無機材料物理化學試題(改)

1、 第 頁無機材料物理化學試題無機材料物理化學試題 1 答案答案一、填空題（每空 1 分，共 20 分）1.晶體結(jié)構(gòu)中的熱缺陷有弗倫克爾缺陷 和 肖特基缺陷 二類。2.三 T 圖中三個 T 代表 溫度 、時間 和 轉(zhuǎn)變。 3.玻璃具有下列通性：各向同性、介穩(wěn)性、熔融態(tài)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化的可逆與漸變性 和熔融態(tài)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化時物理、化學性質(zhì)隨溫度變化的連續(xù)性。4. 固體質(zhì)點擴散的推動力是化學位梯度，液固相變過程的推動力是過冷度，燒結(jié)過程的推動力是粉狀物料的表面能與多晶燒結(jié)體的能量差。 5.試驗測得 NaCl 的擴散系數(shù)與溫度關(guān)系如圖所示，直線（1）屬 本征 擴散，直線（2）屬 非本征 擴散；如果提高 Na

2、Cl 的純度，兩直線的轉(zhuǎn)折點向 左 方向移動。6.固體質(zhì)點擴散的推動力是化學位梯度。7在硅酸鹽熔體中，當以低聚物為主時，體系的粘度 小 、析晶能力 大 。8. 寫出缺陷反應式 二 （10 分）已知 O2溶解在 FeO 晶體中形成貧鐵氧化物 Fe1-X的反應如下：試用擴散的微觀理論推導 Fe2的擴散系數(shù) DFe2與氧分壓 PO2的關(guān)系式。三 （10 分）寫出楊德爾模型要點及動力學關(guān)系式，為什么在轉(zhuǎn)化率高時出現(xiàn)偏差？金斯特林格主要在楊德爾模型的基礎上考慮了什么影響？答：楊德爾方程在反應初期具有很好的適應性，但楊氏模型中假設球形顆粒反應截面積始終不變，因而只適用反應初期轉(zhuǎn)化率較低的情況。而金氏模型中

3、考慮在反應進程中反應截面積隨反應進程變化這一事實，因而金氏方程適用范圍更廣，可以適合反應初、中期。兩個方程都只適用于穩(wěn)定擴散的情況。1/TlogD1000/T(1)(2) FeFeo2Fe2FeV(g)OO212FeOiYOYOOCeCeOOOZrZrOOVaLOLa3232322232 T T) )e ex xp p( (- -G G/ /R RP P F Fe eV V K K 平平衡衡常常數(shù)數(shù)2 2F Fe eV V( (g g) )O OO O2 21 12 2F Fe e2 21 1O O2 2F Fe eF Fe e0 0F Fe eF Fe eo o2 2F Fe e2 2 )/

4、exp( 4 22132RTGPVVhOFeFe 61/Fe61312122D)3/exp()41(OOFeOFePRTGPVx 或或tKGGFJJ231)1 (1 )(楊德爾方程：tKGGGFKK32)1 (321)(金斯特林格方程： 第 頁四 （15 分）說明影響擴散的因素？答：化學鍵：共價鍵方向性限制不利間隙擴散，空位擴散為主。金屬鍵離子鍵以空位擴散為主，間隙離子較小時以間隙擴散為主。 缺陷：缺陷部位會成為質(zhì)點擴散的快速通道，有利擴散。 溫度：D=D0exp（-Q/RT）Q 不變，溫度升高擴散系數(shù)增大有利擴散。Q 越大溫度變化對擴散系數(shù)越敏感。 雜質(zhì)：雜質(zhì)與介質(zhì)形成化合物降低擴散速度；雜

5、質(zhì)與空位締合有利擴散；雜質(zhì)含量大本征擴散和非本征擴散的溫度轉(zhuǎn)折點升高。 擴散物質(zhì)的性質(zhì)：擴散質(zhì)點和介質(zhì)的性質(zhì)差異大利于擴散 擴散介質(zhì)的結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)緊密不利擴散。 五 （15 分）試述熔體粘度對玻璃形成的影響？在硅酸鹽熔體中，分析加入價堿金屬氧化物、二價金屬氧化物或 B2O3后熔體粘度的變化？為什么？ 答：1) 熔體粘度對玻璃形成具有決定性作用。熔體在熔點時具有很大粘度，并且粘度隨溫度降低而劇烈地升高時，容易形成玻璃。2) 在硅酸鹽熔體中，加入 R2O，隨著 O/Si 比增加，提供游離氧，橋氧數(shù)減小，硅氧網(wǎng)絡斷裂，使熔體粘度顯著減小。加入 RO，提供游離氧，使硅氧網(wǎng)絡斷裂，熔體粘度降低，但是由于

6、R2+的場強較大，有一定的集聚作用，降低的幅度較小。加入 B2O3，加入量少時，B2O3處于三度空間連接的BO4四面體中，使結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡聚集緊密，粘度上升。隨著 B2O3含量增加，B3+開始處于BO3三角形中使結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡疏松，粘度下降。六 （10 分）簡要說明：（1）材料燒結(jié)時四種最基本的傳質(zhì)機理是什么？少量添加劑能促進燒結(jié)，其原因是什么？答： 固相燒結(jié)的主要傳質(zhì)方式有蒸發(fā)-凝聚傳質(zhì)和擴散傳質(zhì)，液相燒結(jié)的主要傳質(zhì)方式有溶解-沉淀傳質(zhì)和流動傳質(zhì)。 1)外加劑與燒結(jié)主體形成固溶體使主晶格畸變，缺陷增加，有利結(jié)構(gòu)基元移動而促進燒結(jié)。2)外加劑與燒結(jié)主體形成液相，促進燒結(jié)。3)外加劑與燒結(jié)主體形成化合物，促

