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1、北方民族大学期末考试参考答案及评分标准 2010 至 2011 学年 第 2 学期 考试科目 无机材料科学基础 学分 3.5 学院（部） 材料学院 年级班 材料科学与工程091、092班 课程代码 14100710 考试形式：闭卷、开卷、口试专业 材料科学与工程 命题教师 孙文周 试题来源 自拟 一、名词解释(每个3分，共15分) （答对得3分，内容近似得1-2分，答错得0分）1、配位数：在晶体结构中，每个原子或离子周围与之相接触的原子个数或异号离子的个数。2、不一致熔化合物：是一种不稳定的化合物，加热到一定温度会发生分解，分解产物是一种液相和一种固相，液相和固相的组成与化合物组成都不相同。3
2、、固溶体：凡在固态条件下，一种组分（溶剂）内“溶解”了其它组分（溶质）而形成的单一、均匀的晶态固体。4、氧化物玻璃：通过桥氧形成网络结构的玻璃。5、非均匀成核：是指借助于表面、界面、微粒裂纹器壁以及各种催化位置等而形成晶核的过程。二、选择（每题2分，共20分）1、Frankel缺陷引起的晶格畸变（ A ）Schttky缺陷A大于 B小于 C等于 2、液-固相变时，非均匀成核位垒与接触角有关，当为（ C ）时，非均匀成核位垒为零A0 B90 C180 D3603、晶体在三结晶轴上的截距分别为2a、3b、6c。该晶面的晶面指数为（ B ）。A（123） B（321） C（326） D（236） 4
3、、TiO2在还原气氛中可形成（ D ）型非计量化合物。A阳离子填隙 B阳离子空位 C阴离子填隙 D阴离子空位5、下列性质中（ C ）不是晶体的基本性质。A、对称性 B、有限性 C、各向同性 D、均一性6、下图为晶核的半径与间的关系，现有不同温度的三条曲线，温度最高的是（ A ）曲线。 AT1 BT2 CT37、某晶体AB，A的电荷数为1，AB键的S=1/6，则A+的配位数为（ B ）。A4 B6 C8 D128、温度一定时，钠硅酸盐熔体中的（ D ）越低，聚合物的聚合程度越高。A. Na/O BO/Na CSi/O DO/Si9、萤石（CaF2）结构中CaF2立方体之间是（ B ）相连的。A
4、共顶 B 共棱 C 共面10、对于蒸发、熔融等相变过程，H 0，要使G0，必须有T0 T，这表明系统要发生相变过程必须“ ”。 （ A ）A、过热 B、过冷 C、过冷 D小于、小于、过热答案：（1、A、2、C；3、B；4、D；5、C；6、A；7、B；8、D；9、B；10、A）三、填空（每空1分，共15分）1、杂质缺陷反应规律:低价正离子占据高价正离子位置时，该位置带有负电荷，为了保持电中性，会产生负离子空位或间隙正离子。高价正离子占据低价正离子位置时，该位置带有正电荷，为了保持电中性，会产生正离子空位或间隙负离子。2、晶体生长速率受两个反向因素控制：高温阶段主要由液相变成晶相的速率控制，增大过
5、冷度对此过程有利，故 u 增大。低温阶段主要由相界面扩散控制，低温不利于扩散，故 u 降低。3、试写出下列反应的缺陷反应式： 。4、两种固体形成连续固溶体的条件有：结构相同 、电价相等、离子半径差小于15以及电负性相似。 5、硅酸盐材料的三元平衡系统相律为： F=4-P ,其中自由度最大为Fmax=3，这三个独立变量是温度 和 三组元中任意两个组元的浓度 。6、从NaCl晶胞结构图中可知：Na离子位于面心格子的格点位置，Cl离子位于棱边中心位置及体心位置 。同时NaCl晶体结构也可以看成是两个面心立方格子延1/2晶格常数长度穿插在一起。7、正离子的配位数、配位多面体的形状取决于正负离子半径之比
6、，当半径比在0.4140.732之间，阳离子配位数为6，形成 正八面体 形的负离子多面体。8、玻璃组成一定时，Tg是一个随冷却速率变化的温度范围，低于该温度范围，体系呈现固体特性，反之则表现出熔体特性。9、ZnS常见两种变体：ZnS和ZnS，分别为典型的闪锌矿结构和纤锌矿型结构。其中，ZnS为 立方 晶系。10、组成为Na2O1/2Al2O32SiO2的玻璃，其玻璃结构参数Y值为 3.66 。四、问答题（每题5分，共10分）1、从化学组成、相组成考虑，试比较固溶体与化合物、机械混合物的差别。（5分）解：固溶体机械混合物化合物形成原因以原子尺寸“溶解”生成粉末混合原子间相互反映生成相数单相均匀多
