2015武漢理工材料科學(xué)基礎(chǔ)

1Na2O計(jì)算說明O2-Na2O（001）2(Al2O3·2SiO2·2H2O)四.出下列缺陷反應(yīng)式：NaCl形成缺陷 NaClCaCl21μAl2O3由過量的MgO時(shí)有20%的Al2O3起了反應(yīng)，計(jì)算完全反應(yīng)的時(shí)間：⑴用方程計(jì)算；⑵用金格方程計(jì)算。八.試從結(jié)構(gòu)和能量的觀點(diǎn)解釋為什么D>D3是A-B-C寫出點(diǎn)P，R，S2kgP，Z6kgR4A-B-C判斷化合物D、F寫出組成點(diǎn)G寫出組成點(diǎn)HE4一、 3：O2-=8[NaO][ONa 4：O2-電價(jià)飽和，因?yàn)镺2-的電價(jià)=（Na/Na）×O2二、2：3：一層硅氧層一層水鋁石層且沿C4：5：三、1：2：3：坯體間顆粒重排，接觸處產(chǎn)生鍵合，大氣孔，但固-氣總表面積變化不大4：5：四、1：O←→VNa′+VCl˙ Nb2-xTi3xO3Nb2-2xTi2xO3x 1：t=195h這些大的聚合離子團(tuán)位移、轉(zhuǎn)動(dòng)、重排都比較，故質(zhì)點(diǎn)不易調(diào)整成規(guī)則排列的晶體結(jié)構(gòu)，易形成玻八、晶界上質(zhì)點(diǎn)排列結(jié)構(gòu)不同于內(nèi)部，較晶體內(nèi)疏松，原子排列，存在著許多空位、位錯(cuò)、鍵PRSZ5BCGF、DEGDF、HA33計(jì)算說明O2-圖 圖NaCl形成缺陷AgI形成缺陷（Ag進(jìn)入間隙分四、（6）什么叫弛豫表面？NaCl4五、（6）Zn2Cr2ZnCrO41403KZn2Cr2ZnCrO4將細(xì)鉑絲涂在兩種氧化物ZnO和Cr2O3的分界線上，然后將這些成型的樣品進(jìn)行擴(kuò)散九、（26分）圖3是A-B-C三元系統(tǒng)相圖，根據(jù)相圖回答下列問題：判斷化合物D、M寫出組成點(diǎn)G寫 寫出一、(1)1、（010）（111）[111][101]；(43、1；Ti41/4，四八面體空隙全；(34Ti4和O2-間沒有明顯的共價(jià)鍵成分。(2(2)1、島狀結(jié)構(gòu)；(1 2、O2-與一個(gè)[SiO[MgO：4/4×1+2／6×3=2=O2-的電價(jià)，O2- 3、結(jié)構(gòu)中有兩種配位多面體[SiO4]、[MgO6(2)；[SiO4]呈孤立的島狀，中間被[MgO6]隔開，SiO4MgO6]之間共頂或共棱連接，同層的[MgO6]之間共棱、不同層的[MgO6]之間共頂連接；(44Si/O=1/4，最低，網(wǎng)絡(luò)連接程度弱，結(jié)構(gòu)中絡(luò)陰離子團(tuán)尺寸小，1、O?VNa2、 Nb2-xTi3xO3可能成立Nb2-2xTi2xO3x三、1．(22．(24．(25．(2四、表面上的原子產(chǎn)生相對(duì)于正常位置的上、下位移，稱為表面弛豫。(2NaCl成了表面雙電層。(4(2(2 在平衡條件下 ，則式中：Ｔ0是相變的平衡溫度； 不隨溫度而變化，將上式代入上式得可見，相變過程要自發(fā)進(jìn)行，必須 ， 若相變過程放熱（如凝聚、結(jié)晶等 。要 ，必須 ， ，這表明系統(tǒng)必須“過冷” 4 t=194.6h(2分46金格方程1—2/3G—（1-G）2/3=K 6的進(jìn)行，反應(yīng)物體積減小，擴(kuò)散截面變小，所需反應(yīng)時(shí)間要比揚(yáng)德假設(shè)所計(jì)算出的時(shí)間短。(2控制晶粒尺寸方法：控制原始粒度均勻細(xì)小，控制燒結(jié)溫度和時(shí)間，添加劑等。(3M，不一致熔融三元化合物；（1）3、（4分）E1，單轉(zhuǎn)E2，低共E3，單轉(zhuǎn)4、（6） （5、E2（1），H（1）；過HBCMCM、BMHH1、分1BCGF、HACDF、AH234、計(jì)算說明O2-33Ca2[Si04]，K[AISi3O8]，CaMg[Si2O6]，Mg3[Si4O10](OH)2Ca2Al[AlSiO7Ca2Mg5[Si4O11]（OH）2、CaCl2NaC1NaCl形成缺陷2四、Na2O—SiOB2O3量的增加，系統(tǒng)的粘度如何六、假定碳在α—Fe(體心立方)和γ—Fe（面心立方）中進(jìn)行擴(kuò)散，碳在α—Fe中的D0和擴(kuò)散活化能為0. J/mol，碳在γ—Fe中的D0和擴(kuò)散活化能為0.21和141284J/mol，計(jì)算800℃時(shí)七、九、（6(a)蒸發(fā)冷凝、(b)體積擴(kuò)散、(c)粘性流動(dòng)、(d)表面擴(kuò)散、(e)溶解沉淀十、圖2是A-B-C三元系統(tǒng)相圖，根據(jù)相圖回答下列問題（24）：判斷化合物S1、S2、S3寫出組成點(diǎn)G寫出組成為H度；寫出組成H（用線段比表示）。