無機材料科學(xué)基礎(chǔ)綜合測試卷9

1、無機材料科學(xué)基礎(chǔ)試卷九一、名詞解釋（20分）：1. 不一致熔融化合物，連線規(guī)則2. 非本征擴散，穩(wěn)定擴散3. 非均勻成核, 一級相變，4. 晶粒生長，二次再結(jié)晶二、選擇題（12分）：1. 據(jù)范特荷夫規(guī)則,純固相反應(yīng)，反應(yīng)過程是（ ）A.放熱過程 B.等溫過程 C.吸熱過程 2. 在反應(yīng)溫度下，當(dāng)固相反應(yīng)的某一相發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變時，反應(yīng)速度是（ ）A. 無影響 B. 加快 C. 減慢3. 表面擴散系數(shù)Ds，界面擴散系數(shù)Dg，晶格擴散系Db的關(guān)系是（ ）A.DsDgDb B. DsDbDgC.DbDsDg D. DbDgDs4. 同一種物質(zhì)在晶體中的擴散系數(shù)（ ）在玻璃中的擴散系數(shù)A大于 B等于 C小

2、于 D不確定 5. A，B進行反應(yīng)生成AmBn,為擴散控制的固相反應(yīng)，若DBDA，則在AmBn-A界面上，反應(yīng)物B的濃度CB為（ ）A.1 B.0 C.不確定6. 燒結(jié)中晶界移動的推動力是（ ）A.表面能 B.晶界兩側(cè)自由焓差 C.空位濃度差7. 陶瓷經(jīng)燒結(jié)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(yīng)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(jié)體的強度增加而不引起坯體收縮？A.蒸發(fā)-凝聚 B.體積擴散 C.流動傳質(zhì) D.溶解-沉淀10. 下列屬于逆擴散過程的是（ ）A. 二

3、次再結(jié)晶 B.雜質(zhì)的富集于晶界 C.布朗運動11. 在制造透明Al2O3陶瓷材料時，原料粉末的粒度為2m，在燒結(jié)溫度下保溫30分鐘，測得晶粒尺寸為10m。若在同一燒結(jié)溫度下保溫4小時，晶粒尺寸為（ ）, 為抑制晶粒生長加入0.1MgO，此時若保溫4小時，晶粒尺寸為（ ）。 A. 16m B. 20m C. 24m D. 28m 三、填空題（18分）1. 燒結(jié)的主要傳質(zhì)方式有蒸發(fā)-凝聚傳質(zhì)、擴散傳質(zhì)、流動傳質(zhì)和溶解-沉淀傳質(zhì)四種，產(chǎn)生這四種傳質(zhì)的原因依次為（ ）、（ ）、（ ）和（ ）。2. 均勻成核的成核速率Iv由 （ ） 和 （ ） 因子所決定的。3. 菲克第一定律的應(yīng)用條件是（ ），菲克第

4、二定律的應(yīng)用條件是（ ）。4. 液-固相變過程的推動力為（ ） 、 （ ） 和 （ ）。5.  固體內(nèi)粒子的主要遷移方式有（ ） 、 （ ）。6. 如晶體純度降低，擴散系數(shù)與溫度關(guān)系曲線中本征與非本征擴散的轉(zhuǎn)折點（ ）。7. 合成鎂鋁尖晶石，可選擇的原料為MgCO3 , MgO, -Al2O3, -Al2O3, 從提高反應(yīng)速率的角度出發(fā)選擇（ ），（ ）原料較好。8. 在均勻成核時，臨界成核位壘Gk=（ ）,其值相當(dāng)于（ ） 具有臨界半徑rk的粒子數(shù)nk/N= （ ）。9. 液-固相變時，非均勻成核位壘與接觸角有關(guān)，當(dāng)為（ ）時，非均勻成核位壘與均勻成核位壘相等。10. 成核生長機理

5、的相變過程需要有一定的過冷或過熱，相變才能發(fā)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(qū)的亞穩(wěn)區(qū)內(nèi)，其分解機理為（ ），新相成（ ）狀，不穩(wěn)定區(qū)的分解機理為（ ），新相成（ ）狀。四、簡答題（32分）1. 影響固相反應(yīng)的因素有那些？（6分）2. 從熱力學(xué)、動力學(xué)特性、形貌等對比不穩(wěn)分解和均勻成核成長這兩種相變過程。如何用實驗方法區(qū)分這兩種過程？（9分）3晶界移動遇到氣孔時會出現(xiàn)幾種情況，從實現(xiàn)致密化目的考慮，晶界應(yīng)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(yōu)缺點及其適用條件。（7分）

