无机材料科学基础教程考试题库

无机材料科学基础试卷7

一、 名词解释（20分） 1、正尖晶石、反尖晶石； 2、线缺陷、面缺陷；

3、晶子学说、无规则网络学说； 4、可塑性、晶胞参数； 二、选择题（10分）

1、下列性质中（ ）不是晶体的基本性质。

A、自限性 B、最小内能性 C、有限性 D、各向异性

2、晶体在三结晶轴上的截距分别为2a、3b、6c。该晶面的晶面指数为（ ）。

A、（236） B、（326） C、（321） D、（123）

3、依据等径球体的堆积原理得出，六方密堆积的堆积系数（ ）立方密堆积的堆积系数。

A、大于 B、小于 C、等于 D、不确定

4、某晶体AB，A—的电荷数为1，A—B键的S=1/6，则A+的配位数为（ ）。

A、4 B、12 C、8 D、6

5、在单位晶胞的CaF2晶体中，其八面体空隙和四面体空隙的数量分别为（ ）。

A、4，8 B、8，4 C、1，2 D、2，4 6、在ABO3(钙钛矿)型结构中，B离子占有（ ）。 A、四面体空隙 B、八面体空隙 C、立方体空隙 D、三方柱空隙晶体

7、在硅酸盐熔体中，当R=O/Si减小时，相应熔体组成和性质发生变化，熔体析晶能力（ ），熔体的黏度（ ），低聚物数量（ ）。 A、增大 B、减小 C、不变 D、不确定

8、当固体表面能为1.2J/m2，液体表面能为0.9 J/m2，液固界面能为1.1 J/m2时，

降低固体表面粗糙度，（ ）润湿性能。 A、降低 B、改善 C、不影响

9、一种玻璃的组成为32.8%CaO，6.0 Al2O3%，61.2 SiO2%，此玻璃中的Al3+可视为网络（ ），玻璃结构参数Y=（ ）。

A、变性离子，3.26 B、形成离子，3.26 C、变性离子，2.34 D、形成离子，2.34

10、黏土泥浆胶溶必须使介质呈（ ）。

A、酸性 B、碱性 C、中性

11、可以根据3T曲线求出熔体的临界冷却速率。熔体的临界冷却速率越小，就

（ ）形成玻璃。

A、越难 B、越容易 C、很快 D、缓慢

12、晶体结构中一切对称要素的集合称为（ ）。

A、对称型 B、点群 C、微观对称的要素的集合 D、空间群 三、填空（15分）

1、a=b≠c α=β= 900，γ=1200的晶体属（ ）晶系。

2、晶体的对称要素中宏观晶体中可能出现的对称要素种类有（ ）、（ ）、（ ）、（ ）。

3、六方紧密堆积的原子密排面是晶体中的（ ）面，立方紧密堆积的原子密排面是晶体中的（ ）面。

4、TiO2在还原气氛中可形成（ ）型非计量化合物，可形成（ ）型半导体，缺陷浓度与氧分压的1/6次方成（ ），如果减少周围氧气的分压，TiO2-x的密度将（ ）。

5形成连续固溶体的条件是（ ）、（ ）和（

）。

6、晶体的热缺陷有（ ）和（ ）两类，热缺陷浓度与温度的关系式为（ ）。

7、Ca-黏土泥浆胶溶时，加入NaOH和Na2SiO3电解质，（ ）效果好？

8、黏土带电荷的主要原因是（ ）、（ ）和（ ），黏土所带静电荷为（ ）。

四、问答题（45分）

1、试比较伊利石和蒙脱石的结构特点。（10分）

2、试解释说明为什么在硅酸盐结构中Al3+经常取代[SiO4]中Si4+，但Si4+一般不会置换[AlO6]中的Al3+？（（配位数为6时，S14＋、A13＋和O2－的离子半径分别为0.40Å、0.53Å和1.40Å；配位数为4时，一离子半径依次为0.26Å、0.40Å和1.38Å））。（8分）

3、网络变性体（如Na2O）加到石英玻璃中，使硅氧比增加。实验观察到当O/Si=2.5~3时，即达到形成玻璃的极限，根据结构解释为什么在2五、计算题（10分）

有两种不同配比的玻璃，其组成如下： 序号 1 2 Na2O mol％ 10 20 Al2O3mol％ 12 6 SiO2mol％ 78 74 试用玻璃结构参数说明两种玻璃高温下粘度的大小？

无机材料科学基础试卷七答案及评分标准

二、 名词解释（20分） 1、正尖晶石、反尖晶石；

正尖晶石；在AB2O4尖晶石结构中， A离子占据四面体空隙，B离子占据八面体空隙的尖晶石。（2.5分）

反尖晶石：如果半数的B离子占据四面体空隙，A离子和另外半数的B离子占据八面体空隙则称反尖晶石。（2.5分） 2、线缺陷、面缺陷；

线缺陷：指在一维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列所产生的缺陷。

面缺陷：指在两维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列所产生的缺陷。

3、晶子学说、无规则网络学说；

晶子学说：认为玻璃结构是一种不连续的原子（晶子）的结合体，即无数“晶子”分散在无定形介质中，“晶子”的化学性质和数量取决于玻璃的化学组成，“晶子”不同于一般微晶，而是带有晶格极度变形的微小有序区域，在“晶子”中心质点排列较有规律，越远离中心则变形程度越大，从“晶子”部分到无定形部分的过渡是逐步完成的，两者之间无明显界面。（2.5分）

无规则网络假说：凡是成为玻璃态的物质和相应的晶体结构一样，也是由一个三度空间网络所构成。这种网络是由离子多面体（三角体或四面体）构筑起来的。晶体结构网是由多面体无数次有规律重复构成，而玻璃中结构多面体的重复没有规律性。（2.5分） 4、可塑性、晶胞参数；

可塑性：粘土与适当比例的水混合均匀制成泥团，该泥团受到高于某一个数值剪应力作用后，可以塑造成任何形状，当去除应力泥团能保持其形状，这种性质称为可塑性。（2.5分）

晶胞参数：表示晶胞的形状和大小可用六个参数即三条边棱的长度a、b、c和三条边棱的夹角α、β、γ即为晶胞参数。 二、选择题（10分、3个2分)

1、C；2、C；3、C；4、D；5、A；6、B；7、B，A，B；8、A；9、B、B；10、B；11、B；12、D

三、填空（15分、3个2分） 1、六方

2、对称中心、对称面、对称轴、倒转轴 3、（0001）、（111）

4、阴离子缺位型、n、反比、减小

5、│（rl-r2）/rl│<15％、相同的晶体结构类型、离子价相同或离子价总和相等

6、弗伦克尔缺陷、肖特基缺陷、n/N=exp（-∆Gf/2kT） 7、Na2SiO3

8、黏土晶格内离子的同晶置换、黏土边面断裂、黏土内腐殖质离解、负 六、问答题（45分、每小题10分）

5、（10分）答：伊利石和蒙脱石是2：l型结构（1分），其结构皆属于单斜晶系；都存在同晶取代，蒙脱石同晶取代主要发生在八面体层中（2分），而伊利石是发生在硅氧面体层中（2分）；蒙脱石的电荷不平衡由进入层间的水化阳离子补偿，这种水化阳离子在层间无固定位置，结合力弱，容易被交换出来（2分）；伊利石的电荷不平衡由进入层间的K+离子补偿，K+离子有固定位置和配位数，结合较牢固（2分），因此蒙脱石的阳离子交换能力比伊利石强，蒙脱石结构中有层间水，并有膨胀性，而伊利石没有（1分）。 6、（8分）答：CN=4, rAl3+/ro2-=0.4/1.38=0.29,Al3+四配位稳定，故在硅酸盐结构中Al3+经常取代[SiO4]中Si4+形成[AlO4]；（4分）CN=6，rSi4+/ro2-=0.4/1.38=0.29,Si4+四配位稳定，六配位不稳定，故在硅酸盐结构中Si4+一般不会置换[AlO6]中的Al3+，形成[SiO6]。（4分）

