無機材料科學(xué)基礎(chǔ)期末試題

-.z.一、選擇題1、粘土泥漿膠溶必須使介質(zhì)呈〔〕。A、酸性B、堿性C、中性2、依據(jù)等徑球體的堆積原理得出，六方密堆積的堆積系數(shù)〔〕體心立方堆積的堆積系數(shù)。A、大于B、小于C、等于D、不確定3、*晶體AB，A—的電荷數(shù)為1，A—B鍵的S=1/6，則A+的配位數(shù)為〔〕。A、4B、12C、8D、64、在單位晶胞的CaF2晶體中，其八面體空隙和四面體空隙的數(shù)量分別為〔〕。A、4，8B、8，4C、1，2D、2，45、以下性質(zhì)中〔〕不是晶體的根本性質(zhì)。A、自限性B、最小內(nèi)能性C、有限性D、各向異性6、可以根據(jù)3T曲線求出熔體的臨界冷卻速率。熔體的臨界冷卻速率越大，就〔〕形成玻璃。A、越難B、越容易C、很快D、緩慢7、在ABO3(鈣鈦礦)型構(gòu)造中，B離子占有〔〕。A、四面體空隙B、八面體空隙C、立方體空隙D、三方柱空隙晶體8、在單位晶胞的CaF2晶體中，其八面體空隙和四面體空隙的數(shù)量分別為〔〕。A、4，8B、8，4C、1，2D、2，9、當固體外表能為1.2J/m2，液體外表能為0.9J/m2，液固界面能為1.1J/m2時，降低固體外表粗糙度，〔〕潤濕性能。A、降低B、改善C、不影響10、一種玻璃的組成為32.8%CaO，6.0Al2O3%，61.2SiO2%，此玻璃中的Al3+可視為網(wǎng)絡(luò)〔〕，玻璃構(gòu)造參數(shù)Y=〔〕。A、變性離子，3.26B、形成離子，3.26C、變性離子，2.34D、形成離子，2.3411、在硅酸鹽熔體中，當R=O/Si減小時，相應(yīng)熔體組成和性質(zhì)發(fā)生變化，熔體析晶能力〔〕，熔體的黏度〔〕，低聚物數(shù)量〔〕。A、增大B、減小C、不變D、不確定12、一種玻璃的組成為Na2O·1/3Al2O3·2SiO2，此玻璃中的Al3+可視為〔〕，玻璃構(gòu)造參數(shù)Y=〔〕。A、變性離子；2B、形成離子；2C、變性離子；3.5D、形成離子；13、金紅石晶體中，所有O2-作稍有變形的立方密堆排列，Ti4+填充了〔〕。A、全部四面體空隙B、全部八面體空隙C、1/2四面體空隙D、1/2八面體空隙14、滑石〔3MgO·4SiO2·H2O〕和高嶺土〔Al2O3·2SiO2·2H2O〕分別屬于〔〕層狀構(gòu)造的硅酸鹽礦物。A、1：1和2：1B、2：1和1：1C、3：1和2：115、陶瓷經(jīng)燒結(jié)后在宏觀上的變化表述不正確的選項是〔〕A.強度增加B.體積收縮C.氣孔率降低D.致密度減少16、外表擴散系數(shù)Ds，界面擴散系數(shù)Dg，晶格擴散系Db的關(guān)系是〔〕A.Ds﹥Dg﹥DbB.Ds﹥Db﹥DgC.Db﹥Ds﹥DgD.Db﹥Dg﹥Ds17、燒結(jié)中晶界移動的推動力是〔〕A.外表能B.晶界兩側(cè)自由焓差C.空位濃度差18、同一種物質(zhì)在晶體中的擴散系數(shù)〔〕在玻璃中的擴散系數(shù)。A．大于B．等于C．小于D．不確定19、金斯特林格方程采用的反響截面模型為〔〕A.平板B.球體C.球殼D.圓柱20、以下過程中，哪一個能使燒結(jié)體的強度增加而不引起坯體收縮？A.蒸發(fā)-凝聚B.體積擴散C.流動傳質(zhì)D.溶解-沉淀21、純固相反響，反響過程是〔〕A.放熱過程B.等溫過程C.吸熱過程22、在制造透明Al2O3陶瓷材料時，原料粉末的粒度為2μm，在燒結(jié)溫度下保溫30分鐘，測得晶粒尺寸為10μm。