7、進燒結(jié)。4)外加劑阻止多晶轉(zhuǎn)變，促進燒結(jié)。5)外加劑起擴大燒結(jié)范圍的作用。（2）說明晶粒長大和二次再結(jié)晶這兩種過程的主要區(qū)別，在工藝上如何防止晶粒異常長大？答：兩者的比較見表格：二次再結(jié)晶晶粒長大不均勻生長均勻生長不符合Dl=d/f符合Dl=d/f氣孔被晶粒包裹氣孔排除界面上有應力界面無應力 當達到 Vb=Vp時，應適當保溫，避免出現(xiàn) VbVp的情況。七 （20 分）分析下列相圖1. 劃分副三角形；2. 用箭頭標出界線上溫度下降的方向及界線的性質(zhì)；3. 判斷化合物 S 的性質(zhì)；4.寫出各無變量點的性質(zhì)及反應式； 5.分析點 1、2 熔體的析晶路程。( 注：S、1、E3在一條直線上) 第 頁答：

8、 1）如圖所示；2）溫度下降方向如圖所示；界線性質(zhì)：單箭頭所示為共熔線，雙箭頭所示為轉(zhuǎn)熔線。3）不一致熔融三元化合物；4）E1:三元低共熔點，LA+S+C；E2：三元低共熔點，LC+S+B；E3：雙轉(zhuǎn)熔點，L+A+BS；5) 無機材料物理化學試題無機材料物理化學試題 2 答案答案一、填空題（每空 1 分，共 25 分）1.物質(zhì)在熔點時的粘度越 高 越容易形成玻璃，Tg/Tm 大于 2/3(大于，等于，小于)時容易形成玻璃。 2. 熔體是物質(zhì)在液相溫度以上存在的一種高能量狀態(tài)，在冷卻的過程中可以出現(xiàn) 結(jié)晶化 玻璃化 和 分相 三種不同的相變過程。3.從熔體中析晶的過程分二步完成，首先是 成核 ，

9、然后就是 晶體生長 過程。均勻成核的成核速率由 受核化位壘影響的成核率 因子和 受原子擴散影響的成核率 因子dL Af=2熔體 1Lf=31A，(A)CA,A+(B)LABf=1E3a,A+B+(S)LAB Sf=0E3s,(A+B)消失SL Sf=2dS,S+(B)LSBf=1E2e,S+B+(C)L SCBf=0E2(L 消失)1,S+B+Ca b gL Bf=2熔體 2Lf=32B，(B)fB,B+(A)LABf=1E3g,A+B+(S)LAB Sf=0E3h,(A 消失)BSL+B Sf=2iI,S+BLSBf=1E2k,S+B+(C)L SABf=0E2(L 消失)2,S+B+C 第

10、 頁所決定的。4.固體中質(zhì)點擴散的推動力是 化學位梯度 ；液固相變過程的推動力是 過冷度 ， 過飽和蒸氣壓 、 過飽和濃度 ；燒結(jié)過程的推動力是 能量差 、 空位差 、 壓力差 。5.燒結(jié)的主要傳質(zhì)方式有 蒸發(fā)凝聚 、 擴散傳質(zhì) 、 流動傳質(zhì) 和 溶解沉淀 四種。6.一般說來， 晶界 是氣孔通向燒結(jié)體外的主要擴散通道。 7由點缺陷（肖特基和弗蘭克爾缺陷）引起的擴散為 本征 擴散， 空位來源于摻雜而引起的擴散為 非本征 擴散。8. 寫出缺陷反應式 二 （10 分）CeO2為螢石結(jié)構(gòu)，其中加入 15mol%CaO 形成固溶體，測得固溶體密度=6.45g/cm3，晶格參數(shù) a05.417，問：主要缺

11、陷形式如何？解：CaO 溶入 CeO2中可能有兩種固溶型式：1、生成氧離子空位置換型固溶體： （2 分）缺陷反應：CaO 2CeOOO CeOVCa固溶體分子式：x2xx1OCaCe2、生成陽離子間隙型固溶體： （2 分）缺陷反應：2CaO Ca +Ca+2OO 2CeO Cei 固溶體分子式：2x2x1OCaCe當 CaO 溶入量為 15%mol 時，則氧離子空位置換型固溶體的分子式為：Ce0.85Ca0.15O1.85 陽離子間隙型固溶體的分子式為：Ce0.85Ca0.3O2 已知a=0.5417nm，按分別計算氧離子空位置換型和間隙型固溶體的密度為：1=6.467（g/cm3） （2 分

12、） 3823)10417. 5(1002. 616)2/85. 1 (808.4015. 0412.14085. 04 2r2rOZOZCaO2CaO（低溫） 。（高溫） 。 第 頁2=6.819（g/cm3） （2 分） 3823)10417. 5(1002. 616)2/2(808.403 . 0412.14085. 04顯然 1=6.467（g/cm3）與實測密度 =6.45g/cm3相近，故該固溶體的主要缺陷型式為氧離子空位置換型固溶體。 （2 分） 三 （10 分）有兩種不同配比的玻璃，其組成如下：序號Na2O wtAl2O3wtSiO2wt11020702201070試用玻璃結(jié)構(gòu)參

13、數(shù)說明兩種玻璃高溫下粘度的大??？答：序號Na2O molAl2O3molSiO2mol110.5712.8676.57 220.36.1773.49 （2 分） 對于 1：Na2O/Al2O31,所以 Al2O3為網(wǎng)絡形成體 （1 分） Z=4 R2=（20.3+36.17+273.49）/（26.17+73.49）=2.17 Y2= 3.66 （2 分） Y1Y2 序號 1 的玻璃組成的粘度比序號 2 的玻璃小。 （2 分） 四（10 分）寫出楊德爾方程動力學關(guān)系式，試比較楊德爾方程和金斯特林格方程的優(yōu)缺點及其適用條件。解：楊德爾方程動力學關(guān)系式： （2 分） 楊德爾方程在反應初期具有很好的