7、（8分）答：在28、（9分）答：润湿：固体与液体接触后，体系（固体+液体）的吉布斯自由能降低时，就称润湿。（1分）

改善润湿的方法有：①降低γSL S、V 两相组成尽量接近；（2分）

②降低γLV 在液相中加表面活性剂；（2分） ③提高γSV 去除固体表面吸附膜；（2分） ④改变粗糙度。（2分）

5、完成下列缺陷反应式（10分）

''2O32O32FeOFe2FeFeVO2OO 或 3FeOFe2FeFeFei3OO (5分)

2YF3CaFYCaFi'2FF

''22YF3CaF2YCaVCa6FF (5分)

七、计算题（10分）

或

解：1#玻璃：Na2O/ Al2O3=10/12<1，所以Al3+在玻璃中起网络变性离子的作用（1分） R1=（10+12*3+78*2）/78=2.59 X1=2*2.59-4=1.18 Y1=4-1.18=2.82 （3分）

2#玻璃：Na2O/ Al2O3=20/6>1，所以Al3+在玻璃中起网络形成离子的作用（1分） R2=（20+6 *3+74*2）/（74+6*2）=2.16 X2=2*2.16-4=0.32 Y2=4-0.32=3.68（3分）

因而Y1R2 即2#玻璃桥氧分数大于1#, O/Si比小于1#玻璃,所以在高温下1#熔体黏度小于2#. （2分）

无机材料科学基础试卷八

三、 名词解释（20分） 1、类质同晶、同质多晶； 2、点缺陷、热缺陷； 3、缩聚、解聚；

4、聚沉值、晶面指数； 二、选择题（10分）

1、依据等径球体的堆积原理得出，立方密堆积的堆积系数（ ）体心立方堆积的堆积系数。

A、大于 B、小于 C、等于 D、不确定

2、晶体在三结晶轴上的截距分别为2a、3b、6c。该晶面的晶面指数为（ ）。

A、（236） B、（326） C、（321） D、（123） 3、下列性质中（ ）不是晶体的基本性质。

A、自限性 B、最小内能性 C、有限性 D、各向异性 4、在单位晶胞的CaF2晶体中，其八面体空隙和四面体空隙的数量分别为（ ）。

A、4，8 B、8，4 C、1，2 D、2，4

5、一种玻璃的组成为Na2O.1/3Al2O3.2SiO2，此玻璃中的Al3+可视为（ ），玻璃结构参数 Y= （ ）。

A、 变性离子；2 B、 形成离子；2 C、 变性离子；3.5 D、形成离子；3.5

6、金红石晶体中，所有O2-作稍有变形的立方密堆排列，Ti4+填充了（ ）。

A、 全部四面体空隙 B、全部八面体空隙 C、 1/2四面体空隙 D、 1/2八面体空隙

7、滑石（3MgO·4SiO2·H2O）和高岭土（Al2O3·2SiO2·2H2O）分别属于（ ）层状结构的硅酸盐矿物。

A、 1：1和2：1 B、 2：1和1：1 C、 3：1 和2：1

8、在硅酸盐熔体中，当R=O/Si减小时，相应熔体组成和性质发生变化，熔体析晶能力（ ），熔体的黏度（ ），低聚物数量（ ）。 A、增大 B、减小 C、不变 D、不确定

9、当固体表面能为1.2J/m2，液体表面能为0.9 J/m2，液固界面能为1.1 J/m2时增加固体表面光滑度，（ ）润湿性能。

A、降低 B、改善 C、不影响 10、粘土泥浆胶溶必须使介质呈（ ）

A、酸性 B、碱性 C、 中性 11、晶体结构中一切对称要素的集合称为（ ）。

A、对称型 B、点群 C、微观对称的要素的集合 D、空间群 12、可以根据3T曲线求出熔体的临界冷却速率。熔体的临界冷却速率越大，就（ ）形成玻璃。

A、越难 B、越容易 C、很快 D、缓慢 三、填空（15分）

1、黏土带电荷的主要原因是（ ）、（ ）和（ ），黏土所带静电荷为（ ）。

2、晶体的对称要素中微观对称要素种类有（ ） 、（ ）、（ ）。

3、由于（ ） 的结果，必然会在晶体结构中产生“组分缺陷”， 组分缺陷的浓度主要取决于：（ ） 和 （ ） 。 4、UO2+x在氧化气氛中可形成（ ）型非计量化合物，可形成（ ）型半导体，缺陷浓度与氧分压的1/6次方成（ ），如果减少周围氧气的分压，UO2+x的密度将（ ）。

5、b 与位错线（ ）的位错称为刃位错，可用符号（ ）表示；b 与位错线（ ）的位错称为螺位错，可用符号（ ）表示。 6、a=b≠c α=β= 900，γ=1200的晶体属（ ）晶系。

7、立方紧密堆积的原子密排面是晶体中的（ ）面，六方紧密堆积的原子密排面是晶体中的（ ）面。

8、为使瘠性料泥浆悬浮，一般常用的两种方法是（ ）和（ ）

八、问答题（40分）

1、简述硅酸盐晶体结构分类的原则和各类结构中硅氧四面体的形状。（12分） 2、试述B2O3中加入Na2O后,结构发生的变化,解释硼酸盐玻璃的硼反常现象？（9分）

3、用KCl和CaCl2分别稀释同一种黏土泥浆，当电解质加入量相同时，试比较两种泥浆下列性质的差异。（10分）

（1）泥浆的流动性 （2）泥浆的触变性 （3）泥浆的可塑性 （4）坯体的致密度 （5）黏土的ζ电位

4、在硅酸盐晶体结构中， [SiO4]四面体或孤立存在，或共顶连接，而不共棱，更不共面，解释之。（9分） 九、计算题（15分）

CeO2为萤石结构，其中加入0.15molCaO形成固溶体,实验测得固溶体晶胞参数a0=0.542nm,测得固溶体密度ρ=6.54g/cm3,试计算说明固溶体的类型？(其中Ce=140.12,Ca=40.08,O=16)

无机材料科学基础试卷八答案及评分标准

四、 名词解释（20分） 1、类质同晶、同质多晶；

同质多晶：化学组成相同的物质，在不同的热力学条件下结晶成结构不同的晶体的现象，称为同质多晶现象。（2.5分）

类质同晶：物质结晶时，其晶体结构中本应由某种离子或原子占有的配位位置，一部分被介质中性质相似的它种离子或原子占有，共同结晶成均匀的呈单一相的混合晶体，但不引起键性或晶体结构型式发生质变的现象称为类质同晶。（2.5分）

