材料科学基础试题(张联盟版)

材科基试题试题一一.图1是Na2O的理想晶胞结构示意图，试回答：1．晶胞分子数是多少；2．结构中何种离子做何种密堆积；何种离子填充何种空隙，所占比例是多少；3．结构中各离子的配位数为多少，写出其配位多面体；4．计算说明O2-的电价是否饱和；5．画出Na2O结构在（001）面上的投影图。二.图2是高岭石(Al2O3·2SiO2·2H2O)结构示意图，试回答：1．请以结构式写法写出高岭石的化学式；2．高岭石属于哪种硅酸盐结构类型；3．分析层的构成和层的堆积方向；4．分析结构中的作用力；5．根据其结构特点推测高岭石具有什么性质。三.简答题：1.晶体中的结构缺陷按几何尺寸可分为哪几类？2.什么是负扩散？3．烧结初期的特征是什么？4.硅酸盐晶体的分类原则是什么？5.烧结推动力是什么？它可凭哪些方式推动物质的迁移？6.相变的含义是什么？从热力学角度来划分，相变可以分为哪几类？四.出下列缺陷反应式：1.NaCl形成肖特基缺陷；2.AgI形成弗仑克尔缺陷（Ag+进入间隙）；3.TiO2掺入到Nb2O3中，请写出二个合理的方程，并判断可能成立的方程是哪一种？再写出每个方程的固溶体的化学式。4.NaCl溶入CaCl2中形成空位型固溶体五.表面力的存在使固体表面处于高能量状态，然而，能量愈高系统愈不稳定，那么固体是通过何种方式降低其过剩的表面能以达到热力学稳定状态的。六.粒径为1μ的球状Al2O3由过量的MgO微粒包围，观察尖晶石的形成，在恒定温度下，第一个小时有20%的Al2O3起了反应，计算完全反应的时间：⑴用杨德方程计算；⑵用金斯特林格方程计算。七.请分析熔体结构中负离子团的堆积方式、聚合度及对称性等与玻璃形成之关系。八.试从结构和能量的观点解释为什么D晶界D晶内？九.试分析二次再结晶过程对材料性能有何影响？工艺上如何防止或延缓二次再结晶的发生？十.图3是A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题：1．写出点P，R，S的成分；2．设有2kgP，问需要多少何种成分的合金Z才可混熔成6kg成分为R的合金。十一.图4是A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题：1．在图上划分副三角形、用箭头表示各条线上温度下降方向及界线的性质；2．判断化合物D、F的性质；3．写出各三元无变量点的性质及其对应的平衡关系式；4．写出组成点G在完全平衡条件下的冷却结晶过程；5．写出组成点H在完全平衡条件下的冷却结晶过程，写出当液相组成点刚刚到达E4点和结晶结束时各物质的百分含量（用线段比表示）。[参考答案]试题二一、(1)（12分）根据CaTiO3晶胞图（见图1）回答下列问题：1.晶面BCGF、DEG的晶面指数；晶向DF、HA的晶向指数。2.结构中各离子的配位数为多少，写出其配位多面体；3.晶胞分子数是多少？何种离子添何种空隙，空隙利用率是多少？4.结构中是否存在TiO32-离子，为什么？(2)（11分）图2是镁橄榄石(Mg2[SiO4])结构示意图，试回答：1．镁橄榄石属于哪种硅酸盐结构类型；2．计算说明O2-的电价是否饱和；3．结构中有几种配位多而体，各配位多面体间的连接方式怎样?4．镁橄榄石是否容易形成玻璃，为什么？图1图2二、（10分）写出下列缺陷反应式：1.NaCl形成肖脱基缺陷。2.AgI形成弗伦克尔缺陷（Ag+进入间隙）3.TiO2掺入到Nb2O3中，请写出二个合理的方程，写出固溶体的化学式，并判断可能成立的方程是哪一种？三、（10分）判断下列叙述是否正确？若不正确，请改正。1.Na2O-SiO2系统中随SiO2含量的增加，熔体的粘度将降低。2.扩散的推动力是浓度梯度，所有扩散系统中，物质都是由高浓度处向低浓度处扩散。3.晶粒正常长大是小晶粒吞食大晶粒，反常长大是大晶粒吞食小晶粒。4.固溶体是在固态条件下，一种物质以原子尺寸溶解在另一种物质中形成的单相均匀的固体。5.在热力学平衡条件下，二元凝聚系统最多可以3相平衡共存，它们是一个固相、一个液相和一个气相。