無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)綜合測試卷試題10

1、無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)試卷十 一、名詞解釋（20分）：1. 一致熔融化合物，三角形規(guī)則2. 非本征擴(kuò)散，穩(wěn)定擴(kuò)散3. 非均勻成核, 一級相變，2. 晶粒生長，二次再結(jié)晶二、選擇題（12分）：1. 陶瓷經(jīng)燒結(jié)后在宏觀上的變化表述不正確的是（ ）A.強(qiáng)度增加 B.體積收縮 C.氣孔率降低 D.致密度減少 2. 在反應(yīng)溫度下，當(dāng)固相反應(yīng)的某一相發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變時，反應(yīng)速度是（ ）A. 無影響 B. 加快 C. 減慢3. 表面擴(kuò)散系數(shù)Ds，界面擴(kuò)散系數(shù)Dg，晶格擴(kuò)散系Db的關(guān)系是（ ）A.DsDgDb B. DsDbDgC.DbDsDg D. DbDgDs4. 下列屬于逆擴(kuò)散過程的是（ ）A. 二次再結(jié)晶 B.

2、雜質(zhì)的富集于晶界 C.布朗運(yùn)動 5. A，B進(jìn)行反應(yīng)生成AmBn,為擴(kuò)散控制的固相反應(yīng)，若DBDA，則在AmBn-A界面上，反應(yīng)物B的濃度CB為（ ）A.1 B.0 C.不確定6. 燒結(jié)中晶界移動的推動力是（ ）A.表面能 B.晶界兩側(cè)自由焓差 C.空位濃度差7. 同一種物質(zhì)在晶體中的擴(kuò)散系數(shù)（ ）在玻璃中的擴(kuò)散系數(shù)A大于 B等于 C小于 D不確定8. 金斯特林格方程采用的反應(yīng)截面模型為（ ）A.平板 B.球體 C.球殼 D.圓柱9. 下列過程中，哪一個能使燒結(jié)體的強(qiáng)度增加而不引起坯體收縮？A.蒸發(fā)-凝聚 B.體積擴(kuò)散 C.流動傳質(zhì) D.溶解-沉淀10.純固相反應(yīng)，反應(yīng)過程是（ ）A.放熱過程

3、 B.等溫過程 C.吸熱過程11. 在制造透明Al2O3陶瓷材料時，原料粉末的粒度為2m，在燒結(jié)溫度下保溫30分鐘，測得晶粒尺寸為10m。若在同一燒結(jié)溫度下保溫4小時，晶粒尺寸為（ ）, 為抑制晶粒生長加入0.1MgO，此時若保溫4小時，晶粒尺寸為（ ）。 A. 16m B. 20m C. 24m D. 28m 三、填空題（18分）1. 燒結(jié)的主要傳質(zhì)方式有蒸發(fā)-凝聚傳質(zhì)、擴(kuò)散傳質(zhì)、流動傳質(zhì)和溶解-沉淀傳質(zhì)四種，產(chǎn)生這四種傳質(zhì)的原因依次為（ ）、（ ）、（ ）和（ ）。2. 均勻成核的成核速率Iv由 （ ） 和 （ ） 因子所決定的。3. 菲克第一定律的應(yīng)用條件是（ ），菲克第二定律的應(yīng)用條件

4、是（ ）4. 液-固相變過程的推動力為（ ） 、 （ ） 和 （ ）。5. 固體內(nèi)粒子的主要遷移方式有（ ） 、 （ ）。6. 如雜質(zhì)的量增加，擴(kuò)散系數(shù)與溫度關(guān)系曲線中本征與非本征擴(kuò)散的轉(zhuǎn)折點（ ）。7. 合成鎂鋁尖晶石，可選擇的原料為MgCO3 , MgO, -Al2O3, -Al2O3, 從提高反應(yīng)速率的角度出發(fā)選擇（ ），（ ）原料較好。8. 在均勻成核時，臨界成核位壘Gk=（ ）,其值相當(dāng)于（ ） 具有臨界半徑rk的粒子數(shù)nk/N= （ ）。9. 液-固相變時，非均勻成核位壘與接觸角有關(guān)，當(dāng)為（ ）時，非均勻成核位壘為零。10. 成核生長機(jī)理的相變過程需要有一定的過冷或過熱，相變才能發(fā)

