武漢科技大學(xué)811-無(wú)機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)-2018(科大B卷)-參考答案考研真題

PAGE第1頁(yè)共1頁(yè)姓名：報(bào)考專業(yè)：準(zhǔn)考證號(hào)碼：密封線內(nèi)不要寫題2018年全國(guó)碩士研究生招生考試初試自命題試題科目名稱：無(wú)機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)（□A卷eq\o\ac(□,√)B卷）科目代碼：811考試時(shí)間：3小時(shí)滿分150分可使用的常用工具：□無(wú)eq\o\ac(□,√)計(jì)算器eq\o\ac(□,√)直尺□圓規(guī)（請(qǐng)?jiān)谑褂霉ぞ咔按颉蹋┳⒁猓核写痤}內(nèi)容必須寫在答題紙上，寫在試題或草稿紙上的一律無(wú)效；考完后試題隨答題紙交回。一、名詞解釋(共4小題，每小題10分，共40分)1.上坡擴(kuò)散與下坡擴(kuò)散（由低濃度區(qū)向高濃度區(qū)的擴(kuò)散叫逆擴(kuò)散，又稱上坡擴(kuò)散；由高濃度區(qū)向低濃度區(qū)的擴(kuò)散叫順擴(kuò)散，又稱下坡擴(kuò)散）2.等比例規(guī)則與背向性規(guī)則（等比例規(guī)則：濃度三角形一頂點(diǎn)和對(duì)邊上任一點(diǎn)的連線上各點(diǎn)的體系中其他兩個(gè)組元的含量比值不變；背向性規(guī)則：如果從三個(gè)組元的混合物中不斷取走C組元，那么這個(gè)系統(tǒng)的組成點(diǎn)將沿通過(guò)C點(diǎn)的射線并朝著背離C的方向變化，所取走的C含量越多移動(dòng)距離越遠(yuǎn)。）3.鮑林規(guī)則（①陰陽(yáng)離子的間距決定于他們的半徑之和，陽(yáng)離子的配位數(shù)決定于他們的半徑之比；②穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)中，從所有相近鄰的陽(yáng)離子到達(dá)一個(gè)陰離子的靜電鍵的總強(qiáng)度等于陰離子的電荷數(shù)；③兩個(gè)陰離子多面體以共棱，特別是工面方式存在時(shí)，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性降低；④含有不同陽(yáng)離子的晶體中，電價(jià)高而配位數(shù)小的陽(yáng)離子不趨向于相互共有配位多面體的要素；⑤本質(zhì)不同的結(jié)構(gòu)組元的種類傾向于為數(shù)最少。）4.黏土的可塑性與觸變性（可塑性：黏土加水形成泥團(tuán)，受力后可以形成任何形狀，去除外力后泥團(tuán)能夠保持其形狀；觸變性：黏土泥漿從稠化到流動(dòng)的中間過(guò)渡狀態(tài)。）二、辨析題(共2小題，每小題10分，共20分。判斷每一題的正誤，并說(shuō)明理由。)1.采用常壓燒結(jié)方法可以實(shí)現(xiàn)材料的完全致密化。（不正確。）原始粉料的粒度、外加劑、燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間、氣氛和成型壓力等都會(huì)影響材料的燒結(jié)和致密化，氣孔在燒結(jié)過(guò)程中能否排除，和晶界移動(dòng)速率有關(guān)，還與氣孔內(nèi)壓力大小有關(guān)，隨著燒結(jié)的進(jìn)行，氣孔逐漸縮小，當(dāng)氣壓增加至2γ/r時(shí)，燒結(jié)就停止了，因此常規(guī)方法難以實(shí)現(xiàn)完全致密化，可以采用熱壓燒結(jié)或真空熱壓燒結(jié)方法。晶粒正常長(zhǎng)大是小晶粒吞食大晶粒，反常長(zhǎng)大是大晶粒吞食小晶粒。（不正確，都是晶界移動(dòng)的結(jié)果。正常長(zhǎng)大是晶粒平均尺寸增加，反常長(zhǎng)大是個(gè)別大晶粒尺寸異常增加。）三、公式推導(dǎo)題(共1小題，每小題20分，共20分。)推導(dǎo)擴(kuò)散系數(shù)的一般熱力學(xué)關(guān)系式：，并說(shuō)明其物理意義。