材料科學(xué)導(dǎo)論習(xí)題(重要)

試題一

一.圖1是Na2O的理想晶胞結(jié)構(gòu)示意圖，試回答：

1．晶胞分子數(shù)是多少；

2．結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)中各離子的配位數(shù)為多少，寫出其配位多面體；

4．計(jì)算說明O2-的電價(jià)是否飽和；

5．畫出Na2O結(jié)構(gòu)在（001）面上的投影圖。

二.圖2是高嶺石(Al2O3·2SiO2·2H2O)結(jié)構(gòu)示意圖，試回答：

1．請(qǐng)以結(jié)構(gòu)式寫法寫出高嶺石的化學(xué)式；

2．高嶺石屬于哪種硅酸鹽結(jié)構(gòu)類型；

3．分析層的構(gòu)成和層的堆積方向；

4．分析結(jié)構(gòu)中的作用力；

5．根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)推測(cè)高嶺石具有什么性質(zhì)。三.簡(jiǎn)答題：

1.晶體中的結(jié)構(gòu)缺陷按幾何尺寸可分為哪幾類？

2.什么是負(fù)擴(kuò)散？

3．燒結(jié)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(jié)推動(dòng)力是什么？它可憑哪些方式推動(dòng)物質(zhì)的遷移？

6.相變的含義是什么？從熱力學(xué)角度來劃分，相變可以分為哪幾類？

四.出下列缺陷反應(yīng)式：

1.NaCl形成肖特基缺陷；

2.AgI形成弗侖克爾缺陷（Ag+進(jìn)入間隙）；

3.TiO2摻入到Nb2O3中，請(qǐng)寫出二個(gè)合理的方程，并判斷可能成立的方程是哪一種？再寫出每個(gè)方程的固溶體的化學(xué)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(dá)到熱力學(xué)穩(wěn)定狀態(tài)的。

六.粒徑為1μ的球狀A(yù)l2O3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(gè)小時(shí)有20%的Al2O3起了反應(yīng)，計(jì)算完全反應(yīng)的時(shí)間：⑴用楊德方程計(jì)算；⑵用金斯特林格方程計(jì)算。

七.請(qǐng)分析熔體結(jié)構(gòu)中負(fù)離子團(tuán)的堆積方式、聚合度及對(duì)稱性等與玻璃形成之關(guān)系。

八.試從結(jié)構(gòu)和能量的觀點(diǎn)解釋為什么D晶界>D晶內(nèi)？

九.試分析二次再結(jié)晶過程對(duì)材料性能有何影響？工藝上如何防止或延緩二次再結(jié)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(diǎn)P，R，S的成分；

2．設(shè)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)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(zhì)；

2．判斷化合物D、F的性質(zhì)；

3．寫出各三元無(wú)變量點(diǎn)的性質(zhì)及其對(duì)應(yīng)的平衡關(guān)系式；

4．寫出組成點(diǎn)G在完全平衡條件下的冷卻結(jié)晶過程；

5．寫出組成點(diǎn)H在完全平衡條件下的冷卻結(jié)晶過程，寫出當(dāng)液相組成點(diǎn)剛剛到達(dá)E4點(diǎn)和結(jié)晶結(jié)束時(shí)各物質(zhì)的百分含量（用線段比表示）。

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：=4CNO2-=8[NaO4][ONa8]；

4：O2-電價(jià)飽和，因?yàn)镺2-的電價(jià)=（Na+的電價(jià)/Na+的配位數(shù)）×O2的配位數(shù)；

5：二、1：Al4[Si4O10](OH)8；

2：?jiǎn)尉W(wǎng)層狀結(jié)構(gòu)；

3：一層硅氧層一層水鋁石層且沿C軸方向堆積；

4：層內(nèi)是共價(jià)鍵，層間是氫鍵；

5：片狀微晶解理。

三、1：點(diǎn)缺陷，線缺陷，面缺陷；

2：由低濃度向高濃度的擴(kuò)散；

3：坯體間顆粒重排，接觸處產(chǎn)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(dòng)傳質(zhì)、擴(kuò)散傳質(zhì)、氣相傳質(zhì)和溶解-沉淀傳質(zhì)；

