武漢科技大學(xué)811-無機材料科學(xué)基礎(chǔ)-2018(科大B卷)-參考答案考研真題

PAGE第1頁共1頁姓名：報考專業(yè)：準(zhǔn)考證號碼：密封線內(nèi)不要寫題2018年全國碩士研究生招生考試初試自命題試題科目名稱：無機材料科學(xué)基礎(chǔ)（□A卷eq\o\ac(□,√)B卷）科目代碼：811考試時間：3小時滿分150分可使用的常用工具：□無eq\o\ac(□,√)計算器eq\o\ac(□,√)直尺□圓規(guī)（請在使用工具前打√）注意：所有答題內(nèi)容必須寫在答題紙上，寫在試題或草稿紙上的一律無效；考完后試題隨答題紙交回。一、名詞解釋(共4小題，每小題10分，共40分)1.上坡擴散與下坡擴散（由低濃度區(qū)向高濃度區(qū)的擴散叫逆擴散，又稱上坡擴散；由高濃度區(qū)向低濃度區(qū)的擴散叫順擴散，又稱下坡擴散）2.等比例規(guī)則與背向性規(guī)則（等比例規(guī)則：濃度三角形一頂點和對邊上任一點的連線上各點的體系中其他兩個組元的含量比值不變；背向性規(guī)則：如果從三個組元的混合物中不斷取走C組元，那么這個系統(tǒng)的組成點將沿通過C點的射線并朝著背離C的方向變化，所取走的C含量越多移動距離越遠。）3.鮑林規(guī)則（①陰陽離子的間距決定于他們的半徑之和，陽離子的配位數(shù)決定于他們的半徑之比；②穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)中，從所有相近鄰的陽離子到達一個陰離子的靜電鍵的總強度等于陰離子的電荷數(shù)；③兩個陰離子多面體以共棱，特別是工面方式存在時，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性降低；④含有不同陽離子的晶體中，電價高而配位數(shù)小的陽離子不趨向于相互共有配位多面體的要素；⑤本質(zhì)不同的結(jié)構(gòu)組元的種類傾向于為數(shù)最少。）4.黏土的可塑性與觸變性（可塑性：黏土加水形成泥團，受力后可以形成任何形狀，去除外力后泥團能夠保持其形狀；觸變性：黏土泥漿從稠化到流動的中間過渡狀態(tài)。）二、辨析題(共2小題，每小題10分，共20分。判斷每一題的正誤，并說明理由。)1.采用常壓燒結(jié)方法可以實現(xiàn)材料的完全致密化。（不正確。）原始粉料的粒度、外加劑、燒結(jié)溫度和保溫時間、氣氛和成型壓力等都會影響材料的燒結(jié)和致密化，氣孔在燒結(jié)過程中能否排除，和晶界移動速率有關(guān)，還與氣孔內(nèi)壓力大小有關(guān)，隨著燒結(jié)的進行，氣孔逐漸縮小，當(dāng)氣壓增加至2γ/r時，燒結(jié)就停止了，因此常規(guī)方法難以實現(xiàn)完全致密化，可以采用熱壓燒結(jié)或真空熱壓燒結(jié)方法。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。（不正確，都是晶界移動的結(jié)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。）三、公式推導(dǎo)題(共1小題，每小題20分，共20分。)推導(dǎo)擴散系數(shù)的一般熱力學(xué)關(guān)系式：，并說明其物理意義。