一、1（100）（111）[111][0-11]1CNTi4=6[TiO6CNCa2=12[CaO12CNO2--=6[OTi2Ca41Z=1(1Ti4(11/4(1因?yàn)椋篫=2/12*4+4/6*2=2=Z-所以：飽和(3不存在，因?yàn)槭菑?fù)合氧化合物。(21三、（1）CaCl2VNa′+2ClCl+CaNa′(2分)NaC1-2xCaxCl(1（2）OVNa′+VCl′(2分子連接。（4）；Na2O—SiO2系統(tǒng)出發(fā)，隨引入B2O3[BO3]與游離氧結(jié)合，轉(zhuǎn)變?yōu)閇BO4]，使斷裂的網(wǎng)絡(luò)重新連接，系統(tǒng)粘度增加（3）；繼續(xù)引入B2O3，B2O3以層狀或鏈狀的[BO3]存在，系統(tǒng)的粘度降低（3）。五、固體表面通過表面質(zhì)點(diǎn)的極化、變形、重排降低固體的表面能（3）；液體分子可自由移動(dòng)，通過形成球形表面來降低表面能（2組成的液體的表面能（3）。 六、由D=Dexp(-Q/RT)；（1分）計(jì)算D=6.72*10-7；（1分）D=2.7*10-8（1分）；D 七、由熱力學(xué)可知,在等溫、等壓下有在平衡條件下,=0，則有式中：Ｔ0是相變的平衡溫度；為相變熱。若在任意溫度T若與不隨溫度而變化，將上式代入上式得若相變過程放熱（如凝聚、結(jié)晶等，即T0>T，這表明系統(tǒng)必須“過冷若相變過程吸熱（如蒸發(fā)、熔融等十、1．見圖（6P2：雙轉(zhuǎn)L+B+S1=S3；P3：低共L=B+C+S3；P4：?jiǎn)无D(zhuǎn)L+A=S2+S1；P5單轉(zhuǎn)L+S1=S2+S3；P6低4．（4S:（產(chǎn)物S1+P3,H,B：C：S3=CC1：BB1：B1C1（51、依據(jù)（）之間關(guān)系的不同，可以把所有晶體的空間點(diǎn)陣劃歸為七類，即（）晶系、單斜晶系、（）晶系、晶系、正方晶系、六方晶系和（）晶系。2、擴(kuò)散的基本推動(dòng)力是（），一般情況下以（）等形式（列出一種即可）表現(xiàn)出來，擴(kuò)散常伴隨著物質(zhì)的（）。3、晶面族是指（）的一組晶面，同一晶面族中，不同晶面的指數(shù)的（）相同，只是（）小的順序?qū)⑹牵ǎ?、燒結(jié)過程可以分為（）三個(gè)階段，在燒結(jié)的中后期，與燒結(jié)同時(shí)進(jìn)行的過程是（）6、液體表面能和表面張力數(shù)值相等、量綱相同，而固體則不同，這種說法（是/否）（）7、馳豫表面是指（），NaCl（）8、一般的固態(tài)反應(yīng)包括（）兩個(gè)過程，化學(xué)動(dòng)力學(xué)范圍是指（）（）10、刃性位錯(cuò)的柏氏矢量與位錯(cuò)線呈（）關(guān)系，而螺位錯(cuò)兩者呈（）二、Zn2ZnS，563℃3×10-14cm2/sec，450℃1.0×10-14cm2/sec,（10）求:(1)擴(kuò)散的活化能和(2)750℃ (3)晶胞的分子數(shù)是多少(4)Si4Mg2的界面能為σ=0.15J/cm2a=0.361nm,1nm=10-7cm。（10）求:(1)r*(2)五、熔體結(jié)晶時(shí)（10）：(2)在哪一溫度范圍內(nèi)對(duì)形成玻璃有利，為什么？六、1．寫出下列缺陷方應(yīng)方程式。（5）NaCl形成缺陷2．畫出體心立方點(diǎn)陣的晶胞結(jié)構(gòu)圖，并在圖中作出(112)晶面和晶向。（53．要合成鎂鋁尖晶石，可供選擇的原料為Mg(OH)2、MgO、Al2O3·3H2O、γ-Al2O3、α-Al2O3。從提高反應(yīng)速率的角度出發(fā)，選擇什么原料較好？請(qǐng)說明原因。（5）七、如圖A-B-C（25判斷化合物F、G、HM1