6：隨自由能的變化而發(fā)生的相的結(jié)構(gòu)的變化，一級(jí)相變、二級(jí)相變和三級(jí)相變。

四、1：O←→VNa′+VCl˙

2：AgAg→Agi˙+VAg′3：3TiO23TiNb˙+VNb˙+6OO2TiO22TiNb˙+Oi′′+3O0

Nb2-xTi3xO3可能成立Nb2-2xTi2xO3+x4：NaClNaCa′+ClCl+VCl˙

五、一是通過表面質(zhì)點(diǎn)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(dāng)O/Si由2→4時(shí)，熔體中負(fù)離子團(tuán)的堆積形式由三維架狀轉(zhuǎn)化為孤立的島狀，負(fù)離子團(tuán)的聚合度相應(yīng)的降至最低。一般情況下，熔體中負(fù)離子團(tuán)的聚合度越高，特別是形成三維架狀的空間網(wǎng)絡(luò)時(shí)，這些大的聚合離子團(tuán)位移、轉(zhuǎn)動(dòng)、重排都比較困難，故質(zhì)點(diǎn)不易調(diào)整成規(guī)則排列的晶體結(jié)構(gòu)，易形成玻璃。熔體中負(fù)離子團(tuán)的對(duì)稱性越好，轉(zhuǎn)變成晶體越容易，則形成玻璃愈難，反之亦然。

八、晶界上質(zhì)點(diǎn)排列結(jié)構(gòu)不同于內(nèi)部，較晶體內(nèi)疏松，原子排列混亂，存在著許多空位、位錯(cuò)、鍵變形等缺陷，使之處于應(yīng)力畸變狀態(tài)，具有較高能量，質(zhì)點(diǎn)在晶界遷移所需活化能較晶內(nèi)為小，擴(kuò)散系數(shù)為大。

九、二次再結(jié)晶出現(xiàn)后，由于個(gè)別晶粒異常長(zhǎng)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(yīng)力存在，使其內(nèi)部易出現(xiàn)隱裂紋，繼續(xù)燒結(jié)時(shí)坯體易膨脹而開裂，使燒結(jié)體的機(jī)械、電學(xué)性能下降。工藝上常采用引入適當(dāng)?shù)奶砑觿?，以減緩晶界的移動(dòng)速度，使氣孔及時(shí)沿晶界排除，從而防止或延緩二次再結(jié)晶的發(fā)生。

十、

PRSZωA2010455ωB10604585ωC70301010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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)中是否存在TiO32-離子，為什么？

(2)（11分）圖2是鎂橄欖石(Mg2[SiO4])結(jié)構(gòu)示意圖，試回答：

1．鎂橄欖石屬于哪種硅酸鹽結(jié)構(gòu)類型；

2．計(jì)算說明O2-的電價(jià)是否飽和；

3．結(jié)構(gòu)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(yīng)式：1.NaCl形成肖脫基缺陷。

2.AgI形成弗倫克爾缺陷（Ag+進(jìn)入間隙）3.TiO2摻入到Nb2O3中，請(qǐng)寫出二個(gè)合理的方程，寫出固溶體的化學(xué)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(qǐng)改正。

1.Na2O-SiO2系統(tǒng)中隨SiO2含量的增加，熔體的粘度將降低。

2.擴(kuò)散的推動(dòng)力是濃度梯度，所有擴(kuò)散系統(tǒng)中，物質(zhì)都是由高濃度處向低濃度處擴(kuò)散。

3.晶粒正常長(zhǎng)大是小晶粒吞食大晶粒，反常長(zhǎng)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(zhì)以原子尺寸溶解在另一種物質(zhì)中形成的單相均勻的固體。

5.在熱力學(xué)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(gè)固相、一個(gè)液相和一個(gè)氣相。

四、（6分）什么叫弛豫表面？NaCl單晶表面具有什么樣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)？

五、（6分）巳知Zn2+和Cr2+在尖晶石ZnCrO4中的自擴(kuò)散系數(shù)與溫度的關(guān)系分別為

1.試求1403K時(shí)Zn2+和Cr2+在尖晶石ZnCrO4中的擴(kuò)散系數(shù)。

2.將細(xì)鉑絲涂在兩種氧化物ZnO和Cr2O3的分界線上，然后將這些壓制成型的樣品進(jìn)行擴(kuò)散退火。（標(biāo)記物鉑絲非常細(xì)，不影響離子在不同氧化物之間的擴(kuò)散）。根據(jù)所得數(shù)據(jù)判斷鉑絲將向哪一方向移動(dòng)？

