無機材料物理化學(xué)試題

1、無機材料物理化學(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 和 二類。2.三T圖中三個T代表 、 和 。 3.玻璃具有下列通性： 、 、 和 。4.固體中質(zhì)點擴散的推動力是 ，液固相變過程的推動力是 ，燒結(jié)過程的推動力是 。 logD1000/T(1)(2)LnD5.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 擴散，直線（2）(非化學(xué)計量擴散)屬 擴散；如果提高NaCl的純度，F(xiàn)兩直線的轉(zhuǎn)折點向 方向移動。1/T6. 組成Na2O . 1/2Al2O3 . 2SiO2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，體系的粘度 、析晶能力

2、。（負離子空位）。（負離子間隙）。8. 寫出缺陷反應(yīng)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(yīng)如下：試用擴散的微觀理論推導(dǎo)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(xué)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(chǔ)上考慮了什么影響？四 （15分）說明影響擴散的因素？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？ 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？

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，在工藝上如何防止晶粒異常長大？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)；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(yīng)式；5.分析點1、2熔體的析晶路程。( 注：S、1、E3在一條直線上)無機材料物理化學(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(xué)性質(zhì)隨溫度變化的連續(xù)性。

4、4. 固體質(zhì)點擴散的推動力是化學(xué)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。 logD1000/T(1)(2)LnD5.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NaCl的純度，F(xiàn)兩直線的轉(zhuǎn)折點向 左 方向移動。1/T6.固體質(zhì)點擴散的推動力是化學(xué)位梯度。7在硅酸鹽熔體中，當(dāng)以低聚物為主時，體系的粘度 小 、析晶能力 大 。8. 寫出缺陷反應(yīng)式 (非化學(xué)計量擴散)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(yīng)如下：試用擴散的微觀理論推導(dǎo)Fe2的擴散系數(shù)DFe

5、2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(xué)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(chǔ)上考慮了什么影響？答：楊德爾方程在反應(yīng)初期具有很好的適應(yīng)性，但楊氏模型中假設(shè)球形顆粒反應(yīng)截面積始終不變，因而只適用反應(yīng)初期轉(zhuǎn)化率較低的情況。而金氏模型中考慮在反應(yīng)進程中反應(yīng)截面積隨反應(yīng)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(yīng)初、中期。兩個方程都只適用于穩(wěn)定擴散的情況。四 （15分）說明影響擴散的因素？答：化學(xué)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

6、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

7、，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(luò)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(luò)斷裂，熔體粘度降低，但是由于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(luò)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(luò)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

8、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(yīng)力界面無應(yīng)力 當(dāng)達到Vb=Vp時，應(yīng)適當(dāng)保溫，避免出現(xiàn)Vb>Vp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

9、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(yīng)式；5.分析點1、2熔體的析晶路程。( 注：S、1、E3在一條直線上)da b g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；LÛ Bf=2熔體2Lf=32B，(B)fB,B+(A)LÛABf=1E3g,A+B+(S)LAB ÛSf=0E3h,(A消失)BSL+BÛ Sf=2iI,S+BLÛSBf=1E2k,

10、S+B+(C)L ÛSABf=0E2(L消失)2,S+B+CLÛ Af=2熔體1Lf=31A，(A)CA,A+(B)LÛABf=1E3a,A+B+(S)LAB ÛSf=0E3s,(A+B)消失SLÛ Sf=2dS,S+(B)LÛSBf=1E2e,S+B+(C)L ÛSCBf=0E2(L消失)1,S+B+C5) 無機材料物理化學(xué)試題2一、填空題（每空1分，共25分）1.物質(zhì)在熔點時的粘度越 越容易形成玻璃，Tg/Tm 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

11、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)點擴散的推動力是 ；液固相變過程的推動力是 、 、 ；燒結(jié)過程的推動力是 、 、 。LnD5.燒結(jié)的主要傳質(zhì)方式有 、 、 和 四種。6.一般說來， 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 擴散， 空位來源于摻雜而引起的擴散為 擴散。（低溫）。（高溫）。8. 寫出缺陷反應(yīng)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