14、適應性，但楊氏模型中假設球形顆粒反應截面積始終不變，因而只適用反應初期轉(zhuǎn)化率較低的情況。 （3 分） 而金氏模型中考慮在反應進程中反應截面積隨反應進程變化這一事實，因而金氏方程適用范圍更廣，可以適合反應初、中期。 （3 分） 兩個方程都只適用于穩(wěn)定擴散的情況。 （2 分） 五 （15 分）從熱力學和動力學角度對比不穩(wěn)分解和均勻成核成長這兩種相變過程，并說tKGGFJJ231)1 (1 )(楊德爾方程： 第 頁明如何用實驗方法區(qū)分這兩種過程？在玻璃工業(yè)中，分相有何作用？請舉例說明。答：不穩(wěn)分解：在此區(qū)域內(nèi)，液相會自發(fā)分相，不需要克服熱力學勢壘；無成核-長大過程，分相所需時間極短，第二相組成隨時間

15、連續(xù)變化。在不穩(wěn)分解分相區(qū)內(nèi)，隨著溫度的降低、時間的延長，析出的第二相在母液中相互貫通，形成蠕蟲狀結(jié)構(gòu)。 （5 分） 成核-生成：在此區(qū)域內(nèi)，在熱力學上，系統(tǒng)對微小的組成起伏是亞穩(wěn)的，形成新相需要做功，即存在成核勢壘，新相形成如同結(jié)晶過程的成核-長大機理，分相所需時間長，分出的第二相組成不隨時間變化。隨著溫度的降低、時間的延長，析出的第二相在母液中逐漸長大，形成孤立球狀結(jié)構(gòu)。 （5 分） 用 TEM 觀察分相以后形貌，若兩相無明顯的連續(xù)性，第二相呈孤立球狀，則為成核-生長分相；若兩相形成互相交織的蠕蟲狀，則為不穩(wěn)分解相變過程。 （2 分） 在玻璃工業(yè)中，利用玻璃分相可以改進結(jié)構(gòu)和玻璃性能，制備

16、新型玻璃。例如通過硼硅酸鹽玻璃分相制備微孔玻璃、高硅氧玻璃，通過分相促進鋰鋁硅微晶玻璃的核化和晶化，通過磷硅酸鹽玻璃的分相制備乳濁玻璃等。 （3 分） 六 （10 分）氧化鋁燒結(jié)到接近理論密度時，可使可見光幾乎透過 100，用它來裝鈉蒸氣（在超過大氣壓的壓力下）作為路燈。為通過燒結(jié)實現(xiàn)這一點，請你列出研究方案。答：制備透明氧化鋁陶瓷的主要技術(shù)措施是：（1）采用高純氧化鋁原料，Al2O399.9%，無雜質(zhì)和玻璃相；（2）添加 0.10.5%MgO，在晶粒表面生成鎂鋁尖晶石，降低晶界移動速度，抑制晶粒生長；（3）在氫氣或真空中燒結(jié)，促進氣孔擴散；（4）采用熱壓燒結(jié)，提高制品致密度。 （每條 2.5

17、 分） 七 1、畫出有意義的付三角形；（如圖所示） ； （4 分）分）2、用單、雙箭頭表示界線的性質(zhì)；（如圖所示） ； （4 分）分）3、說明 F、H、K 三個化合物的性質(zhì)和寫出各點的相平衡式； （4 分）分）F 點低共熔點，LFC3A+C12A7+C2SH 點單轉(zhuǎn)熔點，LH+CaOC3A+C3SK 點單轉(zhuǎn)熔點，LK+C3SC3A+C2S4、分析 M#熔體的冷卻平衡結(jié)晶過程并寫出相變式； （4 分）分）M 點：5、為何在緩慢冷卻到無變量點、為何在緩慢冷卻到無變量點 K（1455）時再要急劇冷卻到室溫？）時再要急劇冷卻到室溫？ （4 分）分）L C2Sp=2 f=2熔體 MLp=1 f=3MD，

18、(C2S) ab,C2S(C3S)Jb/, C2SC3Skd, C2S+C3S(C3A)L+C3SC2S+C3Ap=4 f=0K(液相消失)M, C3S+C2S+C3AL C2SC3Sp=3 f=1LC2SC3Sp=3 f=1 第 頁因為緩慢冷卻到 K 點，可以通過轉(zhuǎn)熔反應 L+C2SC3S 得到盡可能多的 C3S。到達 K 點后，急劇冷卻到室溫，可以（1）防止 C3S 含量降低，因為 K 點的轉(zhuǎn)熔反應LK+C3SC2S+C3A；（2）使 C2S 生成水硬性的 -C2S，而不是非水硬性的 -C2S；（3）液相成為玻璃相，可以提高熟料的易磨性。 無機材料物理化學試題無機材料物理化學試題 3 答案

19、答案一、一、選擇題（每題選擇題（每題 2 2 分分, ,共共 2020 分）分）1 當 SiO2含量比較高時，堿金屬氧化物降低熔體粘度的能力是 A A 。A Li2ONa2OK2O B K2ONa2OLi2O C Na2OLi2OK2O D K2OLi2ONa2O2 離子型化合物中，Ds、Dg、Db分別為表面擴散系數(shù)、晶界擴散系數(shù)和晶格擴散系數(shù)，一般規(guī)律是 B 。A Ds DbDg B DsDgDb C Db Dg Ds D DbDsDg3 今有原料 Mg（OH）2、MgO、-Al2O3、-Al2O3用于合成鎂鋁尖晶石，從提高反應速率的角度出發(fā)，選擇 A 。A Mg（OH）2和 -Al2O3