六、（6分）為什么在成核一生成機(jī)理相變中，要有一點(diǎn)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(gè)例子。

七、（6分）粒徑為1μ球狀A(yù)l2O3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(gè)小時(shí)有20%的Al2O3起了反應(yīng)，分別用揚(yáng)德方程、金斯特林格方程計(jì)算完全反應(yīng)的時(shí)間，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)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(guān)？工藝上如何控制晶粒尺寸（請(qǐng)列出三種途徑）？

九、（26分）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．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(zhì)；

2．判斷化合物D、M的性質(zhì)；3．寫出各三元無(wú)變量點(diǎn)的性質(zhì)及其對(duì)應(yīng)的平衡關(guān)系式；

4．寫出組成點(diǎn)G在完全平衡條件下的冷卻結(jié)晶過程；

5．寫出組成點(diǎn)H在完全平衡條件下進(jìn)行加熱時(shí)，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(jìn)行冷卻，結(jié)晶結(jié)束時(shí)各物質(zhì)的百分含量（用線段比表示）。圖3試題二答案一、(1)1、（010）（111）[111][101]；(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?yàn)門i4+和O2-間沒有明顯的共價(jià)鍵成分。(2分)

(2)1、島狀結(jié)構(gòu)；(1分)；

2、O2-與一個(gè)[SiO4]、三個(gè)[MgO6]配位：4/4×1+2／6×3=2=O2-的電價(jià)，O2-的電價(jià)(2分)；

3、結(jié)構(gòu)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、不易，因?yàn)殒V橄欖石的Si/O=1/4，最低，網(wǎng)絡(luò)連接程度弱，結(jié)構(gòu)中絡(luò)陰離子團(tuán)尺寸小，遷移阻力小，熔體的粘度低，冷卻過程中結(jié)構(gòu)調(diào)整速率很快。(2分)

二、寫出下列缺陷反應(yīng)式（10）：

1、O?VNa′+VCl˙

2、AgAg→AAi+VAg′

3、3TiO23TiNb˙+VNb′′′+6O02TiO22TiNb˙+Oi′′+3O0

Nb2-xTi3xO3可能成立Nb2-2xTi2xO3+x

三、1．(2分)粘度增加；2．(2分)擴(kuò)散也可以從低濃度向高濃度進(jìn)行；

3．(2分)都是晶界移動(dòng)的結(jié)果。正常長(zhǎng)大是晶粒平均尺寸增加，反常長(zhǎng)大是個(gè)別大晶粒尺寸異常增加。4．(2分)正確5．(2分)兩個(gè)固相和一個(gè)液相四、表面上的原子產(chǎn)生相對(duì)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(fù)離子只受到上下和內(nèi)側(cè)正離子的作用，而外側(cè)是不飽和的。電子云將被拉向內(nèi)側(cè)的正離子一方而變形，使該負(fù)離子誘導(dǎo)成偶極子。這樣就降低了晶體表面的負(fù)電場(chǎng)。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，表面的負(fù)離子被推向外側(cè)，正離子被拉向內(nèi)側(cè)從而形成了表面雙電層。(4分)

((2分)

因?yàn)?lt;,所以鉑絲向Cr2O3方向移動(dòng)。(2分)

六、由熱力學(xué)可知，在等溫、等壓下有

在平衡條件下，，則有式中：Ｔ0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(jìn)行，必須有，則。

(1)若相變過程放熱（如凝聚、結(jié)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(yáng)德方程[1—（1—G）1/3]2=K4tt=194.6h(2分)

金斯特林格方程1—2/3G—（1-G）2/3=K6tt=68.1t=68.1(2分)

揚(yáng)德方程假設(shè)反應(yīng)過程中擴(kuò)散截面不變，而金斯特林格方程考慮了反應(yīng)中擴(kuò)散截面的變化。隨反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)物體積減小，擴(kuò)散截面變小，所需反應(yīng)時(shí)間要比揚(yáng)德假設(shè)所計(jì)算出的時(shí)間短。

八、陶瓷材料中晶粒的大小與物料的原始粒度、燒結(jié)溫度和時(shí)間等因素有關(guān)；(3分)

控制晶粒尺寸方法：控制原始粒度均勻細(xì)小，控制燒結(jié)溫度和時(shí)間，添加劑等。(3分)