2、点缺陷、热缺陷；

点缺陷：三维方向上缺陷尺寸都处于原子大小的数量级上。（2.5分） 热缺陷：晶体温度高于绝对0K时，由于热起伏使一部分能量较大的质点（原子或离子）离开平衡位置所产生的空位和/或间隙质点。（2.5分）

3、缩聚、解聚；

聚合：由分化过程产生的低聚合物，相互作用，形成级次较高的聚合物，同时释放出部分Na2O，这个过程称为缩聚，也即聚合。（2.5分）

解聚：在熔融SiO2中，O/Si比为2：1，[SiO4]连接成架状。若加入Na2O则使O/Si比例升高，随加入量增加，O/Si比可由原来的2：1逐步升高到4：1，[SiO4]连接方式可从架状变为层状、带状、链状、环状直至最后断裂而形成[SiO4]岛状，这种架状[SiO4]断裂称为熔融石英的分化过程，也即解聚。（2.5分） 4、聚沉值、晶面指数；

聚沉值：凡能引起溶胶明显聚沉（如溶胶变色浑浊）所需外加电解质的最小浓度称为聚沉值。（2.5分）

晶面指数：结晶学中经常用（hkl）来表示一组平行晶面，称为晶面指数。数字hkl是晶面在三个坐标轴（晶轴）上截距的倒数的互质整数比。（2.5分） 五、 选择题（10分）

1、A；2、C；3、C；4、A；5、D，D；6、D；7、B；8、B、A、B；9、B；10、B；11、D；12、A

三、填空（15分）(3个2分)

1、黏土晶格内离子的同晶置换、黏土边面断裂、黏土内腐殖质离解、负 2、平移轴、像移面、螺旋轴

3、不等价置换、搀杂量（溶质数量）、固溶度

4、阴离子间隙型、P、正比、增大 5、垂直、┴、平行、 6、六方

7、（111）、（0001）

8、控制料浆的pH值、有机表面活性物质的吸附 十、问答题（40分）

3、（12分）答：硅酸盐晶体结构分类的原则：结构中硅氧四面体的连接方式。（2分）

各类结构中硅氧四面体的形状：岛状结构：四面体；组群状结构；（2分）双四面体、三节环、四节环和六节环；（2分）链状结构：单链、双链；（2分）层状结构：平面层；（2分）架状结构：三维空间延伸的骨架。（2分）

4、（9分）答：B2O3中加入Na2O后, Na2O所提供的氧使[BO3]三角体变成[BO4]四面体，导致B2O3玻璃结构由两度空间的层状结构部分转变为三维的架状结

构，从而加强了网络，并使玻璃的各种物理性质变好，这与相同条件下的硅酸盐玻璃相比，其性质随R2O或RO加入量的变化规律相反， 出现硼酸盐玻璃的硼反常现象。

3、（10分）答：（1）泥浆的流动性 KCl >CaCl2 （2分） （2）泥浆的触变性 KCl < CaCl2 （2分） （3）泥浆的可塑性 KCl l< CaCl2 （2分） （4）坯体的致密度 KCl > CaCl2 （2分） （5）黏土的ζ电位 KCl l> N CaCl2 （2分）

4、（9分）答：在硅酸盐晶体结构中， [SiO4]四面体中的Si4+是高电价低配位的阳离子，以共棱、共面方式存在时，两个中心阳离子（Si4+）间距离较近、排斥力较大，所以不稳定，而孤立存在，或共顶连接。 十一、 计算题（15分）

CeO2••CaOCaVOOCeO （1） （4分）

ZrO2Cai••2OOCaOCaCe （2） （4分）

由(2)式知其固溶体的化学式：Ce0.85Ca0.15O1.85（1）式固溶式为： （1.5分）

4(0.85140.120.1540.081.8516) D01＝＝6.456g37323cm(0.54210)6.0210（1.5分）

（2）式固溶式为： （1.5分） 由(1)式知固溶体的化学式：Ce0.925Ca0.15O2

4(0.925140.120.1540.08216)g D02＝6.995cm3(0.542107)36.021023（1.5分）

实测D＝6.54g/cm3 ，接近D01，说明方程(1)合理， （1分） 固溶体化学式 ：Ce0.85Ca0.15O1.85 为氧空位型固溶体。

无机材料科学基础试卷九

一、名词解释（20分）：

1. 不一致熔融化合物，连线规则 2. 非本征扩散，稳定扩散

3. 非均匀成核, 一级相变， 4. 晶粒生长，二次再结晶 二、选择题（12分）：

1. 据范特荷夫规则,纯固相反应，反应过程是（ ）

A.放热过程 B.等温过程 C.吸热过程

2. 在反应温度下，当固相反应的某一相发生晶型转变时，反应速度是（ ） A. 无影响 B. 加快 C. 减慢

3. 表面扩散系数Ds，界面扩散系数Dg，晶格扩散系Db的关系是（ ） A.Ds﹥Dg﹥Db B. Ds﹥Db﹥Dg C.Db﹥Ds﹥Dg D. Db﹥Dg﹥Ds

4. 同一种物质在晶体中的扩散系数（ ）在玻璃中的扩散系数 A．大于 B．等于 C．小于 D．不确定 5. A，B进行反应生成AmBn,为扩散控制的固相反应，若DB》DA，则在AmBn-A界面上，反应物B的浓度CB为（ ） A.1 B.0 C.不确定