12、Å，問：主要缺陷形式如何？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)參數(shù)說明兩種玻璃高溫下粘度的大??？四（10分）寫出楊德爾方程動力學(xué)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。五 （15分）從熱力學(xué)和動力學(xué)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。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

13、。七 （20分）下圖為CaO-A12O3-SiO2系統(tǒng)的富鈣部分相圖，對于硅酸鹽水泥的生產(chǎn)有一定的參考價值。試：1、畫出有意義的付三角形； 2、用單、雙箭頭表示界線的性質(zhì)；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、寫出M熔體的冷卻平衡結(jié)晶過程；5、為何在緩慢冷卻到無變量點K（1455）時再要急劇冷卻到室溫？ 無機材料物理化學(xué)試題2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

14、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 ，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 因子所決定的。4.固體中質(zhì)點擴散的推動力是 化學(xué)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 。LnD1/T5.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

15、征 擴散。8. 寫出缺陷反應(yīng)式 （低溫）。（高溫）。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)a05.417Å，問：主要缺陷形式如何？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(yīng)：CaO固溶體分子式：2、 生成陽離子間隙型固溶體： （2分）缺陷反應(yīng)：2CaO Ca +Ca+2OO 固溶體分子式：當(dāng)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=

16、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） 2=6.819（g/cm3） （2分） 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/Al2O3&

17、lt;1,所以Al2O3為網(wǎng)絡(luò)變性體 （1分） Z=4 R1=（10.57+3×12.86+2×76.57）/76.57=2.64 Y1=2.72 （2分） 對于2：Na2O/Al2O3>1,所以Al2O3為網(wǎng)絡(luò)形成體 （1分） Z=4 R2=（20.3+3×6.17+2×73.49）/（2×6.17+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(xué)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(xué)關(guān)系式： （

18、2分） 楊德爾方程在反應(yīng)初期具有很好的適應(yīng)性，但楊氏模型中假設(shè)球形顆粒反應(yīng)截面積始終不變，因而只適用反應(yīng)初期轉(zhuǎn)化率較低的情況。 （3分） 而金氏模型中考慮在反應(yīng)進程中反應(yīng)截面積隨反應(yīng)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(yīng)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(xué)和動力學(xué)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(xué)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)

19、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(xué)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，制備新型玻璃。例

20、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，Al2O3>99.9%，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分） 七 1、

21、畫出有意義的付三角形；（如圖所示）； （4分）2、用單、雙箭頭表示界線的性質(zhì)；（如圖所示）； （4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）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）LÛ C2Sp=2 f=2熔體MLp=1 f=3MD，(C2S) ab,C2S(C3S)Jb/, C2SC3Skd, C2S+C3S(C3A)L+C3SÛC2S+C3Ap=4 f=0K(液相消失)M, C3S+C2S+C3AL&#

22、219; C2SC3Sp=3 f=1LC2SÛC3Sp=3 f=1M點：5、為何在緩慢冷卻到無變量點K（1455）時再要急劇冷卻到室溫？ （4分）因為緩慢冷卻到K點，可以通過轉(zhuǎn)熔反應(yīng)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(yīng)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(xué)試題3一、 選擇題（每題2分,共20分）二、1 當(dāng)SiO2含量比較高時，堿金屬氧化物降低熔體粘度的能力是 。A Li2O>Na2O>

23、;K2O B K2O>Na2O>Li2O C Na2O>Li2O>K2O D K2O>Li2O>Na2O2 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 。A Ds>Db>Dg B Ds>Dg>Db C Db >Dg> Ds D Db>Ds>Dg3 今有原料Mg（OH）2、MgO、-Al2O3、-Al2O3用于合成鎂鋁尖晶石，從提高反應(yīng)速率的角度出發(fā)，選擇 。A Mg（OH）2和-Al2O3 B Mg（OH）2和-Al2O3 C MgO和-Al2O3 D MgO和-

24、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 。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 。A F=1-P B F=2-P C F=3-P D F=4-P6 從熱力學(xué)的角度討論玻璃分相，把分相區(qū)域推算出來是依據(jù) 。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 。A 2/3 B 1/3 C 1/2 D 1/48 ZrO2加入Al2O3中對其進行增韌，固熔體化學(xué)式 。A Al2-2xZrxO3 B Al2-xZr3