假設(shè)在同一燒結(jié)溫度下保溫4小時，晶粒尺寸為〔〕,為抑制晶粒生長參加0.1％MgO，此時假設(shè)保溫4小時，晶粒尺寸為〔〕。A.16μmB.20μmC.24μmD.28μm答案：1-9BADACABAA10B、B11B、A、B12-21DDBDABCBAA22D、B二、填空1、在玻璃形成過程中，為防止析晶所必須的冷卻速率確實定采用_______________的方法。2、六方嚴密堆積的原子密排面是晶體中的_________面，立方嚴密堆積的原子密排面是晶體中的_________面。3、在AB2O4型尖晶石構(gòu)造中，假設(shè)以氧離子作立方嚴密堆積排列，在正尖晶石構(gòu)造中，A離子占有_________空隙，B離子占有_________空隙。4、硅酸鹽晶體分類的依據(jù)是__________________________。按此分類法可將硅酸鹽礦物分為_________構(gòu)造、_________構(gòu)造、_________構(gòu)造、_________構(gòu)造和_________構(gòu)造。5、陶瓷元件外表被銀，為提高瓷件與銀層間的潤濕性，瓷面外表應(yīng)________________。6、同價陽離子飽和的黏土膠粒的ξ電位隨陽離子半徑的增加而_________。7、Ca-黏土泥漿膠溶時，參加NaOH和Na2SiO3電解質(zhì)，_________效果好。8、黏土帶電荷的主要原因是____________________________、__________________________和__________________________，黏土所帶靜電荷為______________。9、為使瘠性料泥漿懸浮，一般常用的兩種方法是______________________和___________________________。10、燒結(jié)的主要傳質(zhì)方式有蒸發(fā)-凝聚傳質(zhì)、擴散傳質(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_____________________。11、固體內(nèi)粒子的主要遷移方式有_____________________、_____________________。12、合成鎂鋁尖晶石，可選擇的原料為MgCO3,MgO,γ-Al2O3,α-Al2O3,從提高反響速率的角度出發(fā)選擇_________、_________原料較好。13、成核生長機理的相變過程需要有一定的過冷或過熱，相變才能發(fā)生，在_______________情況下需要過冷。14、在制硅磚時，參加氧化鐵和氧化鈣的原因__________________________________________，能否參加氧化鋁：_____________。答案：1、繪制3T曲線2、〔0001〕、〔111〕3、四面體、八面體4、硅氧四面體的連接方式、島狀構(gòu)造、組群狀構(gòu)造、鏈狀構(gòu)造、層狀構(gòu)造、架狀構(gòu)造5、拋光6、降低7、Na2SiO38、黏土晶格內(nèi)離子的同晶置換、黏土邊面斷裂、黏土內(nèi)腐殖質(zhì)離解、負9、控制料漿的pH值、有機外表活性物質(zhì)的吸附10、壓力差、空位濃度差、應(yīng)力-應(yīng)變、溶解度11.空位機構(gòu)、間隙機構(gòu)12.MgCO3；α-Al2O313.相變過程放熱14.