無機(jī)材料物理化學(xué)試題

1、無機(jī)材料物理化學(xué)試題1一、填空題（每空1分，共20分）1 .晶體結(jié)構(gòu)中的熱缺陷有2 .三T圖中三個(gè)T代表3 .玻璃具有下列通性： 4 .固體中質(zhì)點(diǎn)擴(kuò)散的推動(dòng)力是程的推動(dòng)力是5 .試驗(yàn)測得NaCI的擴(kuò)散系數(shù)與溫度關(guān)系如圖所示，直線（1）屬 擴(kuò)散，直線（2）屬 擴(kuò)散；如果提高 NaCI的純度，兩直線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)向 方向移動(dòng)。、和,液一固相變過程的推動(dòng)力是燒結(jié)過6.組成NaAO . 1/2AI2O3.2SiO 2的玻璃中氧多面體平均非橋氧數(shù)為7 .在硅酸鹽熔體中，當(dāng)以低聚物為主時(shí)，體系的粘度 、析晶能力8 .寫出缺陷反應(yīng)式LazQCe。2,（負(fù)離子空位）ZrO2r 3t （負(fù)離子間隙）o1 （非化學(xué)計(jì)量

2、擴(kuò)1/T（10分）已知Q溶解在FeO晶體中形成貧鐵氧化物F&x的反應(yīng)如下:12FeFeO VFe 2FeFe堿金其原在工藝上如何防止晶試用擴(kuò)散的微觀理論推導(dǎo) Fe2+的擴(kuò)散系數(shù)DFe2+與氧分壓P 2的關(guān)系式。三.（10分）寫出楊德爾模型要點(diǎn)及動(dòng)力學(xué)關(guān)系式，為什么在轉(zhuǎn)化率高時(shí)出現(xiàn)偏差？金斯特 林格主要在楊德爾模型的基礎(chǔ)上考慮了什么影響？四（15分）說明影響擴(kuò)散的因素？五（15分）試述熔體粘度對(duì)玻璃形成的影響？在硅酸鹽熔體中，分析加入一價(jià)屬氧化物、二價(jià)金屬氧化物或 BQ后熔體粘度的變化？為什么？ 六（10分）簡要說明：（1）材料燒結(jié)時(shí)四種最基本的傳質(zhì)機(jī)理是什么？少量添加劑能促進(jìn)燒結(jié),因是什么？（

3、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,粒異常長大？七（20分）分析下列相圖1.標(biāo)出界線上溫度下降的方向及界線的性質(zhì)；性質(zhì)；4.寫出各無變量點(diǎn)的性質(zhì)及反應(yīng)式;劃分副三角形；2.用箭頭3.判斷化合物S的5.分析點(diǎn)1、2熔體的析晶路程。（注：S 1、E3在一條直線上）無機(jī)材料物理化學(xué)試題1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(gè)T代表溫度、時(shí)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(shí)物理、化學(xué)性質(zhì)隨溫度變化的連續(xù)性。 4 .固體質(zhì)點(diǎn)擴(kuò)散的推動(dòng)力是化學(xué)

4、位梯度，液 -固相變過程的推動(dòng)力是過冷度,燒結(jié)過程的推動(dòng)力是粉狀物料的表面能與多晶燒結(jié)體的能量差。5 .試驗(yàn)測得NaCI的擴(kuò)散系數(shù)與溫度關(guān)系如圖所 示，直線（1）屬主 征 擴(kuò)散，直線（2）屬非本征 擴(kuò)散；如果提高 NaCI的純度，兩 直線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)向左方向移動(dòng)。6 .固體質(zhì)點(diǎn)擴(kuò)散的推動(dòng)力是化學(xué)位梯度。7 .在硅酸鹽熔體中，當(dāng)以低聚物為主時(shí)，體系的粘度8 .寫出缺陷反應(yīng)式Lgn 小、析晶能力AF大。1000/T1/TLa?Q 沁 2La ce V 30ZrO2 Y2 j 2Zry? 03Q)（10分）已知Q溶解在FeO晶體中形成貧鐵氧化物Fe1-x的反應(yīng)如下：1（非化學(xué)計(jì)量擴(kuò)散2FeFe 02 （

5、g） =0。VFe 2Fe；e2試用擴(kuò)散的微觀理論推導(dǎo)Fe2+的擴(kuò)散系數(shù)DFe2+與氧分壓PI的關(guān)系式。12Fe Fe wQg） =0。VFe 2Fe Fe平衡常數(shù)& Vf ； Fe_F ： = 3*(- ag/r T)h1=2V Fe 4V Fe f 二 Po2exp(- G/RT)1 - 1 VFe =( ; )3b6exp(- G/3RT)4i或 DFe2 / Fe 1 x0P 0?6三？（ 10分）寫出楊德爾模型要點(diǎn)及動(dòng)力學(xué)關(guān)系式，為什么在轉(zhuǎn)化率高時(shí)出現(xiàn)偏差？金斯特林格主要在楊德爾模型的基礎(chǔ)上考慮了什么影響？答：1楊德爾方程：Fj（G）豈 1 -（1 G）32 二 Kt楊德爾方程在反應(yīng)

6、初期具有很好的適應(yīng)性， 不變，因而只適用反應(yīng)初期轉(zhuǎn)化率較低的情況。隨反應(yīng)進(jìn)程變化這一事實(shí)，因而金氏方程適用范圍更廣, 都只適用于穩(wěn)定擴(kuò)散的情況。2 -金斯特林格方程：Fk （g） =1 _G _（I _G）3二 at3 一 一但楊氏模型中假設(shè)球形顆粒反應(yīng)截面積始終而金氏模型中考慮在反應(yīng)進(jìn)程中反應(yīng)截面積可以適合反應(yīng)初、中期。兩個(gè)方程四（15分）說明影響擴(kuò)散的因素？答：化學(xué)鍵：共價(jià)鍵方向性限制不利間隙擴(kuò)散，空位擴(kuò)散為主。金屬鍵離子鍵以空位擴(kuò)散為 主，間隙離子較小時(shí)以間隙擴(kuò)散為主。缺陷：缺陷部位會(huì)成為質(zhì)點(diǎn)擴(kuò)散的快速通道，有利擴(kuò)散。溫度：D=Dexp（ -Q/RT） Q不變，溫度升高擴(kuò)散系數(shù)增大有利擴(kuò)