6. 烧结中晶界移动的推动力是（ ）

A.表面能 B.晶界两侧自由焓差 C.空位浓度差 7. 陶瓷经烧结后在宏观上的变化表述不正确的是（ ）

A.强度增加 B.体积收缩 C.气孔率降低 D.致密度减少 8. 金斯特林格方程采用的反应截面模型为（ ）

A.平板 B.球体 C.球壳 D.圆柱

9. 下列过程中，哪一个能使烧结体的强度增加而不引起坯体收缩？ A.蒸发-凝聚 B.体积扩散 C.流动传质 D.溶解-沉淀 10. 下列属于逆扩散过程的是（ ）

A. 二次再结晶 B.杂质的富集于晶界 C.布朗运动 11. 在制造透明Al2O3陶瓷材料时，原料粉末的粒度为2μm，在烧结温度下保温30分钟，测得晶粒尺寸为10μm。若在同一烧结温度下保温4小时，晶粒

尺寸为（ ）, 为抑制晶粒生长加入0.1％MgO，此时若保温4小时，晶粒尺寸为（ ）。

A. 16μm B. 20μm C. 24μm D. 28μm 三、填空题（18分）

1. 烧结的主要传质方式有蒸发-凝聚传质、扩散传质、流动传质和溶解-沉淀传质四种，产生这四种传质的原因依次为（ ）、（ ）、（ ）和（ ）。

2. 均匀成核的成核速率Iv由 （ ） 和 （ ） 因子所决定的。

3. 菲克第一定律的应用条件是（ ），菲克第二定律的应用条件是（ ）。

4. 液-固相变过程的推动力为（ ） 、 （ ） 和 （ ）。

5. 固体内粒子的主要迁移方式有（ ） 、 （ ）。

6. 如晶体纯度降低，扩散系数与温度关系曲线中本征与非本征扩散的转折点（ ）。

7. 合成镁铝尖晶石，可选择的原料为MgCO3 , MgO, γ-Al2O3, α-Al2O3, 从提高反应速率的角度出发选择（ ），（ ）原料较好。

8. 在均匀成核时，临界成核位垒ΔGk=（ ）,其值相当于

（ ）

具有临界半径rk的粒子数nk/N=

（ ）。

9. 液-固相变时，非均匀成核位垒与接触角θ有关，当θ为（ ）时，非均匀成核位垒与均匀成核位垒相等。

10. 成核生长机理的相变过程需要有一定的过冷或过热，相变才能发生，在（ ）情况下需要过冷。 11. 在制硅砖时，加入氧化铁和氧化钙的原因

（ ），能否加入氧化铝（ ）。

12. 在液相线以下的分相区的亚稳区内，其分解机理为（ ），新相成（

）状，不稳定区的分解机理为（ ），新相成（ ）状。 四、简答题（32分）

1. 影响固相反应的因素有那些？（6分）

2. 从热力学、动力学特性、形貌等对比不稳分解和均匀成核成长这两种相变过程。如何用实验方法区分这两种过程？（9分）

3．晶界移动遇到气孔时会出现几种情况，从实现致密化目的考虑，晶界应如何移动？怎样控制？（10分）

4.试比较杨德尔方程和金斯特林格方程的优缺点及其适用条件。（7分） 五、相图分析（18分）

右图为生成一个三元化合物的三元相图， 1. 判断三元化合物N的性质，说明理由？

2. 标出边界曲线的温降方向（转熔界限用双箭头）； 3. 指出无变量点的性质（L、K、M）； 4. 分析点1，2的结晶路程；

5. 计算2点液相刚到结晶结束点和结晶结束后各相的含量

无机材料科学基础试卷九标准答案与评分标准

一、名词解释（20分）：

1. 不一致熔融化合物, 连线规则

答： 不一致熔化合物是一种不稳定的化合物，加热到一定温度会发生分解，分解产物是一种液相和一种固相，液相和固相的组成与化合物组成都不相同。（2.5分）

连线规则：将一界线（或其延长线）与相应的连线（或其延长线）相交，其交点是该界线上的温度最高点。（2.5分） 2. 非本征扩散，稳定扩散

非本征扩散：受固溶引入的杂质离子的电价和浓度等外界因素所控制的扩散。或由不等价杂质离子取代造成晶格空位，由此而引起的质点迁移。（2.5）

稳定扩散：若扩散物质在扩散层dx内各处的浓度不随时间而变化，即dc/dt=0。这种扩散称稳定扩散。（2.5分） 3. 非均匀成核, 一级相变，

非均匀成核：是指借助于表面、界面、微粒裂纹器壁以及各种催化位置等而形成晶核的过程（2.5）

一级相变：体系由一相变为另一相时，如两相的化学势相等但化学势的一级偏微商(一级导数)不相等的称为一级相变。（2.5） 4. 晶粒生长，二次再结晶

晶粒生长：平衡晶粒尺寸在不改变其分布的情况下，连续增大的过程。（2.5分）

二次再结晶：是少数巨大晶粒在细晶消耗时成核长大的过程。（2.5分）

二、选择题（12分）：每题1分

1. A 2.B 3. A 4. C 5.B 6.B 7. D 8.B 9.A 10. B 11.D, B

三、填空题（18分）（每空0.7分）

1. 压力差、空位浓度差、应力-应变和溶解度；

2. 受核化位垒影响的成核率因子、受原子扩散影响的成核率因子 3. 稳定扩散、不稳定扩散

4. 过冷度、过饱和浓度、过饱和蒸汽压 5. 空位机构、间隙机构 6. 向左

7. MgCO3、 α-Al2O3

8. 1/3Akγ、新相界面能的1/3、exp（-ΔGk/RT） 9. 180º 10. 相变过程放热

11. 作为矿化剂，产生不同晶型石英溶解度不同的液相，不能

12. 成核-生长机理、孤立的球形颗粒、旋节分解区（Spinodale）、高度连续性的非球形颗粒。 五、简答题（32分）

1．影响固相反应的因素有那些？

答：影响固相反应的因素有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。（6分）

2．从热力学、动力学特性、形貌等对比不稳分解和均匀成核成长这两种相变过程。如何用实验方法区分这两种过程？（9分）

答：不稳分解：在此区域内，液相会自发分相，不需要克服热力学势垒，无成核-长大过程，分相所需时间极短，第二相组成随时间连续变化，在不稳分解分相区内，随着温度的降低、时间的延长，析出的第二相在母液中相互贯通，形成蠕虫状结构。（4分）

成核-生成：在此区域内，在热力学上，系统对微小的组成起伏是亚稳的，形成新相需要做功，即存在成核势垒，新相形成如同结晶过程的成核-长大机理，分相所需时间长，分出的第二相组成不随时间变化。随着温度的降低、时间的延长，析出的第二相在母液中逐渐长大，形成孤立球状结构。（4分）

用TEM观察分相以后形貌，若两相无明显的连续性，第二相呈孤立球状，则为成核-生长分相；若两相形成互相交织的\"蠕虫状\"，则为不稳分解相变过程。（1分）

3．晶界移动遇到气孔时会出现几种情况，从实现致密化目的考虑，晶界应如何移动？怎样控制？（10分）

答：烧结初期，晶界上气孔数目很多，此时气孔阻止晶界移动，Vb=0。（2分）烧结中、后期，温度控制适当，气孔逐渐减少。可以出现Vb=Vp，此时晶界带动气孔以正常速度移动，使气孔保持在晶界上，气孔可以利用晶界作为空位传递的快速通道而迅速汇集或消失。（2分）继续升温导致Vb》Vp，晶界越过气孔而向曲率中心移动，气孔包入晶体内部，只能通过体积扩散排除，这是十分困难的。（2分）

从实现致密化目的考虑，晶界应带动气孔以正常速度移动，使气孔保持在晶界上，气孔可以利用晶界作为空位传递的快速通道而迅速汇集或消失。（2分）

控制方法：控制温度，加入外加剂等。（2分）

4.答：杨德尔方程在反应初期具有很好的适应性，但杨氏模型中假设球形颗粒反应截面积始终不变，因而只适用反应初期转化率较低的情况。（4分）而金氏模型中考虑在反应进程中反应截面积随反应进程变化这一事实，因而金氏方程适用范围更广，可以适合反应初、中期。两个方程都只适用于稳定扩散的情况。（4分）

六、相图分析（18分）

右图为生成一个三元化合物的三元相图， 1.判断三元化合物N的性质，说明理由？

不一致熔融三元化合物，因其组成点不在其 初晶区内。（1分）

2.标出边界曲线的温降方向（转熔界限用双箭头）； 见图 （3分）

3.指出无变量点的性质（L、K、M）；（3分）

M ：低共溶点 L ：低共溶点 K ：单转熔点

4.析点1，2的结晶路程；（6分）

（2分）

（1分）

（2分）

（1分）

5. 计算2点液相刚到结晶结束点和结晶结束后各相的含量。 2点液相刚到结晶结束点时存在B、N、液相L L%= fM2/FL N%=（L2/Lf）（Bf/NB） B%=（L2/Lf）（Nf/NB） （3分）