九、1、見圖，付三角形3分，界線性質(zhì)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

3、（4分）E1，單轉(zhuǎn)熔點(diǎn)，E2，低共熔點(diǎn)，

E3，單轉(zhuǎn)熔點(diǎn)，E4，過渡點(diǎn)，

4、L(結(jié)晶結(jié)束)

S（產(chǎn)物C+B+M）

5、E2溫度（1分），H點(diǎn)所在溫度（1分）；過H點(diǎn)做副三角形BCM的兩條邊CM、BM的平行線HH1、HH2，C%=BH2/BC×100%，B%=CH1/BC×100%，C%=H1H2/BC×100%（3分）。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(jié)構(gòu)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、計(jì)算說明O2-的電價(jià)是否飽和；

5、結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)類型（6）：

r-Ca2[Si04]，K[AISi3O8]，CaMg[Si2O6]，

Mg3[Si4O10](OH)2，Ca2Al[AlSiO7]，Ca2Mg5[Si4O11]（OH）2

三、1、寫出下列缺陷反應(yīng)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(xué)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(wú)限固溶體？

四、硅酸鹽熔體的結(jié)構(gòu)特征是什么？從Na2O—SiO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）

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α—Fe(體心立方)和γ—Fe（面心立方）中進(jìn)行擴(kuò)散，碳在α—Fe中的D0和擴(kuò)散活化能為0.0079、83600J/mol，碳在γ—Fe中的D0和擴(kuò)散活化能為0.21和141284J/mol，計(jì)算800℃時(shí)各自的擴(kuò)散系數(shù)并解釋其差別。（6）

七、為什么在成核一生成機(jī)理相變中，要有一點(diǎn)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、γ-Al2O3、α-Al2O3，從提高反應(yīng)速率的角度出發(fā)，選擇什么原料較好？請(qǐng)說明原因。（6）

九、下列過程中哪一個(gè)能使燒結(jié)體強(qiáng)度增大，而不產(chǎn)生坯體宏觀上的收縮?（6分）

(a)蒸發(fā)冷凝、(b)體積擴(kuò)散、(c)粘性流動(dòng)、(d)表面擴(kuò)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(zhì)；

2．判斷化合物S1、S2、S3的性質(zhì)；

3．寫出各三元無(wú)變量點(diǎn)的性質(zhì)及其對(duì)應(yīng)的平衡關(guān)系式；

4．寫出組成點(diǎn)G在完全平衡條件下的冷卻結(jié)晶過程；

5．寫出組成為H的混合物在完全平衡條件下進(jìn)行加熱時(shí)，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(jìn)行冷卻，結(jié)晶結(jié)束時(shí)各物質(zhì)的百分含量（用線段比表示）。圖2試題三答案一、1（100）（111）[111][0-11]各1分

2CNTi4+=6[TiO6]CNCa2+=12[CaO12]CNO2--=6[OTi2Ca4]各1分

3Z=1(1分)Ti4+(1分)占據(jù)1/4八面體空隙(1分)

4因?yàn)椋篫+=2/12*4+4/6*2=2=Z-所以：飽和(3分)

5不存在，因?yàn)槭菑?fù)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?yàn)榫w中的間隙位置有限，二是因?yàn)殚g隙質(zhì)點(diǎn)超過一定的限度會(huì)不破壞晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

四、[SiO4]為基本結(jié)構(gòu)單元，四面體組成形狀不規(guī)則大小不同的聚合力子團(tuán)，絡(luò)陰離子團(tuán)之間依靠金屬離子連接。（4分）；

從Na2O—SiO2系統(tǒng)出發(fā)，隨引入B2O3量的增加，[BO3]與游離氧結(jié)合，轉(zhuǎn)變?yōu)閇BO4]，使斷裂的網(wǎng)絡(luò)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)的粘度降低（3分）。

五、固體表面通過表面質(zhì)點(diǎn)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(dòng)，通過形成球形表面來降低表面能（2分）；

固體質(zhì)點(diǎn)不能自由移動(dòng)，只能通過表面質(zhì)點(diǎn)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(jì)算Dα=6.72*10-7；（1分）Dγ=2.7*10-8（1分）；Dα〉Dγ；（1分）因?yàn)轶w心結(jié)構(gòu)較面心結(jié)構(gòu)疏松（2分）。七、由熱力學(xué)可知,在等溫、等壓下有