四、（6分）什么叫弛豫表面？NaCl单晶表面具有什么样的结构特点？五、（6分）巳知Zn2+和Cr2+在尖晶石ZnCrO4中的自扩散系数与温度的关系分别为1.试求1403K时Zn2+和Cr2+在尖晶石ZnCrO4中的扩散系数。2.将细铂丝涂在两种氧化物ZnO和Cr2O3的分界线上，然后将这些压制成型的样品进行扩散退火。（标记物铂丝非常细，不影响离子在不同氧化物之间的扩散）。根据所得数据判断铂丝将向哪一方向移动？六、（6分）为什么在成核一生成机理相变中，要有一点过冷或过热才能发生相变?什么情况下需过冷，什么情况下需过热，各举一个例子。七、（6分）粒径为1μ球状Al2O3由过量的MgO微粒包围，观察尖晶石的形成，在恒定温度下，第一个小时有20%的Al2O3起了反应，分别用扬德方程、金斯特林格方程计算完全反应的时间，对计算结果进行比较并说明为什么？八、（6分）陶瓷材料中晶粒的大小与什么有关？工艺上如何控制晶粒尺寸（请列出三种途径）？九、（26分）图3是A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题：1．在图上划分副三角形、用箭头表示各条界线上温度下降方向及界线的性质；2．判断化合物D、M的性质；3．写出各三元无变量点的性质及其对应的平衡关系式；4．写出组成点G在完全平衡条件下的冷却结晶过程；5．写出组成点H在完全平衡条件下进行加热时，开始出现液相的温度和完全熔融的温度；写出完全平衡条件下进行冷却，结晶结束时各物质的百分含量（用线段比表示）。图3试题三一、根据CaTiO3晶胞图（见图1）回答下列问题（18）：1、晶面BCGF、HAC的晶面指数；晶向DF、AH的晶向指数。2、结构中各离子的配位数为多少，写出其配位多面体；3、晶胞分子数是多少？何种离子添何种空隙，空隙利用率是多少？4、计算说明O2-的电价是否饱和；5、结构中是否存在TiO32-离子，为什么？图1二、下列硅酸盐矿物各属何种结构类型（6）：r-Ca2[Si04]，K[AISi3O8]，CaMg[Si2O6]，Mg3[Si4O10](OH)2，Ca2Al[AlSiO7]，Ca2Mg5[Si4O11]（OH）2三、1、写出下列缺陷反应式（10）：(1)CaCl2溶人NaC1中形成空位型固溶体，并写出固溶体的化学式；(2)NaCl形成肖脱基缺陷。2、为什么间隙型固溶体不能形成无限固溶体？四、硅酸盐熔体的结构特征是什么？从Na2O—SiO系统出发，随引入B2O3量的增加，系统的粘度如何变化，为什么？（10）五、固体是如何降低系统的表面能的，为什么相同组成的固体的表面能总是高于液体的表面能？（8）六、假定碳在α—Fe(体心立方)和γ—Fe（面心立方）中进行扩散，碳在α—Fe中的D0和扩散活化能为0.0079、83600J/mol，碳在γ—Fe中的D0和扩散活化能为0.21和141284J/mol，计算800℃时各自的扩散系数并解释其差别。（6）七、为什么在成核一生成机理相变中，要有一点过冷或过热才能发生相变?什么情况下需过冷，什么情况下需过热，试证明之。（6）八、如果要合成镁铝尖晶石，可供选择的原料为Mg(OH)2、MgO、γ-Al2O3、α-Al2O3，从提高反应速率的角度出发，选择什么原料较好？请说明原因。（6）九、下列过程中哪一个能使烧结体强度增大，而不产生坯体宏观上的收缩?（6分）(a)蒸发冷凝、(b)体积扩散、(c)粘性流动、(d)表面扩散、(e)溶解沉淀十、图2是A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题（24）：1．在图上划分副三角形、用箭头表示各条界线上温度下降方向及界线的性质；2．判断化合物S1、S2、S3的性质；3．写出各三元无变量点的性质及其对应的平衡关系式；4．写出组成点G在完全平衡条件下的冷却结晶过程；5．写出组成为H的混合物在完全平衡条件下进行加热时，开始出现液相的温度和完全熔融的温度；写出组成H的混合物在完全平衡条件下进行冷却，结晶结束时各物质的百分含量（用线段比表示）。