结晶结束后存在N、B、C，各相的含量过2点作平行线或用双线法求得，

N%=hc C%=gn B%=gh

无机材料科学基础试卷十

一、名词解释（20分）：

1. 一致熔融化合物，三角形规则 2. 非本征扩散，稳定扩散 3. 非均匀成核, 一级相变， 2. 晶粒生长，二次再结晶 二、选择题（12分）：

1. 陶瓷经烧结后在宏观上的变化表述不正确的是（ ）

A.强度增加 B.体积收缩 C.气孔率降低 D.致密度减少 2. 在反应温度下，当固相反应的某一相发生晶型转变时，反应速度是（ ） A. 无影响 B. 加快 C. 减慢

3. 表面扩散系数Ds，界面扩散系数Dg，晶格扩散系Db的关系是（ ） A.Ds﹥Dg﹥Db B. Ds﹥Db﹥Dg C.Db﹥Ds﹥Dg D. Db﹥Dg﹥Ds 4. 下列属于逆扩散过程的是（ ）

A. 二次再结晶 B.杂质的富集于晶界 C.布朗运动

5. A，B进行反应生成AmBn,为扩散控制的固相反应，若DB》DA，则在AmBn-A界面上，反应物B的浓度CB为（ ） A.1 B.0 C.不确定 6. 烧结中晶界移动的推动力是（ ）

A.表面能 B.晶界两侧自由焓差 C.空位浓度差 7. 同一种物质在晶体中的扩散系数（ ）在玻璃中的扩散系数 A．大于 B．等于 C．小于 D．不确定 8. 金斯特林格方程采用的反应截面模型为（ ） A.平板 B.球体 C.球壳 D.圆柱

9. 下列过程中，哪一个能使烧结体的强度增加而不引起坯体收缩？ A.蒸发-凝聚 B.体积扩散 C.流动传质 D.溶解-沉淀 10.纯固相反应，反应过程是（ ）

A.放热过程 B.等温过程 C.吸热过程

11. 在制造透明Al2O3陶瓷材料时，原料粉末的粒度为2μm，在烧结温度下保温30分钟，测得晶粒尺寸为10μm。若在同一烧结温度下保温4小时，晶粒尺寸为（ ）, 为抑制晶粒生长加入0.1％MgO，此时若保温4小时，晶粒尺寸为（ ）。

A. 16μm B. 20μm C. 24μm D. 28μm 三、填空题（18分）

1. 烧结的主要传质方式有蒸发-凝聚传质、扩散传质、流动传质和溶解-沉淀传质四种，产生这四种传质的原因依次为（ ）、（ ）、（ ）和（ ）。

2. 均匀成核的成核速率Iv由 （ ） 和 （ ） 因子所决定的。

3. 菲克第一定律的应用条件是（ ），菲克第二定律的应用条件是（ ）

4. 液-固相变过程的推动力为（ ） 、 （ ） 和 （ ）。 5. 固体内粒子的主要迁移方式有（ ） 、 （ ）。 6. 如杂质的量增加，扩散系数与温度关系曲线中本征与非本征扩散的转折点（ ）。

7. 合成镁铝尖晶石，可选择的原料为MgCO3 , MgO, γ-Al2O3, α-Al2O3, 从提高反应速率的角度出发选择（ ），（ ）原料较好。

8. 在均匀成核时，临界成核位垒ΔGk=（ ）,其值相当于（ ） 具有临界半径rk的粒子数nk/N= （ ）。

9. 液-固相变时，非均匀成核位垒与接触角θ有关，当θ为（ ）时，非均匀成核位垒为零。

10. 成核生长机理的相变过程需要有一定的过冷或过热，相变才能发生，在（ ）情况下需要过冷。 11. 在制硅砖时，加入氧化铁和氧化钙的原因

（ ），能否加入氧化铝（ ）。

12. 在液相线以下的分相区的亚稳区内，其分解机理为（ ），新相成（

）状，不稳定区的分解机理为（ ），新相成（ ）状。 四、简答题（30分）

1. 试比较杨德尔方程和金斯特林格方程的优缺点及其适用条件。（8分） 2. 相变过程的推动力是什么？（8分）

3．晶界移动遇到气孔时会出现几种情况，从实现致密化目的考虑，晶界应如何移动？怎样控制？ （8分） 4.说明影响扩散的因素？（6分）

六、相图分析（20分）

下图为CaO-A12O3-SiO2系统的富钙部分相图，对于硅酸盐水泥的生产有一定的参考价值。试：

1、画出有意义的付三角形；

2、用单、双箭头表示界线的性质；

3、说明F、H、K三个化合物的性质和写出各点的相平衡式； 4、分析M#熔体的冷却平衡结晶过程并写出相变式； 5、并说明硅酸盐水泥熟料落在小圆圈内的理由；

6、为何在缓慢冷却到无变量点K（1455℃）时再要急剧冷却到室温？

无机材料科学基础试卷十标准答案与评分标准

一、名词解释（20分）： 1. 一致熔融化合物，三角形规则

答：一致熔融化合物是一种稳定的化合物，与正常的纯物质一样具有固定的熔点，熔化时，产生的液相与化合物组成相同。（2.5分）

三角形规则：原始熔体组成点所在副三角形的三个顶点表示的物质即为其结晶产物；与这三个物质相应的初初晶区所包围的三元无变量点是其结晶结束点。（2.5分）

4. 非本征扩散，稳定扩散

非本征扩散：受固溶引入的杂质离子的电价和浓度等外界因素所控制的扩散。或由不等价杂质离子取代造成晶格空位，由此而引起的质点迁移。（2.5） 稳定扩散：若扩散物质在扩散层dx内各处的浓度不随时间而变化，即dc/dt=0。这种扩散称稳定扩散。（2.5分） 5. 非均匀成核, 一级相变，

非均匀成核：是指借助于表面、界面、微粒裂纹器壁以及各种催化位置等而形成晶核的过程（2.5）

一级相变：体系由一相变为另一相时，如两相的化学势相等但化学势的一级偏微商(一级导数)不相等的称为一级相变。（2.5）

4. 晶粒生长，二次再结晶

晶粒生长：平衡晶粒尺寸在不改变其分布的情况下，连续增大的过程。（2.5分）

二次再结晶：是少数巨大晶粒在细晶消耗时成核长大的过程。（2.5分） 二、选择题（12分）：每题1分

1. D 2.B 3. A 4.B 5.B 6.B 7.C 8.B 9.A 10.A 11.D, B

三、填空题（18分）（每空0.7分）

1. 压力差、空位浓度差、应力-应变和溶解度；

2. 受核化位垒影响的成核率因子、受原子扩散影响的成核率因子 3. 稳定扩散、不稳定扩散

4. 过冷度、过饱和浓度、过饱和蒸汽压 5. 空位机构、间隙机构 6. 向左

7. MgCO3、 α-Al2O3

8. 1/3Akγ、新相界面能的1/3、exp（-ΔGk/RT） 9. 0º 10. 相变过程放热

11. 作为矿化剂，产生不同晶型石英溶解度不同的液相，不能

12. 成核-生长机理、孤立的球形颗粒、旋节分解区（Spinodale）、高度连续性的非球形颗粒、

四、简答题（30分）

1. 试比较杨德尔方程和金斯特林格方程的优缺点及其适用条件。（8分） 答：杨德尔方程在反应初期具有很好的适应性，但杨氏模型中假设球形颗粒反应截面积始终不变，因而只适用反应初期转化率较低的情况。（4分）而金氏模型中考虑在反应进程中反应截面积随反应进程变化这一事实，因而金氏方程适用范围更广，可以适合反应初、中期。两个方程都只适用于稳定扩散的情况。（4分）