20、B Mg（OH）2和 -Al2O3 C MgO 和 -Al2O3 D MgO 和 -Al2O34 在燒結(jié)過程中，只改變氣孔形狀而不引起坯體收縮的傳質(zhì)方式是 B 。A 擴散傳質(zhì) B 蒸發(fā)凝聚傳質(zhì) C 流動傳質(zhì) D 溶解沉淀傳質(zhì)5 二元凝聚系統(tǒng)的相律為 C 。A F=1-P B F=2-P C F=3-P D F=4-P6 從熱力學的角度討論玻璃分相，把分相區(qū)域推算出來是依據(jù) D 。A 過冷度成核速率曲線 B 過冷度自由焓曲線 C 溫度時間轉(zhuǎn)變曲線 D 自由焓組成曲線7 結(jié)晶相變過程，形成臨界半徑大小的新相，需物系做功，其值等于新界面能的 B 。A 2/3 B 1/3 C 1/2 D 1/48 Z

21、rO2加入 Al2O3增韌，固熔體化學式 B 。 第 頁A Al2-2xZrxO3 B Al2-xZr3x/4O3 C Al2-xZr2x/3O3 D Al2-2xZrx/3O39 在氧化氣氛下，F(xiàn)eO 形成非化學計量化合物，鐵空位濃度與氧分壓關(guān)系為 A 。A 1/6 B -1/6 C 1/4 D -1/410 2Na2OCaOAl2O32SiO2的玻璃中，結(jié)構(gòu)參數(shù) Y 為 C 。A 2.25 B 2.5 C 3 D 3.5二二 名詞解釋（每題名詞解釋（每題 3 3 分，共分，共 1515 分）分）1 肖特基缺陷：正常晶格上的原子遷移到晶體表面，在正常結(jié)點上留下空位。2 本征擴散：空位來源于晶

22、體結(jié)構(gòu)中本征熱缺陷而引起的質(zhì)點遷移。3 燒結(jié)：粉體在一定溫度作用下，發(fā)生團結(jié)，使氣孔率下降，致密度提高，強度增大，晶粒增長，這種現(xiàn)象即為燒結(jié)。 4 二次再結(jié)晶:少數(shù)巨大晶粒在細晶消耗時成核長大過程。5 固相反應中的海德華定律：當反應物之一存在有多晶轉(zhuǎn)變時，則此轉(zhuǎn)變溫度也往往是反應開始變得顯著的溫度。 三、簡略回答下列問題三、簡略回答下列問題( (每題每題 5 5 分，共分，共 2020 分分) )1 MgO 和 FeO 同為 NaCl 型，氧化條件下，Mg2+在 MgO 中擴散活化能為 348KJ/mol，F(xiàn)e2+在 FeO 中擴散活化能為 96KJ/mol，后者擴散活化能異常的低，為什么？答

23、：因為缺陷濃度為本征空位、非本征空位及由氣氛引起的空位三者之和，MgO 僅存在前兩者，后者存在三者，顯然，后者擴散活化能低。2 試比較楊德方程和金斯特林格方程的優(yōu)缺點及其適用條件。楊德爾方程在反應初期具有很好的適應性，但楊氏模型中假設球形顆粒反應截面積始終不變，因而只適用反應初期轉(zhuǎn)化率較低的情況。而金氏模型中考慮在反應進程中反應截面積隨反應進程變化這一事實，因而金氏方程適用范圍更廣，可以適合反應初、中期。兩個方程都只適用于穩(wěn)定擴散的情況。3 燒結(jié)過程中，晶界遇到夾雜物時會出現(xiàn)幾種情況？從實現(xiàn)致密化目的的考慮，晶界應如何移動，怎樣控制?答：三種情況：（1）Vb=0(2)Vb=Vp(3)VbVp(

24、Vb、Vp分別為晶界與氣孔的移動速度)。從實現(xiàn)致密化目的的考慮，在燒結(jié)中、后期，應控制燒結(jié)升溫速度，使晶界帶動氣孔以正常的速度運動，使氣孔保持在晶界上，并以晶界作為空位傳遞的快速通道而迅速匯集或消失，當tKGGFJJ231)1 (1 )(楊德爾方程：tKGGGFKK32)1 (321)(金斯特林格方程： 第 頁達到 Vb=Vp時，應適當保溫，避免出現(xiàn) VbVp的情況。4 試從熱力學、動力學和形貌等方面比較亞穩(wěn)分解和不穩(wěn)分解這兩種分相過程的特點。 答：不穩(wěn)分解：在此區(qū)域內(nèi)，液相會自發(fā)分相，不需要克服熱力學勢壘；無成核長大過程，分相所需時間極短，第二相組成隨時間連續(xù)變化。在不穩(wěn)分解分相區(qū)內(nèi)，隨著溫

25、度的降低、時間的延長，析出的第二相在母液中相互貫通，形成蠕蟲狀結(jié)構(gòu)。成核生成：在此區(qū)域內(nèi)，系統(tǒng)對微小的組成起伏是亞穩(wěn)的，形成新相需要做功，即存在成核勢壘，新相形成如同結(jié)晶過程的成核長大機理，分相所需時間長，分出的第二相組成不隨時間變化。隨著溫度的降低、時間的延長，析出的第二相在母液中逐漸長大，形成孤立球狀結(jié)構(gòu)。四、計算題四、計算題(10(10 分分) )設體積擴散與晶界擴散活化能間關(guān)系為 Qgb=1/2Qv（Qgb、Qv分別為晶界擴散與體積擴散激活能） ，試畫出 lnD1/T 曲線，并分析在哪個溫度范圍內(nèi)，晶界擴散超過體積擴散? 解：解：RTQDDRTQDD00lnln)exp(或晶界擴散有0