作為礦化劑，產(chǎn)生不同晶型石英溶解度不同的液相；不能三、名詞解釋肖特基缺陷：正常格點上的原子，熱起伏過程中獲得能量離開平衡位置遷移到晶體外表，晶體內(nèi)正常格點上留下空位弗倫克爾缺陷：晶格熱振動時，能量足夠大的原子離開平衡位置，擠到晶格間隙中，形成間隙原子，原來位置上形成空位二次再結(jié)晶：二次再結(jié)晶也稱為晶粒異常生長和晶粒不連續(xù)生長，它是坯體中少數(shù)巨大晶粒在細晶消耗時成核長大的過程同質(zhì)多晶：同一化學(xué)組成在不同熱力學(xué)條件下形成構(gòu)造不同的晶體的現(xiàn)象。晶子假說：蘇聯(lián)學(xué)者列別捷夫提出晶子假說，他認為玻璃是高分散晶體〔晶子〕的結(jié)合體，硅酸鹽玻璃的晶子的化學(xué)性質(zhì)取決于玻璃的化學(xué)組成，玻璃的構(gòu)造特征為微不均勻性和近程有序性。無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)假說：但凡成為玻璃態(tài)的物質(zhì)和相應(yīng)的晶體構(gòu)造一樣，也是由一個三度空間網(wǎng)絡(luò)所構(gòu)成。這種網(wǎng)絡(luò)是由離子多面體〔三角體或四面體〕構(gòu)筑起來的。晶體構(gòu)造網(wǎng)是由多面體無數(shù)次有規(guī)律重復(fù)構(gòu)成，而玻璃中構(gòu)造多面體的重復(fù)沒有規(guī)律性。正尖晶石：二價陽離子分布在1／8四面體空隙中，三價陽離子分布在l／2八面體空隙的尖晶石。反型尖晶石：二價陽離子分布在八面體空隙中，三價陽離子一半在四面體空隙中，另一半在八面體空隙中的尖晶石。網(wǎng)絡(luò)變性劑：單鍵強度＜250KJ/mol。這類氧化物不能形成玻璃，但能改變網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造，從而使玻璃性質(zhì)改變。網(wǎng)絡(luò)形成劑：這類氧化物單鍵強度大于335KJ/mol，其正離子為網(wǎng)絡(luò)形成離子，可單獨形成玻璃。液相獨立析晶：是在轉(zhuǎn)熔過程中發(fā)生的，由于冷卻速度較快，被回收的晶相有可能會被新析出的固相包裹起來，使轉(zhuǎn)熔過程不能繼續(xù)進展，從而使液相進展另一個單獨的析晶過程，就是液相獨立析晶。本征擴散：是指空位來源于晶體構(gòu)造中本征熱缺陷而引起質(zhì)點的遷移。非本征擴散：空位來源于摻雜而引起的質(zhì)點遷移。液相燒結(jié)：凡有液相參加的燒結(jié)過程稱為液相燒結(jié)。固相燒結(jié)：固態(tài)粉末在適當?shù)臏囟?、壓力、氣氛和時間條件下，通過物質(zhì)與氣孔之間的傳質(zhì)，變?yōu)閳杂?、致密燒結(jié)體的過程反螢石構(gòu)造：這種構(gòu)造與螢石完全一樣，只是陰、陽離子的個數(shù)及位置剛好與螢石中的相反，即金屬離子占有螢石構(gòu)造中F—的位置，而02—離子或其他負離子占Ca2+的位置，這種構(gòu)造稱為反螢石構(gòu)造。晶胞：從晶體構(gòu)造中取出來的以反映晶體周期性和對稱性的最小重復(fù)單元。觸變性：是泥漿從稀釋流動狀態(tài)到稠化的凝聚狀態(tài)之間存在的介于兩者之間的中間狀態(tài)。即泥漿靜止不動時似凝固體，一經(jīng)擾動或搖動，凝固的泥漿又重新獲得流動。如再靜止又重新凝固，可重復(fù)無數(shù)次。硼反?，F(xiàn)象：硼酸鹽玻璃與一樣條件下的硅酸鹽玻璃相比，其性質(zhì)隨R2O或RO參加量的變化規(guī)律相反，這種現(xiàn)象稱硼反?