无机材料科学基础试卷1

无机材料科学基础试卷一一、名词解释（20分）（8*2.5分）点群、晶子假说、正尖晶石、网络变性剂、液相独立析晶、本征扩散、二级相变、液相烧结点群：又名对称型，是指宏观晶体中对称要素的集合。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。网络变性剂：单键强度＜250KJ/mol。这类氧化物不能形成玻璃，但能改变网络结构，从而使玻璃性质改变。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。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。二级相变：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称为二级相变。液相烧结：凡有液相参加的烧结过程称为液相烧结。二、问答题（70分）1、试写出少量MgO掺杂到A12O3中和少量YF3掺杂到CaF2中的缺陷反应方程与对应的固溶式。（7分）解：少量MgO掺杂到A12O3中缺陷反应方程及固溶式为：，（3.5分）少量YF3掺杂到CaF2中缺陷反应方程及固溶式如下：，（3.5分）2、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）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，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。（7分）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，（3.5分）当r2r1时存在过量CaCO3，，反应由MoO3粒径升华控制，并随着MoO3粒径减小而加剧。（3.5分）4、什么是润湿？改善润湿的方法有那些？（8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γSLS、V两相组成尽量接近；（1.5分）②降低γLV在液相中加表面活性剂；（1.5分）③提高γSV去除固体表面吸附膜；（1.5分）④改变粗糙度。（1.5分）5、为什么等轴晶系有原始、面心、体心格子，而没有单面心格子？（4分）答：因为从结构分布看，单面心格子不符合立方格子所固有的4L3的对称性。（4分）6、二次再结晶与晶粒生长有何异同？生产中避免二次再结晶的方法有哪些？（6分）答：相同点:（1）两者推动力均为界面两侧质点的吉布斯自由能之差；（2）进行方式都是通过界面迁移。（1分）不同点：（1）前者是个别晶粒异常生长，后者是晶粒尺寸均匀生长；（2）前者气孔被包裹到晶粒内部，后者气孔维持在晶界交汇处。（2分）生产中避免二次再结晶的方法有：（1）合理选择原料的细度，提高粉料粒度的均匀性；（2）控制温度；（3）引入添加剂。（3分）7、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）8、相图分析（20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？不一致熔融三元化合物，因其组成点不在其初晶区内。（2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（E、F、G）；（3分）E：单转熔点F：低共溶点G：单转熔点(4)分析点M1，M2的结晶路程；（6分）(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。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（3分）三、计算题（10分）在制造透明Al2O3材料时，原始粉料粒度为2μm，烧结至最高温度保温半小时，测得晶粒尺寸为10μm，试问保温2小时，晶粒尺寸多大？为抑制晶粒生长加入0.1％MgO，此时若保温2小时，晶粒尺寸又有多大？解：（1）G2-G02=kt102-22=k.0.5得k＝192G2-22=192*2G20μm（4分）(2)G3-G03=ktk=1984G3–8=1984*2G15.84μm（4分）