26、lnlngbgbgbDDQRT體積擴散有0lnlnvvvDDQRT欲使gbvDD即00lnlngbgbvvDQRTDQRT又12gbvDD則00ln02gbvvDQDRT移項得：)ln()ln(20000gbvgbgbvvDDRQTDDRQT或令)ln(2000gbvvDDRQT 則當 T Dv；當TT0時以體積擴散為主，即 Dv Dgb。如圖所示。五、在如圖所示的相圖中完成下面各個問題。五、在如圖所示的相圖中完成下面各個問題。 （25 分）分）1. 直接在給定圖中劃分副三角形； 第 頁2. 直接在給定圖中用箭頭標出界線上溫度下降的方向及界線的性質(zhì)；3. 判斷化合物 D 和 M 的性質(zhì)；4.

27、寫出各無變量點的性質(zhì)及反應式；5. G 點的析晶路程；6.組成為 H 的液相在完全平衡條件下進行冷卻，寫出結(jié)晶結(jié)束時各物質(zhì)的百分含量（用線段比表示） 。1、見圖；2、見圖；3、 D，一致熔融二元化合物，高溫穩(wěn)定、低溫分解； M，不一致熔融三元化合物；4、 E1，單轉(zhuǎn)熔點，MCALE2，低共熔點，MBCLE3，單轉(zhuǎn)熔點，MBALE4，過渡點，BADL5、6、過 H 點做副三角形 BCM 的兩條邊 CM、BM 的平行線HH1、HH2，C%=BH2/BC100%，B%=CH1/BC100%，C%=H1H2/BC100%L Af=2熔體 GLf=3GB，(B)1B,B+(A)LABf=1E32,A+B

28、+(M)LA BMf=0E33,A 消失+BML BMf=2E24, BM +(C)L MCBf=0E2(L 消失)G,M+B+C 第 頁6 6、詳細說明影響燒結(jié)的因素？（詳細說明影響燒結(jié)的因素？（1010 分）分） 1、粉末的粒度。細顆粒增加了燒結(jié)推動力，縮短原子擴散距離，提高顆粒在液相中的溶解度，從而導致燒結(jié)過程的加速。 2、外加劑的作用。在固相燒結(jié)中，有少量外加劑可與主晶相形成固溶體，促進缺陷增加，在液相燒結(jié)中，外加劑改變液相的性質(zhì)（如粘度，組成等），促進燒結(jié)。 3、燒結(jié)溫度：晶體中晶格能越大，離子結(jié)合也越牢固，離子擴散也越困難，燒結(jié)溫度越高。 保溫時間：高溫段以體積擴散為主，以短時間為

29、好，低溫段為表面擴散為主，低溫時間越長，不僅不引起致密化，反而會因表面擴散，改變了氣孔的形狀而給制品性能帶來損害，要盡可能快地從低溫升到高溫，以創(chuàng)造體積擴散條件。 4、氣氛的影響：氧化，還原，中性。 5、成形壓力影響：一般說成型壓力越大顆粒間接觸越緊密，對燒結(jié)越有利。 無機材料物理化學試題無機材料物理化學試題 4 答案答案一、填空題（每空一、填空題（每空 1 1 分，共分，共 2020 分）分）1.晶體結(jié)構(gòu)中的熱缺陷有 弗倫克爾缺陷和肖特基缺陷二類。熱缺陷濃度與溫度的關(guān)系式為_。2. 試寫出下列反應的缺陷方程：3三 T 圖中三個 T 代表溫度 、時間 和 轉(zhuǎn)變。 從三 T 曲線可以求出為避免析

30、出 10-6分數(shù)的晶體所需的臨界冷卻速率，該速率越 小 ，越容易形成玻璃。4NaCl 和 SiO2兩種物質(zhì)中 SiO2 容易形成玻璃，因其具有 極性共價 鍵結(jié)構(gòu)。5.在 Na2OSiO2熔體中，當 Na2O/Al2O3bc B. bac C. cba D. cab4.某晶體材料的擴散系數(shù) lnD 與 1/T 關(guān)系曲線在不同溫度區(qū)間出現(xiàn)了不同斜率的直線，這主要是由于（ B ）所致。 A. 擴散系數(shù)不同 B.擴散活化能不同 C.擴散機構(gòu)改變 D.擴散溫度不同5. 熔體析晶遵循形核長大機理，I、U 曲線峰值大小及位置直接影響析晶過程及制品性質(zhì)，當IU重疊面積大且過冷度大時，容易得到（ B ）。 A.

31、不能析晶，得到玻璃 B.晶粒少、尺寸大的粗晶 C.晶粒多、尺寸小的細晶 D. 晶粒多，尺寸大的粗晶6.在擴散系數(shù)的熱力學關(guān)系中，)lnln1 (iiN稱為擴散系數(shù)的熱力學因子。在非理想混合體系中： 當擴散系數(shù)的熱力學因子0時，擴散結(jié)果使溶質(zhì)（ C ）； 當擴散系數(shù)的熱力學因子0時，擴散結(jié)果使溶質(zhì)（ A ）。A發(fā)生偏聚 B.濃度不改變 C.濃度趨于均勻 D.發(fā)生析晶現(xiàn)象7.在燒結(jié)過程中只改變坯體中氣孔的形狀而不引起坯體致密化的傳質(zhì)方式是（ B ）。A.流動傳質(zhì) B. 蒸發(fā)凝聚傳質(zhì) C.溶解沉淀 D. 擴散傳質(zhì)8. 一級相變的典型特征為相變前后（ B ）和（ E ）發(fā)生突變。特別提示：考試作弊者，