大白球一、填空題（10.5120晶胞參數(shù)，三斜，正交（斜方）， 梯度，濃度梯度的，定向遷移沸石>螢石>TiO2>MgO二、（10）解：(1)D=D0exp(-Q/RT)2T=563+273=836K，D=3×10-14cm2/s2T=450+273=723K，D=1.0×10-14cm2/s2Q=48875J，D0=0.34×10-11cm2/s2D=D0exp(-Q/RT)=1.1×10-14cm2/s2三、（10）解：（1）有兩種配位多面體，[SiO4]，[MgO6]，同層的[MgO659[MgO6]和49[MgO675O2-27O2-，不同層的[MgO61[MgO651[MgO622O2-，同層的28O2-28O2-；2.5（3）z=4(2.5Si4占四面體空隙=1/8，Mg2占八面體空隙=1/2。（2.5四、1、∵ V已知：△G＝－3.6×106J/cm3；σ＝0.15V ＝8.33×10－8cm（52 個(gè)（5分五、1．如右圖，I，u（5況（5）。六、 （2分（22）（1分體心立方點(diǎn)陣的晶胞結(jié)構(gòu)圖（2(112)晶面 晶向（各1.5分）七、1、見圖；（6）2、G，一致熔融二元化合物；F，不一致熔融二元化合物；H，不一致熔融三元化合物（33、E1，單轉(zhuǎn)E2，低共E3，低共E4，單轉(zhuǎn)E5，單轉(zhuǎn) （6分(結(jié)晶結(jié)束)（B）（4分 （A+F+H）（2GH、GCM2X、M2Y，C%=YH/HC×100%，H%=CX/HC×100%，G%=XY/HC×100%。（4）一、填空題（1′10=101、密排六方結(jié)構(gòu)（等徑球堆積）單位晶胞中分子數(shù)是 ），配位數(shù)是 ）2、Fick擴(kuò)散第二定律的一維表達(dá)式為 ）3、當(dāng)晶核劑和晶核具有 ）時(shí)，對(duì)核化最有利4、廣義材料腐蝕是指材料由于 ）而引起的破壞和變質(zhì)過程 6、固態(tài)物質(zhì)的反應(yīng)活性通常 ），當(dāng)反應(yīng)物之一存在多晶轉(zhuǎn)變時(shí)則轉(zhuǎn)變溫度通常也 ） 8、刃位錯(cuò)的柏氏矢量與位錯(cuò)線呈 ）關(guān)系二、晶體結(jié)構(gòu)-性質(zhì)關(guān)系（201、根據(jù)下圖的螢石結(jié)構(gòu)圖回答下列問題（141）螢石結(jié)構(gòu)中正負(fù)離子的堆積方式（兩種方式Ca2+2Si/O（6三、晶體結(jié)構(gòu)缺陷（101、晶體ABA（全部取代），ABAB3？為什么？(42、Al2O3MgO(6大小順序，并分析它們形成玻璃的能力。（10）五、11000℃時(shí)，巳知γ(Al2O3，固)＝1J/m2；γ(Ag，＝0.92J/m2；γ(Ag，液/Al2O3，固)＝1.77J/m2，試問液態(tài)銀能否潤(rùn)濕氧化鋁瓷件表面？可以用什么方法改善它們之間的潤(rùn)濕性？請(qǐng)?zhí)岢鲆环N最有可能實(shí)現(xiàn)的措施。(62、根據(jù)的表面雙電層理論，某些化合物表面可能由負(fù)離子組成，正離子被負(fù)離子所。已雙電層厚度的大小，并解釋產(chǎn)生的原因。(4六、已知銅的Tm＝1083℃，熔化熱△H＝1628J/cm3，固液界面能γ＝1.77×10－5J/cm2，銅為面心立方晶體，點(diǎn)陣常數(shù)a＝0.3615nm。（10）2、若為非均態(tài)形核，求臨界球冠的原子數(shù)。（設(shè)形成球冠的高度為h＝0.2R，球冠體積，R）七、經(jīng)過計(jì)算可知1000℃下氫在面心立方鐵中的擴(kuò)散系數(shù)為＝1.08×10－4cm2/s，同等條下鎳在面心立方鐵中的擴(kuò)散系數(shù)＝4.27×10－11cm2/s，＞＞，請(qǐng)對(duì)這種差別進(jìn)行解釋。（5）八、要合成鎂鋁尖晶石，可供選擇的原料為MgCO3、MgO、α－Al2O3、γ－Al2O3。從提高反應(yīng)速率的角度出發(fā)，選擇什么原料較好？請(qǐng)說明原因。（5）九、如圖A-B-C（2012、判斷化合物D35M2M2J1其相組成（用線段比表示）。在J1的反應(yīng)哪個(gè)晶相先，為什么？6，12c

