材料物理化学试卷及答案总结

模拟试卷一一、解释下列问题（30分每题5分）1、非均相成核：母液中存在某界面（空位、杂质、位错），成核会优先在界面上进行，这种成核系统为非均相成核。2、非稳定扩散：扩散过程中任一点浓度随时间变化。3、无序扩散：无化学位梯度、浓度梯度、无外场推动力，由热起伏引起的扩散。质点的扩散是无序的、随机的。4、烧结宏观定义：粉体在一定温度作用下，发生团结，使气孔率下降，致密度提高，强度增大，晶粒增长，这种现象即为烧结。5、互扩散推动力：化学位梯度。二、分析说明：为什么非均相成核比均相成核更易进行？（10分）因为：△G#c=△Gc。f（θ）并且：f（θ）=(2+COSθ)(1-COSθ)2/4，当：θ=90度时，f（θ）=(2+COSθ)(1-COSθ)2/4=(2+0)(1-0)2/4=2/4=1/2，所以：△G#c=△Gc。f（θ）=1/2。△Gc，即：非均相成核所需能量是均相成核的一半，杂质存在有利成核。三、说明下列问题（20分）1、相变过程的推动力：相变推动力为过冷度（过热度）的函数，相平衡理论温度与系统实际温度之差即为相变过程的推动力。ΔG=ΔH-TΔH/T0=ΔHT0-T/T0=ΔH.ΔT/T0式中：T0--相变平衡温度，ΔH--相变热，T---任意温度。自发反应时：ΔG0,即ΔH.ΔT/T00相变放热（凝聚，结晶）：ΔH0则须：ΔT0，T0T，过冷，即实际温度比理论温度要低，相变才能自发进行。相变吸热（蒸发，熔融）：ΔH0，ΔT0，T0T，过热。即实际温度比理论温度要高，相变才能自发进行。2、说明斯宾那多分解相变和成核-生长相变的主要区别？组成变-不变；相分布和尺寸有规律-无规律；相颗粒高度连续性非球型-连续性差的球型四、说明下列问题（20分）1、什么是马氏体相变？说明其相变的特点？钢淬火时得到的一种高硬度结构的变化过程。特点：具有剪切均匀整齐性、不发生原子扩散、相变速度快可达声速、相变有一定范围。2、说明影响固相反应的因素？反应物化学组成与结构的影响；颗粒度和分布影响；反应温度、压力、气氛影响；矿化剂的影响。五、说明影响扩散的因素？（20分）化学键：共价键方向性限制不利间隙扩散，空位扩散为主。金属键离子键以空位扩散为主，间隙离子较小时以间隙扩散为主。缺陷：缺陷部位会成为质点扩散的快速通道，有利扩散。温度：D=D0exp（-Q/RT）Q不变，温度升高扩散系数增大有利扩散。Q越大温度变化对扩散系数越敏感。杂质：杂质与介质形成化合物降低扩散速度；杂质与空位缔合有利扩散；杂质含量大本征扩散和非本征扩散的温度转折点升高。扩散物质的性质：扩散质点和介质的性质差异大利于扩散扩散介质的结构：结构紧密不利扩散。模拟试卷二一、解释下列问题（30分每题5分）1、非均相成核：母液中存在某界面（空位、杂质、位错），成核会优先在界面上进行，这种成核系统为非均相成核。2、非稳定扩散：扩散过程中任一点浓度随时间变化。3、无序扩散：无化学位梯度、浓度梯度、无外场推动力，由热起伏引起的扩散。质点的扩散是无序的、随机的。4、烧结宏观定义：粉体在一定温度作用下，发生团结，使气孔率下降，致密度提高，强度增大，晶粒增长，这种现象即为烧结。5、互扩散推动力：化学位梯度。二、分析说明：为什么非均相成核比均相成核更易进行？（10分）因为：△G#c=△Gc。f（θ）并且：f（θ）=(2+COSθ)(1-COSθ)2/4，当：θ=90度时，f（θ）=(2+COSθ)(1-COSθ)2/4=(2+0)(1-0)2/4=2/4=1/2，所以：△G#c=△Gc。f（θ）=1/2。△Gc，即：非均相成核所需能量是均相成核的一半，杂质存在有利成核。三、说明下列问题（20分）1、相变过程的推动力：相变推动力为过冷度（过热度）的函数，相平衡理论温度与系统实际温度之差即为相变过程的推动力。ΔG=ΔH-TΔH/T0=ΔHT0-T/T0=ΔH.ΔT/T0式中：T0--相变平衡温度，ΔH--相变热，T---任意温度。