25、x/4O3 C Al2-xZr2x/3O3 D Al2-2xZrx/3O39 在氧化氣氛下，F(xiàn)eO形成非化學(xué)計量化合物，鐵空位濃度與氧分壓關(guān)系為 。A 1/6 B -1/6 C 1/4 D -1/410 2Na2O·CaO·Al2O3·2SiO2的玻璃中，結(jié)構(gòu)參數(shù)Y為 。A 2.25 B 2.5 C 3 D 3.5二、名詞解釋（每題3分，共15分）1 肖特基缺陷 2 本征擴散 3 燒結(jié) 4 二次再結(jié)晶5 固相反應(yīng)中的海德華定律 三、簡略回答下列問題(每題5分，共20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，

26、 Fe2+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？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。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(yīng)如何移動，怎樣控制？4試從熱力學(xué)、動力學(xué)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。 四、計算題(10分)設(shè)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? 五、在如圖所示的相圖中完成下面各個問題。 （25分）1. 直接在給定圖中劃分副三角形； 2. 直

27、接在給定圖中用箭頭標(biāo)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. 寫出各無變量點的性質(zhì)及反應(yīng)式；5. 寫出G點的寫出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）。六、詳細說明影響燒結(jié)的因素。（10分） 無機材料物理化學(xué)試題3答案一、 選擇題（每題2分,共20分）二、1 當(dāng)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 Li2O>Na2O>K2O B K2O>Na2O>Li2O C Na2O>Li2O>K2O D K2O>Li2O>Na2O2

28、 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> Db>Dg B Ds>Dg>Db C Db >Dg> Ds D Db>Ds>Dg3 今有原料Mg（OH）2、MgO、-Al2O3、-Al2O3用于合成鎂鋁尖晶石，從提高反應(yīng)速率的角度出發(fā)，選擇 A 。A Mg（OH）2和-Al2O3 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

29、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(xué)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 ZrO2加入Al2O3增韌，固熔體化學(xué)式 B 。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(xué)計量化合物，鐵

30、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 2Na2O·CaO·Al2O3·2SiO2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 名詞解釋（每題3分，共15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(yīng)中的海德華定律：當(dāng)反應(yīng)物之一

31、存在有多晶轉(zhuǎn)變時，則此轉(zhuǎn)變溫度也往往是反應(yīng)開始變得顯著的溫度。 三、簡略回答下列問題(每題5分，共20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：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(yīng)初期具有很好的適應(yīng)性，但楊氏模型中假設(shè)球形顆粒反應(yīng)截面積始終不變，因而只適用反應(yīng)初期轉(zhuǎn)化率較低的情況。而金氏模型中考慮在反應(yīng)

32、進程中反應(yīng)截面積隨反應(yīng)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(yīng)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(yīng)如何移動，怎樣控制?答：三種情況：（1）Vb=0(2)Vb=Vp(3)Vb>Vp(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(yīng)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(dāng)達到Vb=Vp時，應(yīng)適當(dāng)保溫，避免出現(xiàn)Vb>Vp的情況。4試從熱力學(xué)、動力學(xué)和形貌等方面比較亞穩(wěn)分解和不

33、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(xué)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)。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(10分)設(shè)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

34、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：晶界擴散有體積擴散有欲使即又則移項得：令則當(dāng)T<T0時以晶界擴散為主， Dgb > Dv；當(dāng)T>T0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。 （25分）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(biāo)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. 寫出各無變量點的性質(zhì)及反應(yīng)式；5. G點的寫出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

35、）。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，E2，低共熔點，E3，單轉(zhuǎn)熔點，E4，過渡點，LÛ Af=2熔體GLf=3GB，(B)1B,B+(A)LÛABf=1E32,A+B+(M)LA ÛBMf=0E33,A消失+BMLÛ BMf=2E24, BM +(C)L ÛMCBf=0E2(L消失)G,M+B+C5、6、過H點做副三角形BCM的兩條邊CM、BM的平行線HH1、HH2，C%=BH2/BC×100%，B%=CH1/BC×100%，C%=H