在平衡條件下,=0，則有

式中：Ｔ0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，將上式代入上式得：

可見，相變過程要自發(fā)進(jìn)行，必須有<0,則<0。

（3）若相變過程放熱（如凝聚、結(jié)晶等）<0。要使<0，必須有>0，，即T0>T，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<T，這表明系統(tǒng)要自發(fā)相變則必須“過熱”。

八、選擇Mg(OH)2、γ-Al2O3（3分）；因?yàn)榉磻?yīng)活性高，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定（3分）。

九、蒸發(fā)冷凝、表面擴(kuò)散

十、2．S1二元不一致熔融化合物，S2二元不致熔融化合物，S3三元不一致熔融化合物；（各1分）

3．P1：過渡點(diǎn)A+BS；P2：雙轉(zhuǎn)熔點(diǎn)L+B+S1=S3；P3：低共熔點(diǎn)L=B+C+S3；P4：?jiǎn)无D(zhuǎn)熔點(diǎn)L+A=S2+S1；P5單轉(zhuǎn)熔點(diǎn)L+S1=S2+S3；P6低共熔點(diǎn)

L=C+S2+S3；（各1分）

4．

L:

(結(jié)晶結(jié)束)

S:（產(chǎn)物S1+S2+S3）

5．P3,H,B：C：S3=CC1：BB1：B1C1（5分）試題四一、填空題（2×10=20分）1、依據(jù)（）之間關(guān)系的不同，可以把所有晶體的空間點(diǎn)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(kuò)散的基本推動(dòng)力是（），一般情況下以（）等形式（列出一種即可）表現(xiàn)出來，擴(kuò)散常伴隨著物質(zhì)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(zhì)原子，可以預(yù)料形成間隙型固溶體的固溶度大小的順序?qū)⑹牵ǎ?/p>

5、燒結(jié)過程可以分為（）三個(gè)階段，在燒結(jié)的中后期，與燒結(jié)同時(shí)進(jìn)行的過程是（）。

6、液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?yàn)椋ǎ?/p>

7、馳豫表面是指（），NaCl單晶的表面是（）。

8、一般的固態(tài)反應(yīng)包括（）兩個(gè)過程，化學(xué)動(dòng)力學(xué)范圍是指（）。

9、從熔體結(jié)構(gòu)角度，估計(jì)長(zhǎng)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(cuò)的柏氏矢量與位錯(cuò)線呈（）關(guān)系，而螺位錯(cuò)兩者呈（）關(guān)系。

二、Zn2+在ZnS中擴(kuò)散時(shí)，563℃時(shí)的擴(kuò)散系數(shù)為3×10-14cm2/sec，450℃時(shí)的擴(kuò)散系數(shù)為1.0×10-14cm2/sec,（10分）

求:(1)擴(kuò)散的活化能和D0；(2)750℃時(shí)的擴(kuò)散系數(shù)。

三、根據(jù)Mg2[SiO4]在(110)面的投影圖回答（10分）：

(1)結(jié)構(gòu)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(jià)是否飽和?

(3)晶胞的分子數(shù)是多少?

(4)Si4+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(shè)晶胚為球狀，半徑為r。已知△Gv=—3.6×106J/cm3；液固界面的界面能為σ=0.15J/cm2；銅為面心立方結(jié)構(gòu)，其點(diǎn)陣常數(shù)a=0.361nm,1nm=10-7cm。（10

求:(1)根據(jù)能量方程導(dǎo)出臨界晶核半徑r*的表達(dá)式，并計(jì)算其大??；

(2)求出臨界晶核中的原子個(gè)數(shù)。

五、熔體結(jié)晶時(shí)（10分）：

(1)討論溫度對(duì)總結(jié)晶速率的影響；(2)指出在哪一溫度范圍內(nèi)對(duì)形成玻璃有利，為什么？

六、1．寫出下列缺陷方應(yīng)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(diǎn)陣的晶胞結(jié)構(gòu)圖，并在圖中作出(112)晶面和晶向。（5分）

3．實(shí)驗(yàn)室要合成鎂鋁尖晶石，可供選擇的原料為Mg(OH)2、MgO、Al2O3·3H2O、γ-Al2O3、α-Al2O3。從提高反應(yīng)速率的角度出發(fā)，選擇什么原料較好？請(qǐng)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溫度下降方向及界線的性質(zhì)；