自发反应时：ΔG0,即ΔH.ΔT/T00相变放热（凝聚，结晶）：ΔH0则须：ΔT0，T0T，过冷，即实际温度比理论温度要低，相变才能自发进行。相变吸热（蒸发，熔融）：ΔH0，ΔT0，T0T，过热。即实际温度比理论温度要高，相变才能自发进行。2、反应颗粒尺寸对加快固相反应的影响。杨德尔方程：Kt=R02[1-(1-G)1/3]2；金斯特林格动力学方程积分式:Kk.t=(2DμC0/R02ρn.)t=1-2/3G-(1-G)2/3公式中：R0---反应物等径球颗粒半径；G---转化率；Kk---速度常数；t---时间；D---扩散系数；n---分子数；C0---初始气体浓度；μ---分子量；ρ---产物密度。由公式可见：速度常数K与R0颗粒半径平方成反比，颗粒越小，反应体系比表面积越大，反应界面和扩散截面也相应增加，因此反应速率增大。威尔表面学说：颗粒尺寸减小，键强分布曲线变平，弱键比例增加，故而使反应和扩散能力增强。四、回答下列问题（20分）1、什么是马氏体相变？说明其相变的特点？钢淬火时得到的一种高硬度结构的变化过程。特点：具有剪切均匀整齐性、不发生原子扩散、相变速度快可达声速、相变有一定范围。2、说明影响扩散的因素？化学键：共价键方向性限制不利间隙扩散，空位扩散为主。金属键离子键以空位扩散为主，间隙离子较小时以间隙扩散为主。缺陷：缺陷部位会成为质点扩散的快速通道，有利扩散。温度：D=D0exp（-Q/RT）Q不变，温度升高扩散系数增大有利扩散。Q越大温度变化对扩散系数越敏感。杂质：杂质与介质形成化合物降低扩散速度；杂质与空位缔合有利扩散；杂质含量大本征扩散和非本征扩散的温度转折点升高。扩散物质的性质：扩散质点和介质的性质差异大利于扩散扩散介质的结构：结构紧密不利扩散。五、说明影响烧结的因素？（20分）1、粉末的粒度。细颗粒增加了烧结推动力，缩短原子扩散距离，提高颗粒在液相中的溶解度，从而导致烧结过程的加速。2、外加剂的作用。在固相烧结中，有少量外加剂可与主晶相形成固溶体，促进缺陷增加，在液相烧结中，外加剂改变液相的性质（如粘度，组成等），促进烧结。3、烧结温度：晶体中晶格能越大，离子结合也越牢固，离子扩散也越困难，烧结温度越高。保温时间：高温段以体积扩散为主，以短时间为好，低温段为表面扩散为主，低温时间越长，不仅不引起致密化，反而会因表面扩散，改变了气孔的形状而给制品性能带来损害，要尽可能快地从低温升到高温，以创造体积扩散条件。4、气氛的影响：氧化，还原，中性。5、成形压力影响：一般说成型压力越大颗粒间接触越紧密，对烧结越有利。模拟试卷三一.完成下列概念题（15分）1、什么是粘度：单位面积的内磨擦力与速度梯度的比例系数。2、什么是粘附：两种物质在界面上产生相互的吸引而粘结在一起的力。3、什么是表面能：当T,P及组成不变的条件下,增加单位表面积对系统所做的功。4、什么是多晶体织构：多晶体的晶界形状,分布称为多晶体的织构,即显微结构中的晶界构型。5、什么是弗仑克尔缺陷：晶体内部质点由于热起伏的影响,质点从正常位置位移到晶体内部的间隙位置上,正常位置上出现空位。二.给出下列问题的答案（20分）1、UO2+x生成间隙固溶体，写出缺陷反应式？答：UO2+1/2O2--U4++2h。+Oi‘‘+2Oo，1/2O2--Oi,,+2h。。2、CaF2中添加YF3形成间隙固溶体，写出缺陷反应式？答：YF3-(CaF2)-+2FF+Fi‘+YCa。3、ZrO2中添加CaO形成间隙固溶体，写出缺陷反应式？答：2CaO-(ZrO2)-Cai。。+CaZr‘‘+2Oo4、计算Na2O.Al2O3.6SiO2的桥氧数.答：Na2O.Al2O3.6SiO2为钠长石：架状结构；无机络盐形式：Na[AlSi3O8]。钠长石：m=8-2O/Si=8-2*8/（1+3）=45、在萤石晶体中Rca+=0.112nm,RF-=0.131nm,a=0.547nm,求萤石晶体中离子堆积系数？