5、生，在（ ）情況下需要過冷。11. 在制硅磚時，加入氧化鐵和氧化鈣的原因（ ），能否加入氧化鋁（ ）。12. 在液相線以下的分相區(qū)的亞穩(wěn)區(qū)內(nèi)，其分解機(jī)理為（ ），新相成（ ）狀，不穩(wěn)定區(qū)的分解機(jī)理為（ ），新相成（ ）狀。四、簡答題（30分）1. 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。（8分）2. 相變過程的推動力是什么（8分）3晶界移動遇到氣孔時會出現(xiàn)幾種情況，從實現(xiàn)致密化目的考慮，晶界應(yīng)如何移動怎樣控制 （8分）4.說明影響擴(kuò)散的因素？（6分）六、相圖分析（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

6、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、分析M#熔體的冷卻平衡結(jié)晶過程并寫出相變式；5、并說明硅酸鹽水泥熟料落在小圓圈內(nèi)的理由；6、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(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)試卷十標(biāo)準(zhǔn)答案與評分標(biāo)準(zhǔn) 一、 名詞解釋（20分）：1. 一致熔融化合物，三角形規(guī)則答：一致熔融化合物是一種穩(wěn)定的化合物，與正常的純物質(zhì)一樣具有固定的熔點，熔化時，產(chǎn)生的液相與化合物組成相同。（2.5分）三角形規(guī)則：原始熔體組成點所在副三角形的三個頂點表示的物質(zhì)即為其結(jié)晶產(chǎn)物；與這三個物質(zhì)相應(yīng)的初初晶區(qū)所包圍的三元無變量點是

7、其結(jié)晶結(jié)束點。（2.5分）4. 非本征擴(kuò)散，穩(wěn)定擴(kuò)散非本征擴(kuò)散：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(kuò)散?；蛴刹坏葍r雜質(zhì)離子取代造成晶格空位，由此而引起的質(zhì)點遷移。（2.5）穩(wěn)定擴(kuò)散：若擴(kuò)散物質(zhì)在擴(kuò)散層dx內(nèi)各處的濃度不隨時間而變化，即dc/dt=0。這種擴(kuò)散稱穩(wěn)定擴(kuò)散。（2.5分）5. 非均勻成核, 一級相變，非均勻成核：是指借助于表面、界面、微粒裂紋器壁以及各種催化位置等而形成晶核的過程（2.5）一級相變：體系由一相變?yōu)榱硪幌鄷r，如兩相的化學(xué)勢相等但化學(xué)勢的一級偏微商(一級導(dǎo)數(shù))不相等的稱為一級相變。（2.5）4. 晶粒生長，二次再結(jié)晶晶粒生長：平衡晶粒尺寸在不改變其分布的情

8、況下，連續(xù)增大的過程。（2.5分）二次再結(jié)晶：是少數(shù)巨大晶粒在細(xì)晶消耗時成核長大的過程。（2.5分）二、選擇題（12分）：每題1分1. D 2.B 3. A 4.B 5.B 6.B 7.C 8.B 9.A 10.A 11.D, B三、填空題（18分）（每空0.7分）1. 壓力差、空位濃度差、應(yīng)力-應(yīng)變和溶解度；2. 受核化位壘影響的成核率因子、受原子擴(kuò)散影響的成核率因子 3. 穩(wěn)定擴(kuò)散、不穩(wěn)定擴(kuò)散4. 過冷度、過飽和濃度、過飽和蒸汽壓5. 空位機(jī)構(gòu)、間隙機(jī)構(gòu)6. 向左7. MgCO3、 -Al2O38. 1/3Ak、新相界面能的1/3、exp（-Gk/RT） 9. 0 10. 相變過程放熱11

9、. 作為礦化劑，產(chǎn)生不同晶型石英溶解度不同的液相，不能12. 成核-生長機(jī)理、孤立的球形顆粒、旋節(jié)分解區(qū)（Spinodale）、高度連續(xù)性的非球形顆粒、四、簡答題（30分）1. 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。（8分）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。（4分）而金氏模型中考慮在反應(yīng)進(jìn)程中反應(yīng)截面積隨反應(yīng)進(jìn)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(kuò)散的情況。（4分）2. 相變過程的推動力是什么（8分）答：總的推動力：相變過程前后自由能的差值1