7、散。Q越大溫度變化對(duì)擴(kuò)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(kuò)散速度；雜質(zhì)與空位締合有利擴(kuò)散；雜質(zhì)含量大本征擴(kuò)散和非本征擴(kuò)散的溫度轉(zhuǎn)折點(diǎn)升高。擴(kuò)散物質(zhì)的性質(zhì)：擴(kuò)散質(zhì)點(diǎn)和介質(zhì)的性質(zhì)差異大利于擴(kuò)散擴(kuò)散介質(zhì)的結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)緊密不利擴(kuò)散。五（15分）試述熔體粘度對(duì)玻璃形成的影響？在硅酸鹽熔體中，分析加入一價(jià)堿金屬氧化物、二價(jià)金屬氧化物或 BQ后熔體粘度的變化？為什么？答：1）熔體粘度對(duì)玻璃形成具有決定性作用。熔體在熔點(diǎn)時(shí)具有很大粘度，并且粘度隨溫度降低而劇烈地升高時(shí)，容易形成玻璃。2）在硅酸鹽熔體中，加入 RO,隨著O/Si比增加，提供游離氧，橋氧數(shù)減小，硅氧網(wǎng)絡(luò)斷裂，使熔體粘度顯著減小。加入RO提

8、供游離氧，使硅氧網(wǎng)絡(luò)斷裂，熔體粘度降低，但是由于氏+的場強(qiáng)較大，有一定的集聚作用，降低的幅度較小。加入加入量少時(shí)，B2Q處于三度空間連接的 BO4四面體中，使結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)聚集緊密，粘度上升。隨著B2O含量增加，B3+”始處于BOW三角形中使結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)疏松，粘度下降。六（10分）簡要說明：（1）材料燒結(jié)時(shí)四種最基本的傳質(zhì)機(jī)理是什么？少量添加劑能促進(jìn)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(kuò)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(dòng)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(dòng)而促進(jìn)燒促進(jìn)燒結(jié)。結(jié)。2）外加劑與燒結(jié)主體形成液相，促進(jìn)

9、燒結(jié)。3）外加劑與燒結(jié)主體形成化合物,二次再結(jié)晶晶粒長大不均勻生長均勻生長不符合D=d/f符合D=d/f氣孔被晶粒包裹氣孔排除界面上有應(yīng)力界面尢應(yīng)力(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:當(dāng)達(dá)到時(shí)，應(yīng)適當(dāng)保溫，避免出現(xiàn)VbW的情況。七(20分)分析下列相圖1 .劃分副三角形；2 .用箭頭標(biāo)出界線上溫度下降的方向及界線的性質(zhì)；4.寫出各無變量點(diǎn)的性質(zhì)及反應(yīng)式；5.分析點(diǎn)1、2熔體的析晶路程。(注：S、1、Es在一條直線上)3 .判斷化合物S的性質(zhì)；答：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

10、為轉(zhuǎn)熔線。3)不一致熔融三元化合物；4) E1:三元低共熔點(diǎn)，Lt A+S+CE2:三元低共熔點(diǎn)，LtC+S+BE3:雙轉(zhuǎn)熔點(diǎn)，L+A+4 S；5L L ： = AL=A + B熔體 1f=3 1A,(A)l -_ CA,A+(B) f=1 Esa,A+B+(S)L： = S CL= S + BE3s,(A+B)消失 + S石dS, S+(B)f=1f=0E2e,S+B+(C) L S+ c+ b E2(L 消失)1,S+B+C f=0熔體2f=3L + A + B S f=0尸Ek,S+B+(C)f=0lu b r, (B)f=2XfB,B+(A)t-：-=A+f=1E3g,A+B+(S)l

11、+bu Sl= S+ BE3h,(A 消失)+ B + S f_2iI,S+B + A + B ”L = SE2(L 消失)2,S+B+C一、填空題（每空1分，共25分）無機(jī)材料物理化學(xué)試題21.物質(zhì)在熔點(diǎn)時(shí)的粘度越.越容易形成玻璃，Tg/Tm 2/3 （大于，等于,小于）時(shí)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) 和 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 ,然后就是 過程。均勻成核的成核速率由 因子和 因子所決定的。4 .固體中質(zhì)點(diǎn)擴(kuò)散的推動(dòng)力是;液一固相變過程的推動(dòng)力是、;燒結(jié)過程的推動(dòng)力是 、5 .燒結(jié)的主要傳質(zhì)方式有 、和 四種。LnD6?一般說來，是氣孔通向燒結(jié)體外的主要擴(kuò)散通道 o7?由點(diǎn)缺陷（肖特基和弗蘭克爾缺陷）引起的擴(kuò)散為 擴(kuò)散，空位來源于摻雜而引起的擴(kuò)散為 擴(kuò)散。（低溫）8 .寫出缺陷反應(yīng)式CaOz2 CaOZ 2（10分）CeO為螢石結(jié)構(gòu)，其中加入15mol%Ca印成固溶體，測得固溶體密度=6.45g/cm 3,晶格參數(shù) 逐=5.417?,問：主要缺陷形式如何？（10分）有兩種不同配比的玻璃，其組成如下：序號(hào)Na