2．判斷化合物F、G、H的性質(zhì)；

3．寫出各三元無(wú)變量點(diǎn)的性質(zhì)及其對(duì)應(yīng)的平衡關(guān)系式；

4．寫出組成點(diǎn)M1在完全平衡條件下的冷卻結(jié)晶過程；

5．寫出組成點(diǎn)M2試題四答案一、填空題（第1題每空0.5分，其它每空1分，總計(jì)20分）

1.晶胞參數(shù)，三斜，正交（斜方），立方。2.化學(xué)位梯度，濃度梯度的，定向遷移。

3.原子排列狀況相同但位向不同，數(shù)字相同、數(shù)序和正負(fù)號(hào)不同。

4.沸石>螢石>TiO2>MgO。5.燒結(jié)初期、燒結(jié)中期和燒結(jié)后期，再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大。

6.是，固體質(zhì)點(diǎn)不能自由移動(dòng)。

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(nèi)部原子間距的表面，馳豫表面。

8.相界面上的化學(xué)反應(yīng)和反應(yīng)物通過產(chǎn)物層的擴(kuò)散，相界面上的化學(xué)反應(yīng)速率遠(yuǎn)小于反應(yīng)物通過產(chǎn)物層的擴(kuò)散速率。9.鎂橄欖石>輝石>長(zhǎng)石。10.垂直平行。

二、（10分）解：(1)D=D0exp(-Q/RT)2分

T=563+273=836K時(shí)，D=3×10-14cm2/s2分

T=450+273=723K時(shí)，D=1.0×10-14cm2/s2分

代入上式可求Q=48875J，D0=0.34×10-11cm2/s2分

(2)D=D0exp(-Q/RT)=1.1×10-14cm2/s2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59[MgO6]和49[MgO6]共棱75O2-和27O2-，不同層的[MgO6]八面體共頂，如1[MgO6]和51[MgO6]共頂是22O2-，同層的[MgO6]與[SiO4]共頂，如T[MgO6]和7[SiO4]共頂22O2-，不同層的[MgO6]與[SiO4]共棱，T[MgO6]和43[SiO4]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、∵△G＝·△GV＋·σ

令

則

已知：△GV＝－3.6×106J/cm3；σ＝0.15J/cm2

∴＝8.33×10－8cm（5分）2、個(gè)（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(duì)形成玻璃有利，因?yàn)榇藭r(shí)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(diǎn)陣的晶胞結(jié)構(gòu)圖（2分），

(112)晶面和晶向（各1.5分）。

3

選擇Mg(OH)2、γ-Al2O3；因?yàn)榉磻?yīng)活性高，結(jié)構(gòu)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、E1，單轉(zhuǎn)熔點(diǎn)，

E2，低共熔點(diǎn)，

E3，低共熔點(diǎn)，

E4，單轉(zhuǎn)熔點(diǎn)，

E5，單轉(zhuǎn)熔點(diǎn)，

E6，多晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)，（6分）

4、L：

(結(jié)晶結(jié)束)（B消失）（4分）

S：（產(chǎn)物A+F+H）（2分）

5、E2溫度，M2點(diǎn)所在溫度；過M2點(diǎn)做副三角形CGH的

兩條邊GH、GC的平行線M2X、M2Y，C%=YH/HC×100%，

H%=CX/HC×100%，G%=XY/HC×100%。（4分）試題五一、填空題（1′10=10分）1、密排六方結(jié)構(gòu)（等徑球堆積）單位晶胞中分子數(shù)是（

），配位數(shù)是（

）。2、Fick擴(kuò)散第二定律的一維表達(dá)式為（

）。3、當(dāng)晶核劑和晶核具有（

）時(shí)，對(duì)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(zhì)過程。5、燒結(jié)中后期所伴隨的（

）等，決定了材料顯微結(jié)構(gòu)的形成，也決定了材料最終的性質(zhì)或性能。6、固態(tài)物質(zhì)的反應(yīng)活性通常（

），當(dāng)反應(yīng)物之一存在多晶轉(zhuǎn)變時(shí)則轉(zhuǎn)變溫度通常也是（

）。7、從熔融態(tài)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化的過程是可逆的和漸變的，是在（