6、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(zhì)，說明理由？2. 標(biāo)出邊界曲線的溫降方向（轉(zhuǎn)熔界限用雙箭頭）；3. 指出無變量點的性質(zhì)（L、K、M）；4. 分析點1，2的結(jié)晶路程；5. 計算2點液相剛到結(jié)晶結(jié)束點和結(jié)晶結(jié)束后各相的含量無機材料科學(xué)基礎(chǔ)試卷九標(biāo)準(zhǔn)答案與評分標(biāo)準(zhǔn)一、名詞解釋（20分）：1. 不一致熔融化合物, 連線規(guī)則答： 不一致熔化合物是一種不穩(wěn)定的化合物，加熱到一定溫度會發(fā)生分解，分解產(chǎn)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(guī)則：將一界線（或其延長線）與相應(yīng)的連線（或其延長線）相交，其交點是該界線上的

7、溫度最高點。（2.5分）2. 非本征擴散，穩(wěn)定擴散非本征擴散：受固溶引入的雜質(zhì)離子的電價和濃度等外界因素所控制的擴散。或由不等價雜質(zhì)離子取代造成晶格空位，由此而引起的質(zhì)點遷移。（2.5）穩(wěn)定擴散：若擴散物質(zhì)在擴散層dx內(nèi)各處的濃度不隨時間而變化，即dc/dt=0。這種擴散稱穩(wěn)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?yōu)榱硪幌鄷r，如兩相的化學(xué)勢相等但化學(xué)勢的一級偏微商(一級導(dǎo)數(shù))不相等的稱為一級相變。（2.5）4. 晶粒生長，二次再結(jié)晶晶粒生長：平衡晶粒尺寸在不改變其分布的情況

8、下，連續(xù)增大的過程。（2.5分）二次再結(jié)晶：是少數(shù)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1. A 2.B 3. A 4. C 5.B 6.B 7. D 8.B 9.A 10. B 11.D, B三、填空題（18分）（每空0.7分）1. 壓力差、空位濃度差、應(yīng)力-應(yīng)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(wěn)定擴散、不穩(wěn)定擴散4. 過冷度、過飽和濃度、過飽和蒸汽壓5.  空位機構(gòu)、間隙機構(gòu)6. 向左7. MgCO3、 -Al2O38. 1/3Ak、新相界面能的1/3、exp（-Gk/RT） 9. 180

9、86; 10. 相變過程放熱11. 作為礦化劑，產(chǎn)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(jié)分解區(qū)（Spinodale）、高度連續(xù)性的非球形顆粒。五、簡答題（32分）1影響固相反應(yīng)的因素有那些？答：影響固相反應(yīng)的因素有反應(yīng)物化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)的影響；顆粒度和分布影響；反應(yīng)溫度、壓力、氣氛影響；礦化劑的影響。（6分）2從熱力學(xué)、動力學(xué)特性、形貌等對比不穩(wěn)分解和均勻成核成長這兩種相變過程。如何用實驗方法區(qū)分這兩種過程？（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

10、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(jié)構(gòu)。（4分）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。（1分）3晶界移動遇到氣孔時會出現(xiàn)幾種情況，從實現(xiàn)致密化目的考慮，晶界應(yīng)如何移動？怎

11、樣控制？（10分）答：燒結(jié)初期，晶界上氣孔數(shù)目很多，此時氣孔阻止晶界移動，Vb=0。（2分）燒結(jié)中、后期，溫度控制適當(dāng)，氣孔逐漸減少?？梢猿霈F(xiàn)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(xù)升溫導(dǎo)致VbVp，晶界越過氣孔而向曲率中心移動，氣孔包入晶體內(nèi)部，只能通過體積擴散排除，這是十分困難的。（2分）從實現(xiàn)致密化目的考慮，晶界應(yīng)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(yīng)初期具有很好的適應(yīng)性，但楊氏模型中假設(shè)球形顆粒反應(yīng)截面積始終不變，因而只適用反應(yīng)初期轉(zhuǎn)化率較低的情況。（4分）而金氏模型中考慮在反應(yīng)進程中反應(yīng)截面積隨反應(yīng)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(yīng)初、中期。兩個方程都只適用于穩(wěn)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(zhì)，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(qū)內(nèi)。（1分）2.標(biāo)出邊界曲線的溫降方向（轉(zhuǎn)熔界限用雙箭頭）；見圖 （3分）3.指出無變量點的性質(zhì)（L、K、M）；（3分）M ：低共溶點L ：低共溶點K ：單轉(zhuǎn)熔點4.析點