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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﹥DbB.Ds﹥Db﹥DgC.Db﹥Ds﹥DgD.Db﹥Dg﹥Ds4.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.1B.0C.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.16μmB.20μmC.24μmD.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.A2.B3.A4.C5.B6.B7.D8.B9.A10.B11.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-Al2O38.1/3Akγ、新相界面能的1/3、exp（-ΔGk/RT）9.180º10.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）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LL%=fM2/FLN%=（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%=hcC%=gnB%=gh（2分）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﹥DbB.Ds﹥Db﹥DgC.Db﹥Ds﹥DgD.Db﹥Dg﹥Ds4.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.1B.0C.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.16μmB.20μmC.24μmD.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、