36、1H2/BC×100%六、詳細說明影響燒結(jié)的因素？（10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(dǎo)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)

37、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(xué)試題4一填空題（每空1分，共20分）1.晶體結(jié)構(gòu)中的熱缺陷有 和 二類。熱缺陷濃度與溫度的關(guān)系式為_。2.試寫出下列反應(yīng)的缺陷方程：3三T圖中三個T代表 、 和 。 從三T曲線可以求出為避免析出10-6分數(shù)的晶體所需的臨界冷卻速率，該速率越 ，越容易形成玻璃。4NaCl和SiO2兩種物質(zhì)中 容易形成玻璃，因其具有 鍵結(jié)構(gòu)。5.在Na2OSiO2熔體中，當(dāng)Na2O/Al2O3<1時，加入Al2O3使熔體粘度 。6.本征擴散的擴散系數(shù)D_,其擴散活化能由

38、_和_組成。7.玻璃分相的兩種機理是_機理和_機理。前者分相時質(zhì)點作_擴散，分相速率_，分相后具有_結(jié)構(gòu)。 二是非題（每題1分，共10分）（正確的打“”，錯誤的打“×”）1、Fick第二定律僅適用于穩(wěn)態(tài)擴散過程。（ ）2、在硅酸鹽熔體中，當(dāng)以低聚物為主時，體系的粘度低、析晶能力大。（ ）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、一般來說，晶界是氣孔通向燒結(jié)體外的主要擴散通道。（ ）5、固溶體是一種溶解了雜質(zhì)組份的非晶態(tài)固體。（ ）6、液相析晶過程中過冷度的大小會影響材料的顯微結(jié)構(gòu)。（ ）7、晶胚的臨界半徑rk隨著T的增大而減小，相變愈易進行。（ ）8、一

39、般來說二次再結(jié)晶對材料的性能有利。（ ）9、液液相變的不穩(wěn)分解過程不存在位壘。（ ）10、在燒結(jié)后期，提高溫度總是可以促進氣孔的排除。（ ）三名詞解釋（每題2分，共10分） 1、 非化學(xué)計量化合物2、 非均勻成核3、 無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說4、 網(wǎng)絡(luò)形成體和網(wǎng)絡(luò)變性體5、 一級相變四說明影響擴散的因素。（10分）五寫出楊德爾模型要點及動力學(xué)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(chǔ)上考慮了什么影響？（10分）六簡要說明：（每題5分，共10分）ABT1T2L1、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？2、陶瓷材料中晶粒的大小與什么有關(guān)？工藝上如

40、何控制晶粒尺寸。七右圖是某二元系統(tǒng)相圖，試畫出T1、T2溫度下的自由能組成曲線。（10分）八分析相圖（20分）：1、 劃分付三角形；2、標(biāo)出界線的性質(zhì)（共熔界線用單箭頭，轉(zhuǎn)熔界線用雙箭頭）；3、指出化合物S的性質(zhì)；4、說明E、F、R點的性質(zhì)，并列出相變式；5、分析點1和點2的析晶路程。 無機材料物理化學(xué)試題4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。熱缺陷濃度與溫度的關(guān)系式為_。2. 試寫出下列反應(yīng)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

41、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(dāng)Na2O/Al2O3<1時，加入Al2O3使熔體粘度 小 。6.本征擴散的擴散系數(shù)D_D0exp（-Q/RT）,其擴散活化能由_空位形成能_和_質(zhì)點遷移能_組成。7. 玻璃分相的兩種機理是_成核長大_機理和_旋節(jié)分相_機理。前者分相時質(zhì)點作_正_擴散，分相速率_慢_，分相后具有_孤立的液滴狀_結(jié)構(gòu)。 二是非題（每題1分，共10分）（正確的打“”，錯誤的打“×”）1、Fick第二定律僅適用于穩(wěn)態(tài)擴散過程。（×）2、在硅酸鹽熔體中，當(dāng)以低聚物為主時，