）范圍內(nèi)完成，無(wú)固定熔點(diǎn)。8、刃位錯(cuò)的柏氏矢量與位錯(cuò)線呈（

）關(guān)系。二、晶體結(jié)構(gòu)-性質(zhì)關(guān)系（20分）1、根據(jù)下圖的螢石結(jié)構(gòu)圖回答下列問題（14分）：1）指出螢石結(jié)構(gòu)中正負(fù)離子的堆積方式（兩種方式）；2）寫出結(jié)構(gòu)中正負(fù)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(jié)構(gòu)圖中用△和▽標(biāo)示相互平行的同號(hào)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結(jié)構(gòu)類型。（6分）三、晶體結(jié)構(gòu)缺陷（10分）1、晶體A屬于體心立方空間點(diǎn)陣，若原子B溶入A晶格的頂點(diǎn)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(qǐng)寫出二個(gè)合理的方程，并寫出對(duì)應(yīng)的固溶體化學(xué)式(6分)。四、從熔體結(jié)構(gòu)角度，估計(jì)長(zhǎng)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，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(shí)，巳知γ(Al2O3，固)＝1J/m2；γ(Ag，液)＝0.92J/m2；γ(Ag，液/

Al2O3，固)＝1.77

J/m2，試問液態(tài)銀能否潤(rùn)濕氧化鋁瓷件表面？可以用什么方法改善它們之間的潤(rùn)濕性？請(qǐng)?zhí)岢鲆环N最有可能實(shí)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(fù)離子組成，正離子被負(fù)離子所屏蔽。已知PbI2的表面能為1.3×10－5J/cm2，CaF2的表面能為2.5×10－4J/cm2，請(qǐng)判斷PbI2和CaF2的表面雙電層厚度的大小，并解釋產(chǎn)生的原因。(4分)六、已知銅的熔點(diǎn)Tm＝1083℃，熔化熱△H＝1628J/cm3，固液界面能γ＝1.77×10－5J/cm2，銅為面心立方晶體，點(diǎn)陣常數(shù)a＝0.3615nm。（10分）1、當(dāng)液態(tài)金屬銅過冷至853℃進(jìn)行均態(tài)形核時(shí)，求臨界晶核半徑和每個(gè)臨界晶核的原子數(shù)（設(shè)晶核為球形）。2、若為非均態(tài)形核，求臨界球冠的原子數(shù)。（設(shè)形成球冠的高度為h＝0.2R，球冠體積，R為球冠半徑）七、經(jīng)過計(jì)算可知1000℃下氫在面心立方鐵中的擴(kuò)散系數(shù)為＝1.08×10－4cm2/s，同等條件下鎳在面心立方鐵中的擴(kuò)散系數(shù)為＝4.27×10－11cm2/s，＞＞，請(qǐng)對(duì)這種差別進(jìn)行解釋。（5分）八、實(shí)驗(yàn)室要合成鎂鋁尖晶石，可供選擇的原料為MgCO3、MgO、α－Al2O3、γ－Al2O3。從提高反應(yīng)速率的角度出發(fā)，選擇什么原料較好？請(qǐng)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(zhì)；2、判斷化合物D

的性質(zhì)；3、寫出各三元無(wú)變量點(diǎn)的性質(zhì)及其對(duì)應(yīng)的平衡關(guān)系式；4、寫出組成點(diǎn)M1在完全平衡條件下的冷卻結(jié)晶過程，結(jié)晶結(jié)束時(shí)各物質(zhì)的百分含量（用線段比表示）；5、寫出組成點(diǎn)M2在完全平衡條件下的冷卻結(jié)晶過程，在M2熔體的液相組成點(diǎn)剛剛到達(dá)J1時(shí)，求其相組成（用線段比表示）。在J1的反應(yīng)哪個(gè)晶相先消失，為什么？試題五答案一、填空題（110=10分）1.6，12。2.。3.結(jié)構(gòu)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(zhǎng)大和再結(jié)晶。6.較低，速度較慢；反應(yīng)開始明顯進(jìn)行的溫度或較高。7.一定的溫度。8.垂直。二、晶體結(jié)構(gòu)分析（20分）1）Ca2+面心立方堆積，簡(jiǎn)單立方堆積；（4分）鈣的配位數(shù)為8，[CaF8]立方體；F的配位數(shù)為4，[FCa4]四面體；（4分）[CaF8]立方體之間共棱（共用2個(gè)頂點(diǎn)）連接；（2分）見圖（1分），平行（111）面存在同號(hào)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(jié)構(gòu)；Si/O