32、不授予學士學位，情節(jié)嚴重者開除學籍。特別提示：考試作弊者，不授予學士學位，情節(jié)嚴重者開除學籍。A.熱容 B.體積 C.熱膨脹系數(shù) D.吉布斯自由能 E.熵（焓） F.壓縮系數(shù)三三. . 名詞解釋（每題名詞解釋（每題2 2分，共分，共2020分）分）1.弗倫克爾缺陷；2.非化學計量缺陷；3.無規(guī)則網(wǎng)絡學說；4網(wǎng)絡變性體；5. 燒結(jié)；6.一致熔化合物；7.穩(wěn)定擴散；8.馬氏體相變；9.非均勻成核；10. 二次再結(jié)晶 1. 弗倫克爾缺陷正常位置原子（離子）受熱激發(fā)，脫離平衡位置進入附近間隙位置，在原位置上留下空位所形成的點缺陷。 2. 非化學計量缺陷-由于氣氛等外界條件的影響，一些化合物的正、負離子

33、組成偏離正常的化學計量而產(chǎn)生的缺陷，稱為非化學計量缺陷。3. 無規(guī)網(wǎng)絡學說認為玻璃體的結(jié)構(gòu)與晶體結(jié)構(gòu)類似，也是由氧（負）離子多面體以頂角 第 頁相連的形式在三維空間形成網(wǎng)絡；晶體結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡是由多面體規(guī)律性的周期排列而成，而玻璃體結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡中多面體的排列是拓撲無序的。4網(wǎng)絡變性體: 玻璃結(jié)構(gòu)中，不能夠單獨形成玻璃，但可以改變玻璃的某一結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。5燒結(jié)：即經(jīng)過成型后的固體粉末，在加熱到低于熔點的溫度下變成致密、堅硬的燒結(jié)體的過程；在此過程中由于固態(tài)分子（原子）的相互吸引，通過加熱使粉末產(chǎn)生顆粒粘結(jié)，經(jīng)過物質(zhì)的遷移使粉末體產(chǎn)生強度并導致致密化和再結(jié)晶的過程。6一致熔化合物: 熔融后，液相組成與固相組成

34、相同的化合物。7. 穩(wěn)定擴散擴散質(zhì)點濃度分布不隨時間變化的擴散。即dc/dx 不隨時間t 變化8.馬氏體相變：無擴散型相變，相變數(shù)度快，相變后習性平面與原晶面間仍存在定向關(guān)系，無特定溫度點的轉(zhuǎn)變。 9.非均勻成核：借助于表面、界面、器壁、位錯等首先析出晶核的過程。 10二次再結(jié)晶概念：當正常晶粒生長由于氣孔等阻礙而停止時，在均勻基相中少數(shù)大晶粒在界面能作用下向鄰近小晶粒曲率中心推進，而使大晶粒成為二次再結(jié)晶的核心，晶粒迅速長大。四綜合題（四綜合題（1 14 4題每題題每題5 5分，分，5 57 7題題1010分，共分，共5050 分）分）1玻璃的通性有哪些？答：各向同性；(1 分)介穩(wěn)性；(1

35、 分) 由熔融態(tài)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化時凝固的漸變性和可逆性；(1.5 分)由熔融態(tài)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化時，物理、化學性質(zhì)隨溫度變化的連續(xù)性。(1.5 分)2. 寫出楊德爾模型要點及動力學關(guān)系式，為什么在轉(zhuǎn)化率高時出現(xiàn)偏差？金斯特林格主要在楊德爾模型的基礎上考慮了什么影響？答：(1) 反應物是半徑為 R0的等徑球粒；(1 分)(2) 反應物 A 是擴散相，A 成分包圍 B 顆粒表面，且 A、B 和產(chǎn)物完全接觸，反應自表面向中心進行；(1 分)(3) A 在產(chǎn)物層濃度梯度呈線性，而且擴散截面一定。(1 分)(1 分)楊德爾方程在反應初期具有很好的適應性，但楊氏模型中假設球形顆粒反應截面積始終不變，因而只適用反應初

36、期轉(zhuǎn)化率較低的情況。而金氏模型中考慮在反應進程中反應截tKGGFJJ231)1 (1 )(楊德爾方程： 第 頁面積隨反應進程變化這一事實，因而金氏方程適用范圍更廣，可以適合反應初、中期。兩個方程都只適用于穩(wěn)定擴散的情況。(1 分)3.少量添加劑能促進燒結(jié)，其原因是什么？答： 1)外加劑與燒結(jié)主體形成固溶體使主晶格畸變，缺陷增加，有利結(jié)構(gòu)基元移動而促進燒結(jié)。(1 分)2)外加劑與燒結(jié)主體形成液相，促進燒結(jié)。(1 分)3)外加劑與燒結(jié)主體形成化合物，促進燒結(jié)。(1 分)4)外加劑阻止多晶轉(zhuǎn)變，促進燒結(jié)。(1 分)5)外加劑起擴大燒結(jié)范圍的作用。(1 分)4. 燒結(jié)過程中，分析晶界遇到夾雜物時會出現(xiàn)

37、的情況，從致密化目的考慮，晶界應如何移動？怎樣控制？答：當溫度較低，燒結(jié)初期，晶界上氣孔較多，阻礙晶界移動，晶界移動速度為0；(1分)燒結(jié)中后期，溫度升高，燒結(jié)驅(qū)動力增大，氣孔逐漸減小，可使氣孔和晶界移動速度一致，此時使氣孔保持在晶界上，而晶界上原子排列不規(guī)則，結(jié)構(gòu)基元稍微調(diào)整即可使氣孔排除，體系能量降低重新達平衡。此時控制溫度和保溫時間即可實現(xiàn)VbVp，氣孔迅速排除，(1分)實現(xiàn)致密化燒結(jié)后期，若溫度繼續(xù)升高，晶界移動速率呈指數(shù)增大，大于氣孔移動速率，使得晶界穿越氣孔前移，將氣孔包裹在晶體內(nèi)，此時氣孔難以排除，致密化程度差。(1分)燒結(jié)過程中應嚴格控制燒結(jié)溫度制度，并添加晶界抑制劑，防止晶界