答：萤石位面心立方结构Z=4，4个Ca++离子，8个F-离子，堆积系数=1/a3（4*4/3*3.14*Rca+3+8*4/3*3.14*RF-3）=0.6三.回答下列各题（15分）1、凝聚系统三元相图中液相面其自由度是多少？哪些变量可以改变？答：F=3-2+1=2，温度、组成两个变量可以改变。2、CsCl、NaCl属于何种结构？说明Na+和Cs+离子在结构中的位置？Cl-离子在什么位置，画图说明？答：NaCl为面心立方Cl-离子做紧密堆积排列Na+离子充填全部8面体空隙中。CsCll属于体心立方结构，Cl-离子做紧密堆积排列，Cs+离子在体心位置。3、说明结构松弛的时间长短对熔体形成玻璃的影响？答：熔体内结构调整速率快，粘度小，松弛时间短，则越易形成晶体平衡结构。反之，易形成玻璃。冷却速度大于结构调整速率则易形成玻璃。即：冷却速率q大，Tg高，易形成玻璃。四、分析说明下列各题（20分）1、从[SiO4]的结合以及Si-O-Si键角等方面说明：α-方石英、α-鳞石英、α-石英的结构特征？答：答：α-方石英：以中心对称，Si-O-Si键角180度。α-鳞石英：以过中心的平面为对称面，Si-O-Si键角180度。α-石英：以中心对称，Si-O-Si键角150度。石英的横向转变缓慢，结构重排困难。纵向转变容易，结构变化不大。2、从结构观点出发说明为什么高岭石具有可塑性而长石和石英没有可塑性？答：Al2O3.2SiO2.2H2O为高岭石；无机络盐形式：Al2[Si2O5](OH)4。高岭石：m=8-2O/Si=8-2*5/2=3。高岭石因为是层状结构遇水形成六角片状结构片片之间有毛细管作用，因此，具有可塑性。Na2O.Al2O3.6SiO2为钠长石：架状结构；无机络盐形式：Na[AlSi3O8]。钠长石：m=8-2O/Si=8-2*8/（1+3）=4。钠长石和石英均为架状结构。遇水也不会形成片状结构，因此，无可塑性。五、在如图所示的相图中完成下面各个问题。（30分）1、画出此相图的副三角形？并说明根据什么？答：ΔAEC，ΔAES，ΔBEC，ΔBES。副三角形应该有相应的无变点。2、画出各个界线的温度下降方向？并说明根据什么？答：1-4,3-6,5-6,8-5,7-6,2-3，4-3,4-5。根据连接线规则。3、找出一致分界曲线和不一致分界曲线？说明根据什么？答：一致分界曲线：单箭头，不一致分界曲线：双箭头。根据切线规则。4、判断最低共熔点，双升点（单转熔点），双降点（双转熔点）？并说明根据什么？答：最低共熔点：6.双升点：5，3，双降点：4。根据重心、交叉、共轭位规则。5、写出P点的析晶路线？见图6、P点的最后析晶产物是什么？根据什么判断？答：P点最后析晶产物：B，E，C。（即6点）。根据三角形规则判断析晶点。模拟试卷四一.完成下列问题（15分）1、什么是非化学计量化合物？答：化合物原子数量的比例,不符合定比定律,即非简单的固定比例关系。2、什么是硫型物质？答：物质熔融时体积膨胀，压力升高，熔点升高的物质。3、什么是水型物质？答：象冰一样熔融时体积收缩的物质。压力升高，熔点降低。如：铋、镓、锗、三氯化铁。4、什么是置换固溶体？答：杂质质点置换基质质点形成的固溶体。5、什么是结构松弛？答：熔体冷却到一定温度时,质点(原子,离子,或分子)相应进行重排或调整,以达到该温度下的平衡结构,同时放出能量,这个过程称结构松弛。二.给出下列问题的答案（20分）1、Fe1-xO形成置换固溶体，写出缺陷反应式？答：2FeO+1/2O2--2FeFe2++2h。+VFe‘‘+3Oo，1/2Oo--VFe’‘+2h。+Oo。2、ZrO2中添加CaO形成置换固溶体，写出缺陷反应式？答：CaO-(ZrO2)-Cazr‘‘+Vo。。+Oo3、ZrO2中加入Y2O3置换固溶体，写出缺陷反应式？答：Y2O3-(2ZrO2)-2Yzr‘+3Oo+Vo。。，Y2O3-(2ZrO2)-2YZr3++2e