，F(xiàn)象可塑性：粘土與適當比例的水混合均勻制成泥團，該泥團受到高于*一個數(shù)值剪應(yīng)力作用后，可以塑造成任何形狀，當去除應(yīng)力泥團能保持其形狀，這種性質(zhì)稱為可塑性。聚合：由分化過程產(chǎn)生的低聚合物，相互作用，形成級次較高的聚合物，同時釋放出局部Na2O，這個過程稱為縮聚，也即聚合。解聚：在熔融SiO2中，O/Si比為2：1，[SiO4]連接成架狀。假設(shè)參加Na2O則使O/Si比例升高，隨參加量增加，O/Si比可由原來的2：1逐步升高到4：1，[SiO4]連接方式可從架狀變?yōu)閷訝?、帶狀、鏈狀、環(huán)狀直至最后斷裂而形成[SiO4]島狀，這種架狀[SiO4]斷裂稱為熔融石英的分化過程，也即解聚。不一致熔融化合物：是一種不穩(wěn)定的化合物。加熱這種化合物到*一溫度便發(fā)生分解，分解產(chǎn)物是一種液相和一種晶相，兩者組成與化合物組成皆不一樣，故稱不一致熔融化合物。晶粒生長：無應(yīng)變的材料在熱處理時，平均晶粒尺寸在不改變其分布的情況下，連續(xù)增大的過程。泰曼溫度：反響物開場呈現(xiàn)顯著擴散作用的溫度四、問答題1、試比擬楊德爾方程和金斯特林格方程的優(yōu)缺點及其適用條件?！?分〕答：楊德爾方程在反響初期具有很好的適應(yīng)性，但楊氏模型中假設(shè)球形顆粒反響截面積始終不變，因而只適用反響初期轉(zhuǎn)化率較低的情況?！?分〕而金氏模型中考慮在反響進程中反響截面積隨反響進程變化這一事實，因而金氏方程適用范圍更廣，可以適合反響初、中期。兩個方程都只適用于穩(wěn)定擴散的情況。〔4分〕2、MoO3和CaCO3反響時，反響機理受到CaCO3顆粒大小的影響。當MoO3：CaCO3＝1：1，MoO3的粒徑r1為0.036mm，CaCO3的粒徑r2為0.13mm時，反響是擴散控制的；而當CaCO3：MoO3＝15：1，r2＜0.03mm時，反響由升華控制，試解釋這種現(xiàn)象?！?分〕答：當MoO3的粒徑r1為0.036mm，CaCO3的粒徑r2為0.13mm時,CaCO3顆粒大于MoO3，由于產(chǎn)物層較厚，擴散阻力較大，反響由擴散控制，反響速率隨著CaCO3顆粒度減小而加速，〔3.5分〕當r2<r1時存在過量CaCO3，，反響由MoO3粒徑升華控制，并隨著MoO3粒徑減小而加劇。〔3.5分〕3、什么是潤濕？改善潤濕的方法有那些？〔8分〕答：潤濕：固體與液體接觸后，體系〔固體+液體〕的吉布斯自由能降低時，就稱潤濕。改善潤濕的方法有：①降低γSLS、V兩相組成盡量接近；〔1.5分〕②降低γLV在液相中加外表活性劑；〔1.5分〕③提高γSV去除固體外表吸附膜；〔1.5分〕④改變粗糙度。〔1.5分〕4、二次再結(jié)晶與晶粒生長有何異同？生產(chǎn)中防止二次再結(jié)晶的方法有哪些？〔6分〕答：一樣點:〔1〕兩者推動力均為界面兩側(cè)質(zhì)點的吉布斯自由能之差；〔2〕進展方式都是通過界面遷移?！?分〕不同點：〔1〕前者是個別晶粒異常生長，后者是晶粒尺寸均勻生長；〔2〕前者氣孔被包裹到晶粒內(nèi)部，后者氣孔維持在晶界交匯處?！?分〕生產(chǎn)中防止二次再結(jié)晶的方法有：〔1〕合理選擇原料的細度，提高粉料粒度的均勻性；〔2〕控制溫度；〔3〕引入添加劑。〔3分〕5、說明高嶺石和蒙脫石的構(gòu)造特點，并解釋為什么蒙脫石具有膨脹性和高的陽離子交換容量，而高嶺石則不具有膨脹性、陽離子交換容量也很低。〔10分〕答：高嶺石的陽離子交換容量較小，而蒙脫石的陽離子交換容量較大。