38、移動過快。(2分)5從熱力學和動力學角度對比不穩(wěn)分解和均勻成核成長這兩種相變過程，并說明如何用實驗方法區(qū)分這兩種過程？在玻璃工業(yè)中，分相有何作用？請舉例說明。 答：不穩(wěn)分解：在此區(qū)域內(nèi)，液相會自發(fā)分相，不需要克服熱力學勢壘；無成核-長大過程，分相所需時間極短，第二相組成隨時間連續(xù)變化。在不穩(wěn)分解分相區(qū)內(nèi)，隨著溫度的降低、時間的延長，析出的第二相在母液中相互貫通，形成蠕蟲狀結(jié)構(gòu)。 （3 分） 成核-生成：在此區(qū)域內(nèi)，在熱力學上，系統(tǒng)對微小的組成起伏是亞穩(wěn)的，形成新相需要做功，即存在成核勢壘，新相形成如同結(jié)晶過程的成核-長大機理，分相所需時間長，分出的第二相組成不隨時間變化。隨著溫度的降低、時間的

39、延長，析出的第二相在母液中逐漸長大，形成孤立球狀結(jié)構(gòu)。 （3 分） 用 TEM 觀察分相以后形貌，若兩相無明顯的連續(xù)性，第二相呈孤立球狀，則為成核-生長分相；若兩相形成互相交織的蠕蟲狀，則為不穩(wěn)分解相變過程。 （2 分） 第 頁 在玻璃工業(yè)中，利用玻璃分相可以改進結(jié)構(gòu)和玻璃性能，制備新型玻璃。例如通過硼硅酸鹽玻璃分相制備微孔玻璃、高硅氧玻璃，通過分相促進鋰鋁硅微晶玻璃的核化和晶化，通過磷硅酸鹽玻璃的分相制備乳濁玻璃等。 （2 分） 6 設體積擴散與晶界擴散活化能間關(guān)系為 Qgb=1/2Qv（Qgb、Qv分別為晶界擴散與體積擴散激活能） ，試畫出 lnD1/T 曲線，并分析在哪個溫度范圍內(nèi)，晶界

40、擴散超過體積擴散? 解：解：RTQDDRTQDD00lnln)exp(或(3 分)晶界擴散有 0lnlngbgbgbDDQRT體積擴散有0lnlnvvvDDQRT欲使gbvDD即 00lnlngbgbvvDQRTDQRT (圖 5 分)又Qgb=1/2Q則00ln02gbvvDQDRT移項得：)ln()ln(20000gbvgbgbvvDDRQTDDRQT或 令)ln(2000gbvvDDRQT 則當 T Dv；當 TT0時以體積擴散為主，即 Dv Dgb。如圖所示。(2 分)7在如圖所示的相圖中完成下面各個問題。 1）直接在給定圖中劃分副三角形； 2） 直接在給定圖中用箭頭標出界線上溫度下降

41、的方向及界線的性質(zhì)；3）判斷化合物 D 和 M 的性質(zhì)；4）寫出各無變量點的性質(zhì)及反應式；5）G 點的析晶路程； 第 頁答：1、見圖；(2 分)2、見圖；(2 分)3、 D，一致熔融二元化合物，高溫穩(wěn)定、低溫分解； M，不一致熔融三元化合物；(2 分)4、 E1，單轉(zhuǎn)熔點，MCALE2，低共熔點，MBCLE3，單轉(zhuǎn)熔點，MBALE4，過渡點， (2 分)BADL5、(2 分)L Af=2熔體 GLf=3GB，(B)1B,B+(A)LABf=1E32,A+B+(M)LA BMf=0E33,A 消失+BML BMf=2E24, BM +(C)L MCBf=0E2(L 消失)G,M+B+C 第 頁無

42、機材料物理化學試題無機材料物理化學試題 6 答案答案一填空題（每空一填空題（每空 1 分，共分，共 20 分）分）1. 在Al2O3中添加了少量(x%)NiO生成黃 寶石，經(jīng)分析認為是形成置換型固溶體，則固溶體分子式為 Al2-xNix3-x/2 。2. 常用的相平衡研究方法有熱分析法，淬冷法，差熱分析法 三種。 3.一種玻璃的摩爾組成為24molNa2O，12molAl2O3，64molSiO2，其四個基本結(jié)構(gòu)參數(shù)中R 2.14 ，非橋氧百分數(shù)為 12.65 。4. 固體質(zhì)點擴散的推動力是 化學位梯度 ，液固相變過程的推動力是 過冷度 ，燒結(jié)過程的推動力是 粉狀物料的表面能與多晶燒結(jié)體的能量

43、差 。5.少量添加物能促進燒結(jié)，其原因有四個：（1） 形成液相 ；（2） 阻止晶形轉(zhuǎn)變 ；（3） 形成化合物 ；（4） 形成固溶體 。6. 馬氏體相變的特征有（1）相變前后存在習性平面和晶面定向關(guān)系；（2）快速?？蛇_聲速；（3）無擴散 和（4）無特定溫度，而是發(fā)生在一定溫度段內(nèi)。7.根據(jù)三元系統(tǒng)相圖上等溫線分布的疏密可以判斷液相面的陡勢。等溫線分布越密，說明液相面越 陡峭 ，則溫度變化時，液相量變化越 小 。8. 在CaOAl2O3SiO2系相圖中，有低共熔點8個、雙升點7個、鞍形點9個，按相平衡規(guī)律該系統(tǒng)最多可劃分成 15 分三角形。二、二、選擇題（每空選擇題（每空2分，共分，共20分）分）

