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课程考试试题册共5页第1页注：1、请命题教师用黑色墨水工整地书写，作图准确、字迹清晰。2、请命题教师务必将试题书写于框内。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2.本征扩散，不稳定扩散，3.均匀成核，二级相变,4.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﹥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课程考试试题册共5页第2页注：1、请命题教师用黑色墨水工整地书写，作图准确、字迹清晰。2、请命题教师务必将试题书写于框内。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）1.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，rMoO3=0.036㎜,rCaCO3=0.13㎜时,反应是扩散控制的。当MoO3：CaCO3=1：15，rCaCO3﹤0.03㎜时，反应由升华控制，试解释这种现象。（8分）2.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，1.判断三元化合物D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（E、F、G）；4.分析点M1，M2的结晶路程；5.计算M2点液相刚到结晶结束点和结晶结束后各相的含量。课程考试试题册共5页第3页注：1、请命题教师用黑色墨水工整地书写，作图准确、字迹清晰。2、请命题教师务必将试题书写于框内。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.D2.B3.A4.B5.B6.B7.C8.B9.A10.A11.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、间隙机构课程考试试题册共5页第4页注：1、请命题教师用黑色墨水工整地书写，作图准确、字迹清晰。2、请命题教师务必将试题书写于框内。6.向左7.MgCO3、α-Al2O38.1/3Akγ、新相界面能的1/3、exp（-ΔGk/RT）9.0º10.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r2r1时存在过量CaCO3，由于产物层变薄，扩散阻力减小，反应由MoO3粒径升华控制，并随着MoO3粒径减小而加剧。（4分）2．（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）课程考试试题册共5页第5页注：1、请命题教师用黑色墨水工整地书写，作图准确、字迹清晰。2、请命题教师务必将试题书写于框内。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，6.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）7.标出边界曲线的温降方向（转熔界限用双箭头）；见图（3分）8.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9.分析点M1，M2的结晶路程；（6分）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。M2点液相刚到结晶结束点时存在C、D、液相LL%=fM2/FfC%=（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%=AgA%=ChD%=gh（2分）