解：假設(shè)一個多元體系中，i組分的質(zhì)點沿x方向擴散所受到的力等于該組分化學(xué)位在x方向上梯度的負值：⑴相應(yīng)的質(zhì)點運動平均速度正比于作用力：⑵式中Bi為組分i的平均速率或者淌度；此時組分i的擴散通量Ji等于單位體積中該組分質(zhì)點數(shù)Ci和質(zhì)點移動平均速度的乘積：⑶⑵帶入⑶可得用化學(xué)位梯度描述擴散的一般方程式：⑷若研究體系不受外場作用，化學(xué)位為系統(tǒng)組成活度和溫度的函數(shù)：⑷式可以寫為：⑸將上式與菲克第一定律比較，得擴散系數(shù)Di：⑹因為Ci/C＝N，dlnCi=dlnNi,故有：⑺又因為：則：⑻將(8)帶入(7)得：⑼式中稱為擴散系數(shù)的熱力學(xué)因子。對于理想混合體系，活度系數(shù)γi＝1，此時，稱為自擴散系數(shù)；對于非理想混合體系存在兩種情況：（1）當(dāng)>0，此時Di>0，稱為正常擴散，物質(zhì)從高濃度流向低濃度處，擴散的結(jié)果使溶質(zhì)趨于均勻化；（2）當(dāng)<0，此時Di<0，稱為反常擴散，擴散結(jié)果使溶質(zhì)偏聚或分相。四、論述題(共2小題，每小題20分，共40分)1.簡述SiO2的多晶轉(zhuǎn)變現(xiàn)象，說明為什么在生產(chǎn)硅磚時經(jīng)常加入少量石灰乳和/或鐵鱗以促使SiO2以介穩(wěn)狀態(tài)存在？答：SiO2常壓下有七種變體，自然界中存在的石英一般都是β—石英。硅磚實際生產(chǎn)中石英的晶型轉(zhuǎn)變往往是：β-石英→α-石英→亞穩(wěn)（偏）方石英。通常希望硅磚中鱗石英相愈多愈好，不希望出現(xiàn)方石英相，因為鱗石英相間的轉(zhuǎn)變體積效應(yīng)小，而方石英相間的轉(zhuǎn)變體積效應(yīng)大。促進鱗石英相增多的方法：加少量礦化劑（氧化鐵、氧化鈣等），在1000℃左右產(chǎn)生一定量的液相，α—石英和α—方石英溶入液相，α—鱗石英溶解度小，析出，有利于形成鱗石英。什么是“二次再結(jié)晶”？其主要特征是什么？欲避免“二次再結(jié)晶”的發(fā)生，通常應(yīng)該采取哪些措施？答：二次再結(jié)晶是指少數(shù)巨大晶粒在細晶消耗時成核長大的過程。二次再結(jié)晶出現(xiàn)后，由于個別晶粒異常長大，使氣孔不能排除，坯體不再致密，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)時坯體易膨脹而開裂，使燒結(jié)體的機械、電學(xué)性能下降。工藝上常采用引入適當(dāng)?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(jié)晶的發(fā)生。五、計算題(共2小題，每小題15分，共30分)1.制造晶體管的方法之一是將雜質(zhì)原子擴散進入半導(dǎo)體材料如硅中。假如硅片厚度是0.1cm，在其中每107個硅原子中含有一個磷原子，而在表面上是涂有每107個硅原子中有400個磷原子，計算濃度梯度（a）每cm上原子百分數(shù)，（b）每cm上單位體積的原子百分數(shù)。硅晶格常數(shù)為0.5431nm。解：由菲克第一定律計算在內(nèi)部和表面上的原子的百分組成，Ci和Cs分別為內(nèi)部和表面磷濃度。 硅晶體單位晶胞體積 硅晶體是立方金剛石結(jié)構(gòu)，單位晶胞有8個Si原子，107個Si占體積為： 每cm3中原子含量： 2.有兩種不同配位的玻璃，其組成如下（質(zhì)量百分數(shù)）：序號Na2OAl2O3SiO211020702201070試用玻璃結(jié)構(gòu)參數(shù)計算說明兩種玻璃高溫下粘度的大小？解：將玻璃組成由質(zhì)量百分數(shù)換算成摩爾百分數(shù)NO.Na2OAl2O3SiO2Y質(zhì)量摩爾質(zhì)量摩爾質(zhì)量摩爾12102010.620.4201012.96.2707076.573.42.723.661#玻璃Na2O/Al2O3＝所以