44、1、若有一個變價金屬氧化物 MO，在還原性氣氛下形成缺氧型非化學計量化合物，金屬正離子 M 和氧離子之比為 M：O1.1：1，則其化學組成為 A 。 第 頁AMO0.91 B. M1.1O C. MO0.89 D. MO1.1 2. 硅酸鹽熔體中同時存在許多聚合程度不等的負離子團，其種類、大小和復雜程度隨熔體的組成和溫度而變。當溫度不變時，熔體中堿性氧化物含量增加，O/Si 比值增大，這時熔體中 B 。A.高聚體數(shù)量增多 B.高聚體數(shù)量減少 C.高聚體數(shù)量多于低聚物數(shù)量 D. 高聚體數(shù)量少于低聚物數(shù)量3. 硅磚與高鋁磚不能砌筑在一起，其原因是 B 。A.SiO2的熔點比 Al2O3的熔點低 B

45、.SiO2中混入少量的 Al2O3會導致 SiO2的熔點降低C.兩者形成的莫來石晶體的液相線比較平坦 D.莫來石的熔點太低，不能用作耐火材料4. 受固溶引入的雜質(zhì)離子的電價和濃度等外界因素所控制的擴散是 B 。A.本征擴散 B.非本征擴散 C.正擴散 D.逆擴散5. 從熱力學觀點討論玻璃分相，可以用 D 把分相區(qū)域推算出來。A.過冷卻-成核速率曲線 B.過冷度-自由焓曲線 C.溫度-時間-轉(zhuǎn)變曲線 D.自由焓-組成曲線若把上述曲線的 E 和 F 點相連可以分別得到亞穩(wěn)分相區(qū)范圍和不穩(wěn)分相區(qū)范圍。A.轉(zhuǎn)變點；B.最高點；C.最低點；D.G0 的點；E.切點；F.拐點；G.0TG的6.在擴散系數(shù)的

46、熱力學關(guān)系中，)lnln1 (iiN稱為擴散系數(shù)的熱力學因子。在非理想混合體系中： 當擴散系數(shù)的熱力學因子0時，擴散結(jié)果使溶質(zhì) C ； 當擴散系數(shù)的熱力學因子0時，擴散結(jié)果使溶質(zhì) A 。A發(fā)生偏聚 B.濃度不改變 C.濃度趨于均勻 D.發(fā)生析晶現(xiàn)象7.在燒結(jié)過程中只改變坯體中氣孔的形狀而不引起坯體致密化的傳質(zhì)方式是 B 。A.流動傳質(zhì) B. 蒸發(fā)凝聚傳質(zhì) C.溶解沉淀 D. 擴散傳質(zhì)三三. 名詞解釋（每題名詞解釋（每題2分，共分，共20分）分）1.非化學計量化合物：化合物原子數(shù)量的比例不符合定比定律，即非簡單的固定比例關(guān)系。2.一致熔化合物：熔化時，液相組成與其固相組成相同的化合物 第 頁3.

47、無序擴散：無化學位梯度、濃度梯度、無外場推動力，由熱起伏引起的擴散。質(zhì)點的擴散是無序的、隨機的。4. 均勻成核；從均勻的單相熔體中產(chǎn)生晶核的過程，其成核幾率處處相同。5.固相反應中的海德華定律 6.置換型固溶體：雜質(zhì)原子進入晶體后置換原來晶體中原子而形成的固溶體。7.溶解沉淀傳質(zhì)：在有固液兩相的燒結(jié)中，當固相在液相中有可溶性，此時的燒結(jié)傳質(zhì)過程為部分固相溶解，而在另一部分固相上沉積，直至晶粒長大、顆粒重排獲得致密的燒結(jié)體 8. 一級相變；相變時兩相化學勢相等，但化學勢的一級偏微商不相等。發(fā)生一級相變時有潛熱和體積的變化。9. 肖特基缺陷：正常晶格上的原子遷移到晶體表面，在正常結(jié)點上留下空位10

48、.晶子學說：玻璃由無數(shù)的“晶子”組成。所謂“晶子”不同于一般微晶，而是帶有晶格變形的有序區(qū)域，它分散于無定形的介質(zhì)中，并且“晶子”到介質(zhì)的過渡是逐漸完成的，兩者之間無明顯界線。四四 判斷題判斷題(正確打正確打，錯誤打，錯誤打) (每題每題 1 分，共分，共 10 分分)1. 非化學計量化合物的組成與配料時稱量的精度有關(guān)。()2. 臨界冷卻速度大，則意味著析晶困難，容易形成玻璃體。 () 3. 濃度梯度是擴散的推動力，物質(zhì)總是從高濃度處向低濃度處擴散。()4. 液液相變的不穩(wěn)分解過程不存在位壘 () 5. 相變過程是個化學變化過程。()6. 粉體顆粒直徑越小，其所對應的溶解度和蒸汽壓也越大。 ()7. 擴散傳質(zhì)中壓應力區(qū)空位濃度無應力區(qū)空位濃度張應力區(qū)空位濃度。()8. 晶粒長大源于小晶體的相互粘結(jié)。()9. 在燒結(jié)后期，提高溫度總是可以促進氣孔的排除。() 10.一般來說，晶界是氣孔通向燒結(jié)體外的主要擴散通道。()四綜合題（四綜合題（14 題每題題每題 5 分，分，5 題題 10 分，共分，共 30 分）分）1 如果要合成鎂鋁尖晶石，可供選擇的原料為Mg(OH)2、MgO、-Al2O3、- Al2O3，