因為高嶺石是1:1型構(gòu)造，離子的取代很少，單網(wǎng)層與單網(wǎng)層之間以氫鍵相連，氫鍵強于范氏鍵，水化陽離子不易進入層間，因此陽離子交換容量較小。〔5分〕而蒙脫石是為2:1型構(gòu)造，鋁氧八面體層中大約1/3的Al3+被Mg2+取代，為了平衡多余的負電價，在構(gòu)造單位層之間有其它陽離子進入，而且以水化陽離子的形式進人構(gòu)造。水化陽離子和硅氧四面體中O2-離子的作用力較弱，因而，這種水化陽離子在一定條件下容易被交換出來。C軸可膨脹以及陽離子交換容量大，是蒙脫石構(gòu)造上的特征?！?分〕6、在硅酸鹽晶體構(gòu)造中，[SiO4]四面體或孤立存在，或共頂連接，而不共棱，更不共面，解釋之。〔6分〕答：在硅酸鹽晶體構(gòu)造中，[SiO4]四面體中的Si4+是高電價低配位的陽離子，以共棱、共面方式存在時，兩個中心陽離子〔Si4+〕間距離較近、排斥力較大，所以不穩(wěn)定，而孤立存在，或共頂連接。〔6分〕7、用圖例說明過冷度對核化、晶化速率和晶粒尺寸等的影響，如無析晶區(qū)又要使其析晶應(yīng)采取什么措施？要使自發(fā)析晶能力大的熔體形成玻璃應(yīng)采取什么措施？〔8分〕答：過冷度過大或過小對成核與生長速率均不利，只有在一定過冷度下才能有最大成核和生長速率，如以下圖。〔4分〕假設(shè)ΔT大，控制在成核率較大處析晶，易得晶粒多而尺寸小的細晶；〔1分〕假設(shè)ΔT小，控制在生長速率較大處析晶則容易獲得晶粒少而尺寸大的粗晶；〔1分〕如果成核與生長兩曲線完全分開而不重疊，則無析晶區(qū)，該熔體易形成玻璃而不易析晶；假設(shè)要使其在一定過冷度下析晶，一般采用移動成核曲線的位置，使它向生長曲線靠攏。可以用加人適當?shù)暮嘶瘎?，使成核位壘降低，用非均勻成核代替均勻成核。使兩曲線重疊而容易析晶?！?分〕要使自發(fā)析晶能力大的熔體形成玻璃，采取增加冷卻速度以迅速越過析晶區(qū)的方法，使熔體來不及析晶而玻璃化?！?分〕8、試解釋說明為什么在硅酸鹽構(gòu)造中Al3+經(jīng)常取代[SiO4]中Si4+，但Si4+一般不會置換[AlO6]中的Al3+？〔〔配位數(shù)為6時，S14＋、A13＋和O2－的離子半徑分別為0.40?、0.53?和1.40?；配位數(shù)為4時，一離子半徑依次為0.26?、0.40?和1.38?〕〕。〔8分〕答：=4,rAl3+/ro2-=0.4/1.38=0.29,Al3+四配位穩(wěn)定，故在硅酸鹽構(gòu)造中Al3+經(jīng)常取代[SiO4]中Si4+形成[AlO4]；〔4分〕=6，rSi4+/ro2-=0.4/1.38=0.29,Si4+四配位穩(wěn)定，六配位不穩(wěn)定，故在硅酸鹽構(gòu)造中Si4+一般不會置換[AlO6]中的Al3+，形成[SiO6]9、網(wǎng)絡(luò)變性體〔如Na2O〕加到石英玻璃中，使硅氧比增加。實驗觀察到當O/Si=2.5~3時，即到達形成玻璃的極限，根據(jù)構(gòu)造解釋為什么在2<O/Si<2.5的堿和硅石混合物可以形成玻璃,而O/Si=3的堿和硅石混合物結(jié)晶而不形成玻璃"〔8分〕答：在2<O/Si<2.5的堿和硅石混合物中，氧硅比擬低，在高溫熔體中高聚物含量較高，熔體黏度較高，不易析晶，所以可以形成玻璃；〔4分〕而在O/Si=3的堿和硅石混合物中，氧硅比擬高，在高溫熔體中低聚物含量較高，熔體黏度較低，所以易析晶，而不形成玻璃。10、試述B2O3中參加Na2O后,構(gòu)造發(fā)生的變化,解釋硼酸鹽玻璃的硼反常現(xiàn)象。