。0，、8，[CaF8]立方體；F4，[FCa4]四面體；（4分）平行（111）面方向有解理現(xiàn)象（3分。2、/2/10，層狀結(jié)構(gòu)；/1，雙鏈結(jié)構(gòu)；/6/，組群狀（雙四面體）結(jié)構(gòu)；/7，組群狀（雙四面體）結(jié)構(gòu)；/3（環(huán)狀）結(jié)構(gòu)；/4，（6分）1、都不對(duì)(2分)。若B進(jìn)入頂點(diǎn)位置，則形成固溶體化學(xué)式為A8 Bx，簡(jiǎn)化后得A(16x)Bx，x取8AB(4分

222

2Al

i(2分i

或

2＋x3分322

2Al

OO

V

(2分)Al

3O或Al33分3長(zhǎng)石<輝石(MgO·SiO2)<鎂橄欖石（2分）|理由：從長(zhǎng)石、輝石(MgO·SiO2)到鎂橄欖石，熔體結(jié)構(gòu)從架狀、鏈狀到島狀，絡(luò)陰離子團(tuán)尺寸減（6）(AlO,固)（Ag,液AlO,固五（10分、1、cos 2 2 0.8370(2分)90°，所以液態(tài)銀不能潤(rùn)溫氧化鋁瓷件表面(2分最有可能實(shí)現(xiàn)的措施：在液態(tài)銀中加入表面活性劑，降低γ(Ag，液Al2O3，固)，可使其潤(rùn)濕。(2分2、PbI2CaF2(2分)Ca2＋和F－相比，Pb2＋與I－具有較大的極化性能，因此表面雙電層的厚度較厚(2分)。（10分1、 1 1r*2TmH4r

21.77105

1.28107 2n 43 4

（個(gè)）2 2、 1 1 V 3R*3

(0.2561072)3

1(.3

na3

4

14

（個(gè)）1（5分固溶體類型不同，擴(kuò)散機(jī)制不同，導(dǎo)致擴(kuò)散系數(shù)差別很大。1小。2分（5分（5分MgCO3、γ－Al2O3較好。3 1分（20分0.51.5E：三元低 LCB