10、、相變過程的溫度條件在等溫等壓下，G=H-TS 在平衡條件下，G0，則S=H/T0式中：T0相變的平衡溫度；H相變熱。在任意一溫度了的不平衡條件下，則有G=H-TS0若H與S不隨溫度而變化，G=H-TH/T0=H（T0-T）/T0=HT/T0相變過程放熱HO，要使GO，TO，要使G0，須有TT0,過熱。因此相平衡理論溫度與系統(tǒng)實際溫度之差即為該相變過程的推動力。 (2分) 2相變過程的壓力和濃度條件(1)氣相，恒溫下G=RTlnP0/P 欲使G P0 即汽相過飽和。(2分)(2)溶液 G=RTlnC0/C 欲使G C0 即液相過飽和。 (2分) 綜上所述，相變過程的推動力應(yīng)為過冷度、過飽和濃度

11、、過飽和蒸汽壓。即相變時系統(tǒng)溫度、濃度和壓力與相平衡時溫度、濃度和壓力之差值。(2分)3燒結(jié)的主要傳質(zhì)方式有那些分析產(chǎn)生的原因是什么 （8分）答：燒結(jié)初期，晶界上氣孔數(shù)目很多，此時氣孔阻止晶界移動，Vb=0。（1分）燒結(jié)中、后期，溫度控制適當(dāng)，氣孔逐漸減少?？梢猿霈F(xiàn)Vb=Vp，此時晶界帶動氣孔以正常速度移動，使氣孔保持在晶界上，氣孔可以利用晶界作為空位傳遞的快速通道而迅速匯集或消失。（2分）繼續(xù)升溫導(dǎo)致VbVp，晶界越過氣孔而向曲率中心移動，氣孔包入晶體內(nèi)部，只能通過體積擴(kuò)散排除，這是十分困難的。（2分）從實現(xiàn)致密化目的考慮，晶界應(yīng)帶動氣孔以正常速度移動，使氣孔保持在晶界上，氣孔可以利用晶界作

12、為空位傳遞的快速通道而迅速匯集或消失。（1分）控制方法：控制溫度，加入外加劑等。（2分）4說明影響擴(kuò)散的因素？（6分）答：化學(xué)鍵：共價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，間隙離子較小時以間隙擴(kuò)散為主。（1分） 缺陷：缺陷部位會成為質(zhì)點擴(kuò)散的快速通道，有利擴(kuò)散。（1分） 溫度：D=D0exp（-Q/RT）Q不變，溫度升高擴(kuò)散系數(shù)增大有利擴(kuò)散。Q越大溫度變化對擴(kuò)散系數(shù)越敏感。（1分） 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)折點升高。（1分） 擴(kuò)散物質(zhì)的性質(zhì)：擴(kuò)散質(zhì)點和介質(zhì)的性質(zhì)差異大利于擴(kuò)散。（1分）

13、擴(kuò)散介質(zhì)的結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)緊密不利擴(kuò)散。（1分）六、相圖分析（20分）1、 如圖所示；（3分）2、 如圖所示（7分）3、F點低共熔點，LFC3A+C12A7+C2S （1分）H點單轉(zhuǎn)熔點，LH+CaOC3A+C3S （1分）K點單轉(zhuǎn)熔點，LK+C3SC3A+C2S （1分）4、M點：LC2S LC2S+C3S L+C2SC3S液：M-a-y-K始(LK+C3SC2S+C3A)K終（2分）f=2 f=1 f=1 f=0 C2S C2S+C3S C2S+C3S C2S+C3S+C3A固：D-D-b-d-M （1分）5、因為硅酸鹽水泥熟料中三個主要礦物是C3S、C2S、C3A。根據(jù)三角形規(guī)則，只有當(dāng)組成點落在C3S-C2S-C3A付三角形中，燒成以后才能得到這三種礦物。從早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度、水化速度、礦物的形成條件等因素考慮，水泥熟料C3S的含量應(yīng)