7、相单相均匀化学计量不遵守定比定律遵守定比定律化学组成不确定有几种混合物就有多少化学组成确定2、用图例说明过冷度对核化、晶化速率和晶粒尺寸等的影响，如无析晶区又要使其析晶应采取什么措施？要使自发析晶能力大的熔体形成玻璃应采取什么措施？（5分）答：过冷度过大或过小对成核与生长速率均不利，只有在一定过冷度下才能有最大成核和生长速率，如下图。（1分）若T大，控制在成核率较大处析晶，易得晶粒多而尺寸小的细晶；（1分）若T小，控制在生长速率较大处析晶则容易获得晶粒少而尺寸大的粗晶；（1分）如果成核与生长两曲线完全分开而不重叠，则无析晶区，该熔体易形成玻璃而不易析晶；若要使其在一定过冷度下析晶，一般采用移动
8、成核曲线的位置，使它向生长曲线靠拢。可以用加人适当的核化剂，使成核位垒降低，用非均匀成核代替均匀成核。使两曲线重叠而容易析晶。（1分）要使自发析晶能力大的熔体形成玻璃，采取增加冷却速度以迅速越过析晶区的方法，使熔体来不及析晶而玻璃化。（1分）五、计算题（共20分）1、（a）MgO具有NaCl结构。根据O2-半径为0.140nm和Mg2+半径为0.072nm，计算球状离子所占有的空间分数（堆积系数）。（b）计算MgO的密度。 （10分）解：（a）MgO具有NaCl型结构，即属面心立方，每个晶胞中含有4个Mg2+和4个O2-，故Mg所占有体积为： （3分）因为Mg2+和O2-离子在面心立方的棱边上
9、接触：堆积系数 （3分）（b）3.51g/cm3 （4分）2、用0.2molYF3加入CaF2中形成固溶体，试验测得固溶体得晶胞参数a0=0.55nm，测得固溶体密度=3.64g/cm3，试计算说明固溶体的类型？（元素的相对原子质量：Y=88.90；Ca=40.08；F=19.00）. （10分）解：YF3加入CAF2的缺陷方程如下： （2分）方程（1）和（2）得固溶式： （2分）按题意x0.2代入上述固溶式得：填隙型固溶体分子式为Ca0.8Y0.2F2.2；置换型固溶体分子式为Ca0.7Y0.2F2；他们的密度设分别为1和2。CaF2是萤石型晶体，单位晶胞内含有4个萤石分子。1 (2.5分)
10、2 (2.5分)由1与2计算值与实测密度3.64g/cm3比较，1值更接近3.64g/cm3，因此0.2molYF3加入CaF2中形成填隙型固溶体。 (1分)六、相图分析（20分）1、下图表示生成一个三元化合物的三元相图。 （10分）(1) 划分三角形(2) 判断三元化合物D的性质，说明理由？ (3) 标出边界曲线的温降方向（转熔界限用双箭头）； (4) 指出无变量点的性质（E、F、G）及其相关系式。(5) 分析点M1，M2的结晶路程； （表明液固组成点的变化及各阶段的相变化，在图中标出吸晶路线）。(6)计算M2点液相刚到结晶结束点和结晶结束后各相的含量。解：参考图（1）见图 （1分）（2）不
11、一致熔融三元化合物，因其组成点不在其初晶区内。（1分）（3）见图 （1分）（4）E ：单转熔点 L+BA+D（1分）F ：低共溶点 LA+D+CG ：单转熔点 L+BC+D （5） （4分）点M1；液相：固相：点M2液相：固相： (6)计算M2点液相刚到结晶结束点和结晶结束后各相的含量。 M2点液相刚到结晶结束点时存在C、D、液相LL%= fM2/Ff C%=（FM2/Ff）（Df/DC） D%=（FM2/Ff）（Cf/DC） （1分）结晶结束后存在A、D、C，各相的含量过M2点作平行线或用双线法求得，C%=Ag A%=Ch D%=gh （1分）2、如图6-21所示，有一个三元相图A-B-C，
12、在ABC内有D1、D2、D3、D4四个化合物。 （10分）（1）说明四个化合物的性质。（2）分析E、F、G、H点的性质，并写出相关系式。（3）分析点1#、2#、3#的配料点从高温冷却至低温的平衡析晶过程。解：参考图（1）D1 不一致熔融三元化合物 （2分） D2 不一致熔融三元化合物D3 一致熔融二元化合物D4 不一致熔融二元化合物（2）E（单转熔点）L+D2D3+D4 （2分） F (低共熔点) LA+D3+D4 H（双转熔点）L+C+D2D1 G (低共熔点) LA+D1+C （3）1点： （3分） LD2 LD2+B 液：1aE1（LD2+B+D3） f=2 f=1 f=0 B B+D2 D2+B+D3 固：D2D2b1 2点： （3分） LC L+CD2 LD2 LD2+D3 液：2cdeE(L+D2D3+D4) f=2 f=1