LAC

1311

AADDdM1晶結(jié)束，產(chǎn)物C+B+D），3分。B%=xy/CD,C%=yD/CD,B%=Cx/CD，1.54.5

（AAffgM1.5分。A先，因?yàn)榇藭r(shí)系統(tǒng)中A與B的比小于化合物D中A與B的比，2分。合計(jì)6.5分一、填空（0.5╳30=15分1、六方最緊密堆積的晶胞中共有（）個(gè)原子，配位數(shù)為 ）和 ）兩種空隙 ）的不同，可以對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類，Al2[Si4O10](OH)2·nH2O屬于（ 3（）的大小表征了位錯(cuò)的單位滑移距離，其方向與滑移方向（原子的排列；大角度晶界的晶界能比小角度晶界的晶界能（）（高或低。5、硅酸鹽熔體中各種聚合程度的聚合物濃度受（）和（）的影響。玻璃體由熔融態(tài)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化的過 ）不等于表面自由能7、相律的數(shù)學(xué)表達(dá)式是（），研究凝聚系統(tǒng)相平衡的主要方法有差熱分析和（8擴(kuò)散是固體內(nèi)物質(zhì)傳遞的基本方式擴(kuò)散的本質(zhì)（擴(kuò)散的基本推動(dòng)力（負(fù)擴(kuò)散是 9、從熱力學(xué)觀點(diǎn)，相變可分為（（）等，前者舉例如（），后者舉例如（11、燒結(jié)的推動(dòng)力是（）（（（）二、作圖題（10分1、作圖表示立方晶系的晶體中晶面和晶向（標(biāo)出坐標(biāo)系2、作圖表示NaCl三、右圖是CaF2的理想晶胞結(jié)構(gòu)示意圖(Ca離子，黑球是F離子)，試回答（12分1234、計(jì)算說明F-5四、寫出下列缺陷反應(yīng)式（10分1、FeCl3CaCl22、CaCl2形成缺3、非化學(xué)計(jì)量化合物TiO2-變化？為什么？（10分）1h15%Al2O3（8分）1、推導(dǎo)出此階段的速度方程（屬擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)范圍2lnD～l/T曲線，并分析在哪個(gè)溫度范圍內(nèi)，晶界擴(kuò)散超過體積擴(kuò)散？（5，/心立方晶體，a=0.3615nm）（10分），九、如圖A-B-C三元系統(tǒng)相圖，根據(jù)相圖回答下列問題：(20分12、判斷化合物D、E34、寫出組成點(diǎn)M1、6122、硅氧比（Si/OO/Si）3、柏氏矢量（或柏矢量 ）一致（或相同或平行4567、F=C-P+n（F=C-P+2）（或其他方法8、質(zhì)點(diǎn)的熱運(yùn)動(dòng) 梯度質(zhì)點(diǎn)由低濃度區(qū)域向高濃度區(qū)域遷9、一級(jí)相變二級(jí)相變?nèi)缥鼍缛廴趹B(tài)向玻璃態(tài)的轉(zhuǎn)變（舉例正確即可1011-二、作圖題（10分1、4（12分）1、4；（2分）4、F電價(jià)飽和，因?yàn)镕的電價(jià)=（Ca2+的電價(jià)Ca2+的配位數(shù)）×F的配位數(shù)；（2分（10分1兩個(gè)方程寫出一種即可，42 33 3五（10分）答：熔體粘度對(duì)玻璃形成具有決定性作用。