）液相成為玻璃相，可以提高熟料的易磨性。（3分）三、 計算題（10分）在KCl晶體中摻入10-5mo1CaCl2，低溫時KCl中的K+離子擴(kuò)散以非