解：假設(shè)一個(gè)多元體系中，i組分的質(zhì)點(diǎn)沿x方向擴(kuò)散所受到的力等于該組分化學(xué)位在x方向上梯度的負(fù)值：⑴相應(yīng)的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)平均速度正比于作用力：⑵式中Bi為組分i的平均速率或者淌度；此時(shí)組分i的擴(kuò)散通量Ji等于單位體積中該組分質(zhì)點(diǎn)數(shù)Ci和質(zhì)點(diǎn)移動(dòng)平均速度的乘積：⑶⑵帶入⑶可得用化學(xué)位梯度描述擴(kuò)散的一般方程式：⑷若研究體系不受外場(chǎng)作用，化學(xué)位為系統(tǒng)組成活度和溫度的函數(shù)：⑷式可以寫為：⑸將上式與菲克第一定律比較，得擴(kuò)散系數(shù)Di：⑹因?yàn)镃i/C＝N，dlnCi=dlnNi,故有：⑺又因?yàn)椋簞t：⑻將(8)帶入(7)得：⑼式中稱為擴(kuò)散系數(shù)的熱力學(xué)因子。對(duì)于理想混合體系，活度系數(shù)γi＝1，此時(shí)，稱為自擴(kuò)散系數(shù)；對(duì)于非理想混合體系存在兩種情況：（1）當(dāng)>0，此時(shí)Di>0，稱為正常擴(kuò)散，物質(zhì)從高濃度流向低濃度處，擴(kuò)散的結(jié)果使溶質(zhì)趨于均勻化；（2）當(dāng)<0，此時(shí)Di<0，稱為反常擴(kuò)散，擴(kuò)散結(jié)果使溶質(zhì)偏聚或分相。四、論述題(共2小題，每小題20分，共40分)1.簡(jiǎn)述SiO2的多晶轉(zhuǎn)變現(xiàn)象，說(shuō)明為什么在生產(chǎn)硅磚時(shí)經(jīng)常加入少量石灰乳和/或鐵鱗以促使SiO2以介穩(wěn)狀態(tài)存在？答：SiO2常壓下有七種變體，自然界中存在的石英一般都是β—石英。硅磚實(shí)際生產(chǎn)中石英的晶型轉(zhuǎn)變往往是：β-石英→α-石英→亞穩(wěn)（偏）方石英。通常希望硅磚中鱗石英相愈多愈好，不希望出現(xiàn)方石英相，因?yàn)轺[石英相間的轉(zhuǎn)變體積效應(yīng)小，而方石英相間的轉(zhuǎn)變體積效應(yīng)大。促進(jìn)鱗石英相增多的方法：加少量礦化劑（氧化鐵、氧化鈣等），在1000℃左右產(chǎn)生一定量的液相，α—石英和α—方石英溶入液相，α—鱗石英溶解度小，析出，有利于形成鱗石英。什么是“二次再結(jié)晶”？其主要特征是什么？欲避免“二次再結(jié)晶”的發(fā)生，通常應(yīng)該采取哪些措施？答：二次再結(jié)晶是指少數(shù)巨大晶粒在細(xì)晶消耗時(shí)成核長(zhǎng)大的過(guò)程。二次再結(jié)晶出現(xiàn)后，由于個(gè)別晶粒異常長(zhǎng)大，使氣孔不能排除，坯體不再致密，加之大晶粒的晶界上有應(yīng)力存在，使其內(nèi)部易出現(xiàn)隱裂紋，繼續(xù)燒結(jié)時(shí)坯體易膨脹而開裂，使燒結(jié)體的機(jī)械、電學(xué)性能下降。工藝上常采用引入適當(dāng)?shù)奶砑觿?，以減緩晶界的移動(dòng)速度，使氣孔及時(shí)沿晶界排除，從而防止或延緩二次再結(jié)晶的發(fā)生。五、計(jì)算題(共2小題，每小題15分，共30分)1.制造晶體管的方法之一是將雜質(zhì)原子擴(kuò)散進(jìn)入半導(dǎo)體材料如硅中。假如硅片厚度是0.1cm，在其中每107個(gè)硅原子中含有一個(gè)磷原子，而在表面上是涂有每107個(gè)硅原子中有400個(gè)磷原子，計(jì)算濃度梯度（a）每cm上原子百分?jǐn)?shù)，（b）每cm上單位體積的原子百分?jǐn)?shù)。硅晶格常數(shù)為0.5431nm。解：由菲克第一定律計(jì)算在內(nèi)部和表面上的原子的百分組成，Ci和Cs分別為內(nèi)部和表面磷濃度。 硅晶體單位晶胞體積 硅晶體是立方金剛石結(jié)構(gòu)，單位晶胞有8個(gè)Si原子，107個(gè)Si占體積為： 每cm3中原子含量： 2.有兩種不同配位的玻璃，其組成如下（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）：序號(hào)Na2OAl2O3SiO211020702201070試用玻璃結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算說(shuō)明兩種玻璃高溫下粘度的大?。拷猓簩⒉ＡЫM成由質(zhì)量百分?jǐn)?shù)換算成摩爾百分?jǐn)?shù)NO.Na2OAl2O3SiO2Y質(zhì)量摩爾質(zhì)量摩爾質(zhì)量摩爾12102010.620.4201012.96.2707076.573.42.723.661#玻璃Na2O/Al2O3＝所以