图2试题四一、填空题（2×10=20分）1、依据（）之间关系的不同，可以把所有晶体的空间点阵划归为七类，即（）晶系、单斜晶系、（）晶系、三方晶系、正方晶系、六方晶系和（）晶系。2、扩散的基本推动力是（），一般情况下以（）等形式（列出一种即可）表现出来，扩散常伴随着物质的（）。3、晶面族是指（）的一组晶面，同一晶面族中，不同晶面的指数的（）相同，只是（）不同。4、向MgO、沸石、TiO2、萤石中，加入同样的外来杂质原子，可以预料形成间隙型固溶体的固溶度大小的顺序将是（）。5、烧结过程可以分为（）三个阶段，在烧结的中后期，与烧结同时进行的过程是（）。6、液体表面能和表面张力数值相等、量纲相同，而固体则不同，这种说法（是/否）正确，因为（）。7、驰豫表面是指（），NaCl单晶的表面是（）。8、一般的固态反应包括（）两个过程，化学动力学范围是指（）。9、从熔体结构角度，估计长石、辉石(MgO?SiO2)、镁橄榄石三种矿物的高温熔体表面张力大小顺序（）。10、刃性位错的柏氏矢量与位错线呈（）关系，而螺位错两者呈（）关系。二、Zn2+在ZnS中扩散时，563℃时的扩散系数为3×10-14cm2/sec，450℃时的扩散系数为1.0×10-14cm2/sec,（10分）求:(1)扩散的活化能和D0；(2)750℃时的扩散系数。三、根据Mg2[SiO4]在(110)面的投影图回答（10分）：(1)结构中有几种配位多面体，各配位多面体间的连接方式怎样?(2)O2-的电价是否饱和?(3)晶胞的分子数是多少?(4)Si4+和Mg2+所占的四面体空隙和八面体空隙的分数是多少?黑球：Si4+小白球：Mg2+大白球：O2-图2四、铜在过冷的液体中均匀形核，设晶胚为球状，半径为r。已知△Gv=—3.6×106J/cm3；液固界面的界面能为σ=0.15J/cm2；铜为面心立方结构，其点阵常数a=0.361nm,1nm=10-7cm。（10分）求:(1)根据能量方程导出临界晶核半径r*的表达式，并计算其大小；(2)求出临界晶核中的原子个数。五、熔体结晶时（10分）：(1)讨论温度对总结晶速率的影响；(2)指出在哪一温度范围内对形成玻璃有利，为什么？六、1．写出下列缺陷方应方程式。（5分）1）TiO2加入到A12O3中（写出两种）；2）NaCl形成肖脱基缺陷。2．画出体心立方点阵的晶胞结构图，并在图中作出(112)晶面和晶向。（5分）3．实验室要合成镁铝尖晶石，可供选择的原料为Mg(OH)2、MgO、Al2O3·3H2O、γ-Al2O3、α-Al2O3。从提高反应速率的角度出发，选择什么原料较好？请说明原因。（5分）七、如图A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题（25分）：1．在图上划分副三角形、用箭头表示各条界线上温度下降方向及界线的性质；2．判断化合物F、G、H的性质；3．写出各三元无变量点的性质及其对应的平衡关系式；4．写出组成点M1在完全平衡条件下的冷却结晶过程；5．写出组成点M2在完全平衡条件下进行加热时，开始出现液相的温度和完全熔融的温度；写出完全平衡条件下进行冷却，结晶结束时各物质的百分含量（用线段比表示）。图2试题五一、填空题（1´10=10分）1、密排六方结构（等径球堆积）单位晶胞中分子数是（），配位数是（）。2、Fick扩散第二定律的一维表达式为（）。3、当晶核剂和晶核具有（）时，对核化最有利。4、广义材料腐蚀是指材料由于（）而引起的破坏和变质过程。5、烧结中后期所伴随的（）等，决定了材料显微结构的形成，也决定了材料最终的性质或性能。6、固态物质的反应活性通常（），当反应物之一存在多晶转变时则转变温度通常也是（）。7、从熔融态向玻璃态转化的过程是可逆的和渐变的，是在（）范围内完成，无固定熔点。8、刃位错的柏氏矢量与位错线呈（）关系。二、晶体结构-性质关系（20分）1、根据下图的萤石结构图回答下列问题（14分）：1）指出萤石结构中正负离子的堆积方式（两种方式）；2）写出结构中正负离子的配位数及其配位多面体；3）Ca2+离子的配位多面体之间是如何连接的？4）在