42、體系的粘度低、析晶能力大。（Ö）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、一般來說，晶界是氣孔通向燒結(jié)體外的主要擴散通道。（）5、固溶體是一種溶解了雜質(zhì)組份的非晶態(tài)固體。（×）6、液相析晶過程中過冷度的大小會影響材料的顯微結(jié)構(gòu)。（）7、晶胚的臨界半徑rk隨著T的增大而減小，相變愈易進行。（）8、一般來說二次再結(jié)晶對材料的性能有利。（×）9、液液相變的不穩(wěn)分解過程不存在位壘。（）10、在燒結(jié)后期，提高溫度總是可以促進氣孔的排除。（×）三名詞解釋（每題2分，共10分） 1、非化學(xué)計量化合物：化合物原子數(shù)量的比例不符合定

43、比定律,即非簡單的固定比例關(guān)系。 2、非均勻成核：借助于表面、界面、微粒裂紋、器壁以及各種催化位置而形成晶核的過程。3、無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說：形成玻璃的物質(zhì)與相應(yīng)的晶體類似，形成相似的三維空間網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)由離子多面體（四面體或三角體）構(gòu)筑起來的。4、網(wǎng)絡(luò)形成體和網(wǎng)絡(luò)變性體網(wǎng)絡(luò)形成體：單鍵強度大于335 kJ/mol，能單獨形成玻璃的氧化物。網(wǎng)絡(luò)變性體：單鍵強度小于250kJ/mol，不能單獨形成玻璃，但能改變玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的氧化物。5、一級相變：相變時兩相化學(xué)勢相等但化學(xué)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。四 （10分）說明影響擴散的因素？答：化學(xué)鍵：共價鍵方向性限制不利間隙擴

44、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（10分）寫出楊德爾模型要點及動力學(xué)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(chǔ)上考慮了什么影響？答：(1) 反應(yīng)物是半徑為R0的等徑球

45、粒；(2) 反應(yīng)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(yīng)自表面向中心進行；(3) A在產(chǎn)物層濃度梯度呈線性，而且擴散截面一定。楊德爾方程在反應(yīng)初期具有很好的適應(yīng)性，但楊氏模型中假設(shè)球形顆粒反應(yīng)截面積始終不變，因而只適用反應(yīng)初期轉(zhuǎn)化率較低的情況。而金氏模型中考慮在反應(yīng)進程中反應(yīng)截面積隨反應(yīng)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(yīng)初、中期。兩個方程都只適用于穩(wěn)定擴散的情況。六簡要說明：（每題5分，共10分）（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

46、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）、陶瓷材料中晶粒的大小與什么有關(guān)？工藝上如何控制晶粒尺寸？答：陶瓷材料中晶粒的大小與物料的原始粒度、燒結(jié)溫度和時間等因素有關(guān)； 控制晶粒尺寸方法：控制原始粒度均勻細小，控制燒結(jié)溫度和時間，添加劑等。 七右圖是某二元系統(tǒng)相圖，試畫出T1、T2溫度下的自由能組成曲線。（10分，每圖5分）ABT1LefghGABT2LmnG八分析相

47、圖（20分）：1 劃分付三角形。（如圖，3分）2、標(biāo)出界線的性質(zhì)（共熔界線用單箭頭，轉(zhuǎn)熔界線用雙箭頭）（如圖3分）3、指出化合物S的性質(zhì)。S是低溫穩(wěn)定、高溫分解的二元化合物（2分）4、說明E、F、R點的性質(zhì)，并列出相變式。E點是低共熔點，LEB+C+SF點是單轉(zhuǎn)熔點，LF+AC+SR點是過渡點（雙轉(zhuǎn)熔點），LR+A+BS（6分）LÛ Bf=2熔體1Lf=31B，(B)aB,B+(S)LÛSBf=1E b,S+B+(C)L ÛSCBf=0E (L消失)1,S+B+C5、分析點1和點2的析晶路程（表明液、固相組成點的變化，并在液相變化的路徑中注明各階段的相變化和自由度數(shù)）。（6分）LÛ AP2，f=2熔體2LP1，F(xiàn)=32A，(A)dA,A+(S)LAÛSP3，f=1se,A+SLÛSP2，F(xiàn)=2gh,(A消失)+SL Û S+CP3，F(xiàn)=2Ek,S+C+(B)L