熔體在時(shí)具有很大粘度，并且粘度隨溫度加入B2O3，加入量少時(shí)，B2O3處于三度空間連接的[BO4]四面體中，使結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)緊密，粘度上升。B2O3含量增加，B3+開始處于[BO3]（3分）（81（5分、此階段適用于方轉(zhuǎn)化 21代入拋物線方程， 1 1 其中G1=15%,t1=1h;G2=100%,t2=?代入得方法2：金格方程解（1分）1、圖2分，說明當(dāng)1/T〉1/Tc22、圖3分，說明在整個(gè)溫度范圍內(nèi)以晶界擴(kuò)散為主13、圖3分，說明在整個(gè)溫度范圍內(nèi)以晶界擴(kuò)散為 （r*表達(dá)4分，自由能表達(dá)式2分個(gè)（2分2、D:E:一致熔融三元化合物2分3（3分）E1，低共 E2，低E3，單 E4，低E5，多晶轉(zhuǎn)變點(diǎn) E6，單轉(zhuǎn)4、見圖二（5分 (束（B （產(chǎn)物1、材料科學(xué)要解決的問題就是研究材料的（）與（（、材料性質(zhì)、使用性能以及環(huán)境間相互關(guān)系及2、晶體結(jié)構(gòu)指晶體中原子或分子的排列情況，由（）＋（）3、熱缺陷是由熱起伏的原因所產(chǎn)生的（）缺陷是指點(diǎn)離開正常的個(gè)點(diǎn)后進(jìn)入到晶格間隙位置，其特征是空位和間隙質(zhì)點(diǎn)成對(duì)出現(xiàn)；而（）缺陷是指點(diǎn)有表面位置遷移到新表面位置，在晶體表面形成新的一層，5、玻璃的料性是指玻璃的（）變化時(shí)（）7、克肯（Kirkendall）效應(yīng)說明了互擴(kuò)算過程中各組元的（）不同以及置換型擴(kuò)散的（）機(jī)制8、按照相變機(jī)理可以將相變分成（（、馬氏體相變和有序-9、晶體長(zhǎng)大時(shí)，當(dāng)析出晶體與熔體組成相同時(shí)，晶體長(zhǎng)大速率由（）控制，當(dāng)析出晶體與熔體組成不同時(shí)，晶體長(zhǎng)大速率由（）控制其反應(yīng)活性也（4（）5（）6（）固相反應(yīng)的開始溫度，遠(yuǎn)低于反應(yīng)物的或者系統(tǒng)的低共融溫度7（）8（）NaCl晶體的表面質(zhì)點(diǎn)在表面力作用下發(fā)生重排，Na+被推向外側(cè)，Cl-拉向內(nèi)側(cè)而形成了雙電層結(jié)10（）形成置換型固溶體時(shí)，只要原子或離子半徑差小于15%，就可以形成連續(xù)型固溶體。1、作圖表示立方晶系的晶體 晶面 晶向（標(biāo)出坐標(biāo)系21、結(jié)構(gòu)中各離子的堆積方式及空隙填充情況23、計(jì)算說明O2-4、計(jì)算圖（a）5五、寫出下列缺陷反應(yīng)方程式（共6分1、