2. 相变过程的推动力是什么？（8分）

答：总的推动力：相变过程前后自由能的差值 1、相变过程的温度条件

在等温等压下，ΔG=ΔH-TΔS

在平衡条件下，ΔG＝0，则ΔS=ΔH/T0

式中：T0——相变的平衡温度；ΔH——相变热。

在任意一温度了的不平衡条件下，则有ΔG=ΔH-TΔS≠0

若ΔH与ΔS不随温度而变化，

ΔG=ΔH-TΔH/T0=ΔH（T0-T）/T0=ΔHΔT/T0

相变过程放热ΔHO，TO，要使ΔG<0，须有ΔTT0,过热。

因此相平衡理论温度与系统实际温度之差即为该相变过程的推动力。 (2分)

2．相变过程的压力和浓度条件

(1)气相，恒温下ΔG=RTlnP0/P 欲使ΔG <0，须P>P0 即汽相过饱和。(2分)

(2)溶液 ΔG=RTlnC0/C 欲使ΔG <0，须C>C0 即液相过饱和。 (2分)

综上所述，相变过程的推动力应为过冷度、过饱和浓度、过饱和蒸汽压。即相变时系统温度、浓度和压力与相平衡时温度、浓度和压力之差值。(2分)

3．烧结的主要传质方式有那些?分析产生的原因是什么? （8分）

答：烧结初期，晶界上气孔数目很多，此时气孔阻止晶界移动，Vb=0。（1分）烧结中、后期，温度控制适当，气孔逐渐减少。可以出现Vb=Vp，此时晶界带动气孔以正常速度移动，使气孔保持在晶界上，气孔可以利用晶界作为空位传递的快速通道而迅速汇集或消失。（2分）继续升温导致Vb》Vp，晶界越过气孔而向曲率中心移动，气孔包入晶体内部，只能通过体积扩散排除，这是十分困难的。（2分）

从实现致密化目的考虑，晶界应带动气孔以正常速度移动，使气孔保持在晶界上，气孔可以利用晶界作为空位传递的快速通道而迅速汇集或消失。（1分） 控制方法：控制温度，加入外加剂等。（2分） 4．说明影响扩散的因素？（6分）

答：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。（1分）

缺陷：缺陷部位会成为质点扩散的快速通道，有利扩散。（1分） 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。（1分）

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。（1分）

扩散物质的性质：扩散质点和介质的性质差异大利于扩散。（1分） 扩散介质的结构：结构紧密不利扩散。（1分）

六、相图分析（20分）

1、如图所示；（3分） 2、如图所示（7分）

3、F点低共熔点，LF→C3A+C12A7+C2S （1分） H点单转熔点，LH+CaO→C3A+C3S （1分） K点单转熔点，LK+C3S→C3A+C2S （1分） 4、M点：

L→C2S L→C2S+C3S L+C2S→C3S

液：M------→a------------→y--------------→K始(LK+C3S→C2S+C3A)→K终（2

分）

f=2 f=1 f=1 f=0

C2S C2S+C3S C2S+C3S C2S+C3S+C3A

固：D---→D------→b---------→d---------------→M （1分）

5、因为硅酸盐水泥熟料中三个主要矿物是C3S、C2S、C3A。根据三角形规则，

只有当组成点落在C3S-C2S-C3A付三角形中，烧成以后才能得到这三种矿物。从早期强度和后期强度、水化速度、矿物的形成条件等因素考虑，水泥熟料C3S的含量应当最高，C2S次之，C3A最少。根据杠杆规则，水泥熟料的组成点应当位于C3S-C2S-C3A付三角形中小圆圈内。（2分）

6、因为缓慢冷却到K点，可以通过转熔反应L+C2S→C3S得到尽可能多的C3S。到达K点后，急剧冷却到室温，可以（1）防止C3S含量降低，因为K点的转熔反应LK+C3S→C2S+C3A；（2）使C2S生成水硬性的β-C2S，而不是非水硬性的γ-C2S；（3）液相成为玻璃相，可以提高熟料的易磨性。（2分）

（2分）

无机材料科学基础试卷十一

一、名词解释（20分）： 1. 液相独立析晶，切线规则 6. 本征扩散，不稳定扩散， 7. 均匀成核，二级相变,

8. 烧结，泰曼温度 二、选择题（12分）：

1. 陶瓷经烧结后在宏观上的变化表述不正确的是（ ）

A.强度增加 B.体积收缩 C.气孔率降低 D.致密度减少 2. 在反应温度下，当固相反应的某一相发生晶型转变时，反应速度是（ ） A. 无影响 B. 加快 C. 减慢

3. 表面扩散系数Ds，界面扩散系数Dg，晶格扩散系Db的关系是（ ） A.Ds﹥Dg﹥Db B. Ds﹥Db﹥Dg C.Db﹥Ds﹥Dg D. Db﹥Dg﹥Ds 4. 下列属于逆扩散过程的是（ ）

A. 二次再结晶 B.杂质的富集于晶界 C.布朗运动

5. A，B进行反应生成AmBn,为扩散控制的固相反应，若DB》DA，则在AmBn-A界面上，反应物B的浓度CB为（ ） A.1 B.0 C.不确定 6. 烧结中晶界移动的推动力是（ ）

A.表面能 B.晶界两侧自由焓差 C.空位浓度差 7. 同一种物质在晶体中的扩散系数（ ）在玻璃中的扩散系数 A．大于 B．等于 C．小于 D．不确定 8. 金斯特林格方程采用的反应截面模型为（ ） A.平板 B.球体 C.球壳 D.圆柱

9. 下列过程中，哪一个能使烧结体的强度增加而不引起坯体收缩？ A.蒸发-凝聚 B.体积扩散 C.流动传质 D.溶解-沉淀 10.纯固相反应，反应过程是（ ）

A.放热过程 B.等温过程 C.吸热过程

11. 在制造透明Al2O3陶瓷材料时，原料粉末的粒度为2μm，在烧结温度下保温30分钟，测得晶粒尺寸为10μm。若在同一烧结温度下保温4小时，晶粒尺寸为（ ）, 为抑制晶粒生长加入0.1％MgO，此时若保温4小时，晶粒尺寸为（ ）。