答：B2O3中參加Na2O后,Na2O所提供的氧使[BO3]三角體變成[BO4]四面體，導(dǎo)致B2O3玻璃構(gòu)造由兩度空間的層狀構(gòu)造局部轉(zhuǎn)變?yōu)槿S的架狀構(gòu)造，從而加強了網(wǎng)絡(luò)，并使玻璃的各種物理性質(zhì)變好，這與一樣條件下的硅酸鹽玻璃相比，其性質(zhì)隨R2O或RO參加量的變化規(guī)律相反，出現(xiàn)硼酸鹽玻璃的硼反常現(xiàn)象。11、在擴散傳質(zhì)的燒結(jié)過程中，使坯體致密的推動力是什么？哪些方法可促進燒結(jié)？說明原因。〔8分〕答：在擴散傳質(zhì)的燒結(jié)過程中，系統(tǒng)內(nèi)不同部位〔頸部、顆粒接觸點、顆粒內(nèi)部〕空位濃度不同，導(dǎo)致原子或質(zhì)點由顆粒接觸點向頸部遷移，填充到氣孔中。因此使坯體致密化的推動力是空位濃度差?！?分〕對于擴散傳質(zhì)：〔1〕控制原料的起始粒度非常重要，顆粒細小的原料可促進燒結(jié)，因為頸部增長速率*/r與原料起始粒度r的3/5次方成反比；〔2〕溫度對燒結(jié)過程有決定性作用，擴散系數(shù)與溫度呈指數(shù)關(guān)系，因此提高溫度可加速燒結(jié)。12、用KCl和CaCl2分別稀釋同一種黏土泥漿，當電解質(zhì)參加量一樣時，試比擬兩種泥漿以下性質(zhì)的差異。〔6分〕〔1〕泥漿的流動性KCl>CaCl2〔2〕泥漿的觸變性KCl<CaCl2〔3〕泥漿的可塑性KCl<CaCl2〔4〕坯體的致密度KCl>CaCl2〔5〕黏土的ζ電位KCl>CaCl2〔6〕泥漿的穩(wěn)定性KCl>CaCl213、試解釋說明為什么在硅酸鹽結(jié)硅酸鹽晶體構(gòu)造分類依據(jù)是什么？可分為哪幾類，每類的構(gòu)造特點是什么？〔9分〕答：硅酸鹽晶體構(gòu)造分類依據(jù)是：構(gòu)造中硅氧四面體的連接方式。〔1.5分〕可分為島狀：硅氧四面體孤立存在；〔1.5分〕組群狀：硅氧四面體以兩個、三個、四個或六個，通過共用氧相連成硅氧四面體群體，群體之間由其它陽離子連接；〔1.5分〕鏈狀：硅氧四面體通過共用氧相連，在一維方向延伸成鏈狀，鏈與鏈之間由其它陽離子連接；〔1.5分〕層狀：硅氧四面體通過三個共用氧在兩維平面內(nèi)延伸成硅氧四面體層；〔1.5分〕架狀：每個硅氧四面體的四個頂角都與相鄰的硅氧四面體共頂，形成三維空間構(gòu)造。〔1.5分〕14、說明影響擴散的因素。答：〔1〕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?！?分〕〔2〕缺陷：缺陷部位會成為質(zhì)點擴散的快速通道，有利擴散。〔2分〕〔3〕溫度：D=D0e*p〔-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?！?分〕〔4〕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。〔2分〕〔5〕擴散物質(zhì)的性質(zhì)和擴散介質(zhì)的構(gòu)造：擴散質(zhì)點和介質(zhì)的性質(zhì)差異大利于擴散?！?分〕15、影響固相反響的因素有那些？答：影響固相反響的因素有反響物化學(xué)組成與構(gòu)造的影響；顆粒度和分布影響；反響溫度、壓力、氣氛影響；礦化劑的影響。16、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，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，