03级参考答案A

标准答案及评分标准第１页共页陕西科技大学试题纸A卷课程无机材料物理化学班级学号姓名题号一二三四五六七八九十总分得分阅卷人一、填空题（每空1分，共25分）1.物质在熔点时的粘度越高越容易形成玻璃，Tg/Tm大于2/3(大于，等于，小于)时容易形成玻璃。2.熔体是物质在液相温度以上存在的一种高能量状态，在冷却的过程中可以出现结晶化玻璃化和分相三种不同的相变过程。3.从熔体中析晶的过程分二步完成，首先是成核，然后就是晶体生长过程。均匀成核的成核速率由受核化位垒影响的成核率因子和受原子扩散影响的成核率因子所决定的。4.固体中质点扩散的推动力是化学位梯度；液－固相变过程的推动力是过冷度，过饱和蒸气压、过饱和浓度；烧结过程的推动力是能量差、空位差、压力差。5.烧结的主要传质方式有蒸发－凝聚、扩散传质、流动传质和溶解－沉淀四种。6.一般说来，晶界是气孔通向烧结体外的主要扩散通道。7．由点缺陷（肖特基和弗兰克尔缺陷）引起的扩散为本征扩散，空位来源于掺杂而引起的扩散为非本征扩散。8.写出缺陷反应式二．（10分）CeO2为萤石结构，其中加入15mol%CaO形成固溶体，测得固溶体密度ρ=6.45g/cm3，晶格参数a0＝5.417Å，问：主要缺陷形式如何？LnD1/T2r2rOZOZCaO2CaO（低温）。（高温）。标准答案及评分标准第２页共页解：CaO溶入CeO2中可能有两种固溶型式：1、生成氧离子空位置换型固溶体：（2分）缺陷反应：CaO2CeOOO''CeOVCa固溶体分子式：x2xx1OCaCe2、生成阳离子间隙型固溶体：（2分）缺陷反应：2CaO2CeOCa''Ce+Cai+2OO固溶体分子式：2x2x1OCaCe当CaO溶入量为15%mol时，则氧离子空位置换型固溶体的分子式为：Ce0.85Ca0.15O1.85阳离子间隙型固溶体的分子式为：Ce0.85Ca0.3O2已知a=0.5417nm，按分别计算氧离子空位置换型和间隙型固溶体的密度为：ρ1=3823)10417.5(1002.616)2/85.1(808.4015.0412.14085.04=6.467（g/cm3）（2分）ρ2=3823)10417.5(1002.616)2/2(808.403.0412.14085.04=6.819（g/cm3）（2分）显然ρ1=6.467（g/cm3）与实测密度ρ=6.45g/cm3相近，故该固溶体的主要缺陷型式为氧离子空位置换型固溶体。（2分）三．（10分）有两种不同配比的玻璃，其组成如下：序号Na2Owt％Al2O3wt％SiO2wt％11020702201070试用玻璃结构参数说明两种玻璃高温下粘度的大小？答：序号Na2Omol％Al2O3mol％SiO2mol％110.5712.8676.57220.36.1773.49（2分）对于1：Na2O/Al2O31,所以Al2O3为网络变性体（1分）Z=4R1=（10.57+3×12.86+2×76.57）/76.57=2.64∴Y1=2.72（2分）对于2：Na2O/Al2O31,所以Al2O3为网络形成体（1分）Z=4R2=（20.3+3×6.17+2×73.49）/（2×6.17+73.49）=2.17∴Y2=3.66（2分）标准答案及评分标准第３页共页∵Y1﹤Y2∴序号1的玻璃组成的粘度比序号2的玻璃小。（2分）四（10分）写出杨德尔方程动力学关系式，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。解：杨德尔方程动力学关系式：（2分）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。（3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。（3分）两个方程都只适用于稳定扩散的情况。（2分）五（15分）从热力学和动力学角度对比不稳分解和均匀成核成长这两种相变过程，并说明如何用实验方法区分这两种过程？在玻璃工业中，分相有何作用？请举例说明。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。（5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。（5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。（2分）在玻璃工业中，利用玻璃分相可以改进结构和玻璃性能，制备新型玻璃。例如通过硼硅酸盐玻璃分相制备微孔玻璃、高硅氧玻璃，通过分相促进锂铝硅微晶玻璃的核化和晶化，通过磷硅酸盐玻璃的分相制备乳浊玻璃等。（3分）六（10分）氧化铝烧结到接近理论密度时，可使可见光几乎透过100％，用它来装钠蒸气（在超过大气压的压力下）作为路灯。为通过烧结实现这一点，请你列出研究方案。答：制备透明氧化铝陶瓷的主要技术措施是：（1）采用高纯氧化铝原料，Al2O399.9%，无杂质和玻璃相；（2）添加0.1～0.5%MgO，在晶粒表面生成镁铝尖晶石，降低晶界移动速度，抑制晶粒生长；（3）在氢气或真空中烧结，促进气孔扩散；（4）采用热压烧结，提高制品致密度。（每条2.5分）tKGGFJJ231])1(1[)(杨德尔方程：标准答案及评分标准第４页共页七1、画出有意义的付三角形；（如图所示）；（4分）2、用单、双箭头表示界线的性质；（如图所示）；（4分）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）F点低共熔点，LF→C3A+C12A7+C2SH点单转熔点，LH+CaO→C3A+C3SK点单转熔点，LK+C3S→C3A+C2S4、分析M#熔体的冷却平衡结晶过程并写出相变式；（4分）M点：5、为何在缓慢冷却到无变量点K（1455℃）时再要急剧冷却到室温？（4分）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。LC2Sp=2f=2熔体MLp=1f=3M[D，(C2S)]a[b,C2S＋(C3S)]J[b/,C2S＋C3S]k[d,C2S+C3S＋(C3A)]L+C3SC2S+C3Ap=4f=0K(液相消失)[M,C3S+C2S+C3A]LC2S＋C3Sp=3f=1L＋C2SC3Sp=3f=1