A. 16μm B. 20μm C. 24μm D. 28μm 三、填空题（18分）

1. 烧结的主要传质方式有蒸发-凝聚传质、扩散传质、流动传质和溶解-沉淀传质四种，产生这四种传质的原因依次为（ ）、（ ）、（ ）和（ ）。

2. 均匀成核的成核速率Iv由 （ ） 和 （ ） 因子所决定的。

3. 菲克第一定律的应用条件是（ ），菲克第二定律的应用条件是（ ）

4. 液-固相变过程的推动力为（ ） 、 （ ） 和 （ ）。 5. 固体内粒子的主要迁移方式有（ ） 、 （ ）。 6. 如杂质的量增加，扩散系数与温度关系曲线中本征与非本征扩散的转折点（ ）。

7. 合成镁铝尖晶石，可选择的原料为MgCO3 , MgO, γ-Al2O3, α-Al2O3, 从提高反应速率的角度出发选择（ ），（ ）原料较好。

8. 在均匀成核时，临界成核位垒ΔGk=（ ）,其值相当于（ ） 具有临界半径rk的粒子数nk/N= （ ）。

9. 液-固相变时，非均匀成核位垒与接触角θ有关，当θ为（ ）时，非均匀成核位垒为零。

10. 成核生长机理的相变过程需要有一定的过冷或过热，相变才能发生，在（ ）情况下需要过冷。 11. 在制硅砖时，加入氧化铁和氧化钙的原因

（ ），能否加入氧化铝（ ）。

12. 在液相线以下的分相区的亚稳区内，其分解机理为（ ），新相成（

）状，不稳定区的分解机理为（ ），新相成（ ）状。

四、简答题（32分）

3. MoO3和CaCO3反应时，反应机理受到CaCO3颗粒大小的影响，当MoO3：CaCO3 =1：1，r MoO3 =0.036㎜, r CaCO3 =0.13㎜时, 反应是扩散控制的。当MoO3：CaCO3 =1：15，r CaCO3﹤0.03㎜时，反应由升华控制，试解释这种现象。（8分）

4. 试用图例说明过冷度对核化、晶化速率和晶粒尺寸等的影响，如无析晶区又要使其析晶应采取什么措施？（8分）

3．简述晶粒生长与二次再结晶的特点，以及造成二次再结晶的原因和控制二次再结晶的方法。（10分） 4.说明影响扩散的因素？（6分）

五、相图分析（18分）

右图为生成一个三元化合物的三元相图，

6. 判断三元化合物D的性质，说明理由？

7. 标出边界曲线的温降方向（转熔界限用双箭头）； 8. 指出无变量点的性质（E、F、G）； 9. 分析点M1，M2的结晶路程；

10. 计算M2点液相刚到结晶结束点和结晶结束后各相的含量。

无机材料科学基础试卷十一标准答案与评分标准

一、名词解释（15分）：

1．答：液相独立析晶：是在转熔过程中发生的，由于冷却速度较快，被回收的

晶相有可能会被新析出的固相包裹起来，使转熔过程不能继续进行，从而使液相进行另一个单独的析晶过程，就是液相独立析晶。（2.5）

切线规则：将界线上某一点所作的切线与相应的连线相交，如交点在连线上，则表示界线上该处具有共熔性质；如交点在连线的延长线上，则表示界线上该处具有转熔性质，远离交点的晶相被回吸。 2．答：本征扩散：空位来源于晶体结构中本征热缺陷，由此而引起的质点迁移。（2.5）

不稳定扩散：扩散物质在扩散层dx内的浓度随时间而变化，即

dc/dt≠0。这种扩散称为不稳定扩散。（2.5分）

3．答：均匀成核是晶核从均匀的单相熔体中产生的过程。（2.5分）

相变时两相化学势相等，其一级偏微商也相等，但二级偏微商不等的相变。（2.5分）

4．答：烧结：由于固态中分子（或原子）的相互吸引，通过加热，使粉末体产生颗粒粘结，经过物质迁移使粉末体产生强度并导致致密化和再结晶的过程。（2.5）

泰曼温度：反应物开始呈现显著扩散作用的温度。（2.5）

二、选择题（12分）：每题1分

1. D 2.B 3. A 4.B 5.B 6.B 7.C 8.B 9.A 10.A 11.D, B

三、填空题（18分）（每空0.7分）

1. 压力差、空位浓度差、应力-应变和溶解度；

2. 受核化位垒影响的成核率因子、受原子扩散影响的成核率因子 3. 稳定扩散、不稳定扩散

4. 过冷度、过饱和浓度、过饱和蒸汽压 5. 空位机构、间隙机构 6. 向左

7. MgCO3、 α-Al2O3

8. 1/3Akγ、新相界面能的1/3、exp（-ΔGk/RT） 9. 0º 10. 相变过程放热

11. 作为矿化剂，产生不同晶型石英溶解度不同的液相，不能

12. 成核-生长机理、孤立的球形颗粒、旋节分解区（Spinodale）、高度连续性的非球形颗粒。 五、简答题（32分）

1（8分）．答：当MoO3的粒径r1为0.036mm，CaCO3的粒径r2为0.13mm时, CaCO3颗粒较大且大于MoO3，生成的产物层较厚，扩散阻力较大，所以反应由扩散控制，反应速率随着CaCO3颗粒度减小而加速，（4分）当r22．（8分）答：过冷度过大或过小对成核与生长速率均不利， 只有在一定过冷度下才能有最大成核和生长速率。（2分）

若ΔT大，控制在成核率较大处析晶，易得晶粒 多而尺寸小的细晶；（1分）

若ΔT小，控制在生长速率较大处析晶则容易获 得晶粒少而尺寸大的粗晶；（1分）

如果成核与生长两曲线完全分开而不重叠，则无析 晶区，该熔体易形成玻璃而不易析晶；若要使其在一定 过冷度下析晶，一般采用移动成核曲线的位置，使它向

生长曲线靠拢。可以用加人适当的核化剂，使成核位垒降低，用非均匀成核代替均匀成核。使两曲线重叠而容易析晶。（2分）

要使自发析晶能力大的熔体形成玻璃，采取增加冷却速度以迅速越过析晶区的方法，使熔体来不及析晶而玻璃化。（2分）

3．（10分）答：晶粒生长：坯体内晶粒尺寸均匀地生长，服从Dl∝d／f公式；平均尺寸增长，不存在晶核，界面处于平衡状态，界面上无应力；晶粒生长时气孔都维持在晶界上或晶界交汇处。（3分）

二次再结晶是个别晶粒异常生长，不服从上式；二次再结晶的大晶粒的面上有应力存在，晶界数大于10的大晶粒，成为二次再结晶的晶核；二次再结晶时气孔被包裹到晶粒内部。 （3分）

从工艺控制考虑，造成二次再结晶的原因主要是原始粒度不均匀、烧结温度偏高。（2分）

防止二次再结晶的最好方法是引入适当的添加剂，它能抑制晶界迁移，有效地加速气孔的排除；控制烧结温度 ；选择原始粒度的均匀原材料。（2分） 4．（6分）答：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。（1分） 缺陷：缺陷部位会成为质点扩散的快速通道，有利扩散。（1分） 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。（1分）

