【正文】 《材料科學(xué)基礎(chǔ)》樣題及答案試題一　　 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?！　《? 圖2是高嶺石(Al2O32SiO22H2O)結(jié)構(gòu)示意圖，試回答：　　 1．請以結(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)推測高嶺石具有什么性質(zhì)。三. 簡答題：　　 ？　　 ？　　 3．燒結(jié)初期的特征是什么？　　 ？　　 ？它可憑哪些方式推動(dòng)物質(zhì)的遷移？　　 ？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：　　 ；　　 （Ag+進(jìn)入間隙）；　　 ，請寫出二個(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。　　 　 　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。　　 ，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?！?　、聚合度及對稱性等與玻璃形成之關(guān)系?！?　D晶內(nèi)？　 ??？工藝上如何防止或延緩二次再結(jié)晶的發(fā)生？　 　，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。 　 　，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．寫出各三元無變量點(diǎn)的性質(zhì)及其對應(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）。 試題二一、(1)（12分）根據(jù)CaTiO3晶胞圖（見圖1）回答下列問題：　　 　、DEG的晶面指數(shù)；晶向DF、HA的晶向指數(shù)?！　?　，寫出其配位多面體；　　 ??？何種離子添何種空隙，空隙利用率是多少？　　 　，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：　　 　?！　　。ˋg+進(jìn)入間隙）　　 　，請寫出二個(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，請改正?！　　?，熔體的粘度將降低?！　　?，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。　　　 ，反常長大是大晶粒吞食小晶粒?！　　?，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?！　?　，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?！　　∷摹ⅲ?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　　　 　 　　 　　 　　　　+和Cr2+在尖晶石ZnCrO4中的擴(kuò)散系數(shù)。　　　　，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?！　　∑?、（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（請列出三種途徑）？　　　九、（26分）圖3 是ABC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．寫出各三元無變量點(diǎn)的性質(zhì)及其對應(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）。 試題三　　 一、根據(jù)CaTiO3晶胞圖（見圖1）回答下列問題（18）：　　　晶面BCGF、HAC的晶面指數(shù)；晶向DF、AH的晶向指數(shù)?！　　〗Y(jié)構(gòu)中各離子的配位數(shù)為多少，寫出其配位多面體；　　　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？　　　計(jì)算說明O2的電價(jià)是否飽和；　　　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）：　　　rCa2[Si04]， K[AISi3O8]， CaMg[Si2O6]，　　　Mg3[Si4O10](OH)2， Ca2Al[AlSiO7]， Ca2Mg5[Si4O11]（OH）2　　 三、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。　　　　 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(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—、83600J/mol，碳在γ—，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)MgO、γAl2OαAl2O3，從提高反應(yīng)速率的角度出發(fā)，選擇什么原料較好？請說明原因。（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ABC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SSS3的性質(zhì)；　　　3．寫出各三元無變量點(diǎn)的性質(zhì)及其對應(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）。試題四 一、填空題（210=20分）　　　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?！　　U(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（ ）?！　　【孀迨侵福?）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?！　　∠騇gO、沸石、TiO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?）。　　　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（ ）。　　　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?）?！　　●Y豫表面是指（ ），NaCl單晶的表面是（ ）?！　　∫话愕墓虘B(tài)反應(yīng)包括（ ）兩個(gè)過程，化學(xué)動(dòng)力學(xué)范圍是指（ ）。　　　從熔體結(jié)構(gòu)角度，估計(jì)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（ ）。　　 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31014cm2/sec，450℃1014cm2/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+和Mg2+所占的四面體空隙和八面體空隙的分?jǐn)?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(shè)晶胚為球狀，半徑為r。已知△Gv=—106J/cm3；液固界面的界面能為σ=；銅為面心立方結(jié)構(gòu)，其點(diǎn)陣常數(shù)a=,1nm=107cm。（10分）　　 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?。弧　　　?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) 討論溫度對總結(jié)晶速率的影響；　　　　(2) 指出在哪一溫度范圍內(nèi)對形成玻璃有利，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?！　　?．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)MgO、Al2O33H2O、γAl2OαAl2O3。從提高反應(yīng)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ABC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．寫出各三元無變量點(diǎn)的性質(zhì)及其對應(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）。圖二試題五一、填空題（1180。10=10分） 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（）。 Fick擴(kuò)散第二定律的一維表達(dá)式為（）。 當(dāng)晶核劑和晶核具有（）時(shí)，對核化最有利。 廣義材料腐蝕是指材料由于（）而引起的破壞和變質(zhì)過程。 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。 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（）。 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，無固定熔點(diǎn)。 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） 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)示相互平行的同號離子層，分析螢石晶體的解理性。 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） 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) Al2O3摻入到MgO中，請寫出二個(gè)合理的方程，并寫出對應(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、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)＝；γ(Ag，液/Al2O3，固)＝J/m2，試問液態(tài)銀能否潤濕氧化鋁瓷件表面？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(shí)現(xiàn)的措施。(6分) 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。10－5J/cm2，10－4J/cm2，請判斷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＝10－5J/cm2，銅為面心立方晶體，點(diǎn)陣常數(shù)a＝。（10分） 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）。 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＝，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＝10－4cm2/s，同等條件下鎳在面心立方鐵中的擴(kuò)散系數(shù)為＝10－11cm2/s，＞＞，請對這種差別進(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MgCOMgO、α－Al2Oγ－Al2O3。從提高反應(yīng)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ABC三元系統(tǒng)相圖，根據(jù)相圖回答下列問題（20分）： 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)； 判斷化合物D的性質(zhì)； 寫出各三元無變量點(diǎn)的性質(zhì)及其對應(yīng)的平衡關(guān)系式； 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