1、 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，
2、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
3、/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
4、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=bc = 900， =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
5、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 0.40、 0.53和 1.40；配位数为 4
6、时，一离子半径依次为 0.26、 0.40和 1.38）。 （ 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=2.53 时，即达到形成玻璃的极限，根据结构解释为什么在 2O/Si2.5的碱和硅石混合物可以形成玻璃 ,而 O/Si=3 的碱和硅石混合物结晶而不形成玻璃 ? （ 8分） 4、 什么是润湿？改善润湿的方法有那些？ （ 9分） 5、完成下列缺陷反应式 （ 10分） Fe2O3 FeO CaF2 YF3 五、 计算题 （ 10 分） 有两种不同配比的玻璃，其组成如下： 序号 Na2O mol Al2O3mol SiO2mol 1 10 12
7、 78 2 20 6 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八 二、 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
8、、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（
9、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
10、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
11、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=bc = 900， =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（ ） 六、 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 B2
12、O3 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 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） 七、 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 =6.
13、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
14、 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.
15、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 2 m，在烧结温度下保温 30分钟，测得晶粒尺寸为 10 m。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. 16 m B. 20 m C. 24 m D. 28 m 三、填空题（ 18 分）
16、 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, -Al2O3, -Al2
17、O3, 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 Gk=（ ） ,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 有关，当 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
18、、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，
19、 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
20、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
21、） 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、 -Al2O3 8. 1/3Ak、新相界面能的 1/3、 exp（ -Gk/RT） 9. 180 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
22、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
23、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？（
24、 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