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。（1分）

扩散物质的性质：扩散质点和介质的性质差异大利于扩散。（1分） 扩散介质的结构：结构紧密不利扩散。（1分） 六、相图分析（18分）

右图为生成一个三元化合物的三元相图， 11. 判断三元化合物D的性质，说明理由？

不一致熔融三元化合物，因其组成点不在其初晶区内。（1分） 12. 标出边界曲线的温降方向（转熔界限用双箭头）； 见图 （3分）

13. 指出无变量点的性质（E、F、G）；（3分） E ：单转熔点 F ：低共溶点 G ：单转熔点

14. 分析点M1，M2的结晶路程；（6分）

15. 计算M2点液相刚到结晶结束点和结晶结束后各相的含量。 M2点液相刚到结晶结束点时存在C、D、液相L L%= fM2/Ff C%=（FM2/Ff）（Df/DC） D%=（FM2/Ff）（Cf/DC） （3分）

结晶结束后存在A、D、C，各相的含量过M2点作平行线或用双线法求得，

C%=Ag A%=Ch D%=gh （2分）

无机材料科学基础卷12

一、名词解释（24分）（8*3分）

晶胞、晶子假说、正尖晶石、肖特基缺陷、非均匀成核、本征扩散、晶粒生长、液相独立析晶 二、问答题（60分）

9、简述硅酸盐晶体结构分类的原则和各类结构中硅氧四面体的形状。（10分） 10、

说明高岭石和蒙脱石的结构特点，并解释为什么蒙脱石具有膨胀性和高的阳离子交换容量，而高岭石则不具有膨胀性、阳离子交换容量也很低。（10分） 11、

网络变性体（如Na2O）加到石英玻璃中，使硅氧比增加。实验观察到当O/Si=2.5~3时，即达到形成玻璃的极限，根据结构解释为什么在2什么是润湿？改善润湿的方法有那些？（10分）

5、说明影响扩散的因素？（10分）

6、MoO3和CaCO3反应时，反应机理受到CaCO3颗粒大小的影响。当MoO3 ：CaCO3＝1：1，MoO3的粒径r1为0.036mm，CaCO3的粒径r2为0.13mm时，反应是扩散控制的；而当CaCO3 ：MoO3＝15：1，r2＜0.03mm时，反应由升华控制，试解释这种现象。（10分） 三、相图分析（16分）

右图为生成一个三元化合物的三元相图， 16. 判断三元化合物AmBn的性质，说明理由？

17. 标出边界曲线的温降方向（转熔界限用双箭头）；

18. 指出无变量点的性质（E、N）； E N 4．分析点1，2的结晶路程。

无机材料科学基础试卷十二标准答案及评分标准

一、名词解释（24分）（8*3分）

晶胞：指晶体结构中的平行六面体单位，其形状大小与对应的空间格子中的单位平行六面体一致。

晶子假说：苏联学者列别捷夫提出晶子假说，他认为玻璃是高分散晶体（晶子）的结合体，硅酸盐玻璃的晶子的化学性质取决于玻璃的化学组成，玻璃的结构特征为微不均匀性和近程有序性。

正尖晶石；二价阳离子分布在1／8四面体空隙中，三价阳离子分布在l／2八面体空隙的尖晶石。

肖特基缺陷：如果正常格点上的原子，热起伏过程中获得能量离开平衡位置，迁移到晶体的表面，在晶格内正常格点上留下空位，即为肖特基缺陷。

非均匀成核：借助于表面、界面、微粒裂纹、器壁以及各种催化位置而形成晶核的过程。 本征扩散：是指空位来源于晶体结构中本征热缺陷而引起质点的迁移。

晶粒生长：无应变的材料在热处理时，平均晶粒尺寸在不改变其分布的情况下，连续增大的过程。

液相独立析晶：是在转熔过程中发生的，由于冷却速度较快，被回收的晶相有可能会被新析出的固相包裹起来，使转熔过程不能继续进行，从而使液相进行另一个单独的析晶过程，就是液相独立析晶。 二、问答题（60分）

1、简述硅酸盐晶体结构分类的原则和各类结构中硅氧四面体的形状。（10分）

答：硅酸盐晶体结构分类的原则：结构中硅氧四面体的连接方式。（2.5分）

各类结构中硅氧四面体的形状：岛状结构：四面体；组群状结构；（1.5分）双四面体、三节环、四节环和六节环；（1.5分）链状结构：单链、双链；（1.5分）层状结构：平面层；（1.5分）架状结构：三维空间延伸的骨架。（1.5分）

2．说明高岭石和蒙脱石的结构特点，并解释为什么蒙脱石具有膨胀性和高的阳离子交换容量，而高岭石则不具有膨胀性、阳离子交换容量也很低。（10分）

答：高岭石的阳离子交换容量较小，而蒙脱石的阳离子交换容量较大。因为高岭石是1:1型结构，离子的取代很少，单网层与单网层之间以氢键相连，氢键强于范氏键，水化阳离子不易进入层间，因此阳离子交换容量较小。（5分）而蒙脱石是为2:1型结构，铝氧八面体层中大约1/3的Al3+被Mg2+取代，为了平衡多余的负电价，在结构单位层之间有其它阳离子进入，而且以水化阳离子的形式进人结构。水化阳离子和硅氧四面体中O2-离子的作用力较弱，因而，这种水化阳离子在一定条件下容易被交换出来。C轴可膨胀以及阳离子交换容量大，是蒙脱石结构上的特征。（5分）

3．网络变性体（如Na2O）加到石英玻璃中，使硅氧比增加。实验观察到当O/Si=2.5~3时，即达到形成玻璃的极限，根据结构解释为什么在2答：在24．什么是润湿？改善润湿的方法有那些？（10分）

答：润湿：固体与液体接触后，体系（固体+液体）的吉布斯自由能降低时，就称润湿。（2分）

改善润湿的方法有：①降低γSL S、V 两相组成尽量接近；（2分） ②降低γLV 在液相中加表面活性剂；（2分） ③提高γSV 去除固体表面吸附膜；（2分） ④改变粗糙度。（2分）

5．说明影响扩散的因素？（10分）

答：（1）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。（2分）

（2）缺陷：缺陷部位会成为质点扩散的快速通道，有利扩散。（2分）

（3）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。（2分）

（4）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。（2分）

（5）扩散物质的性质和扩散介质的结构：扩散质点和介质的性质差异大利于扩散。（2分） 6．MoO3和CaCO3反应时，反应机理受到CaCO3颗粒大小的影响。当MoO3 ：CaCO3＝1：1，MoO3的粒径r1为0.036mm，CaCO3的粒径r2为0.13mm时，反应是扩散控制的；而当CaCO3 ：MoO3＝15：1，r2＜0.03mm时，反应由升华控制，试解释这种现象。（10分） 19. 答：当MoO3的粒径r1为0.036mm，CaCO3的粒径r2为0.13mm时, CaCO3颗粒大于MoO3，

由于产物层较厚，扩散阻力较大，反应由扩散控制，反应速率随着CaCO3颗粒度减小而加速，（5分）当r2判断三元化合物AmBn的性质，说明理由？ 三、相图分析（16分）

1．判断三元化合物AmBn的性质

不一致熔融二元化合物。（1分） 2．标出边界曲线的温降方向（转熔界限用双箭头）； 见下图 （5分）

3．指出无变量点的性质（E、N）； （2分）

E ：单转熔点 F ：低共溶点

分析点1，2的结晶路程；（8分）