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1、一一一一、比较下列名词的含义比较下列名词的含义比较下列名词的含义比较下列名词的含义（每小题 4 分，共 20 分） 1. 正尖晶石和反尖晶石型结构 在 AB2O4 尖晶石型晶体结构中，若 A2+分布在四面体空隙、而 B3+分布于八面体空隙，称为正尖晶石； 反尖晶石：若 A2+分布在八面体空隙、而 B3+一半分布于四面体空隙另一半分布于八面体空隙，通式为 B(AB)O4，称为反尖晶石。 2. 均匀成核和非均匀成核 均匀成核：从均匀的单相熔体中产生晶核的过程，其成核几率处处相同。 非均匀成核：借助于表面、界面、微粒裂纹、器壁以及各种催化位置而形成晶核的过程。 3. 稳定扩散和不稳定扩散 若扩散物质
2、在扩散层 dx 内浓度不随时间变化，即 dc/dt=0 为稳定扩散； dc/dt0 为不稳定扩散。 4. 重建型转变和位移型转变 重建性转变：破坏原有原子间化学键，改变原子最邻近配位数，使晶体结构完全改变原样的一种多晶转变形式。 位移性转变：不打开任何键，也不改变原子最邻近的配位数，仅仅使结构发生畸变，原子从原来位置发生少许位移，使次级配位有所改变的一种多晶转变形式。 5. 一致熔融化合物和不一致熔融化合物 一致熔融化合物：有固定的熔点，熔化时所产生的液相与化学物组成相同。 不一致熔融化合物：没有固定的熔点，这种化合物加热到某一温度便发生分解，分解产物为一种液相和一种晶相，二者组成与化合物组成
3、均不同。 二二二二、简答题简答题简答题简答题（每小题 4 分，共 20 分） 1. 比较叶腊石和蒙脱石的结构区别，说明产生的原因。 叶腊石和蒙脱石均为 2：1 型层状结构，为两层硅氧四面体夹一层铝氧八面体；在蒙脱石中，层间可吸附大量的水，主要因为蒙脱石结构中的铝离子和硅离子部分被低价阳离子取代，引起电荷的不平衡，为平衡电荷，常在层间吸附水合阳离子。叶腊石中基本不存在离子置换的现象，也即层间不吸附水。 2. 写出杨德方程和金斯特林格方程，比较优缺点和适用条件。 杨德尔方程： Kt=R021-(1-G)1/32 ； 金斯特林格动力学方程积分式: Kk.t=(2DC0/R02n.)t=1-2/3G-
4、(1-G)2/3 公式中：R0-反应物等径球颗粒半径；G -转化率；Kk-速度常数；t-时间；D-扩散系数；n-分子数；C0-初始气体浓度；-分子量；-产物密度。 杨德方程是在假设反应物是半径为 R 的等径球体，A 为扩散相紧密包围 B 颗粒，A 和 B 及产物完全接触。但未考虑反应过程中扩散截面的变化，因此反应方程只适用于反应初期，反应转化率较小的情况。 金斯特林格方程是在利用杨德方程应用的反应物是半径为 R 的等径球体的前提下，考虑反应截面随反应进程变化而变化得出的，该方程适用范围更宽，可以适合反应初、中期。两个方程都只适用于稳定扩散的情况。 3. CsCl、NaCl 属于何种晶体结构？说
5、明 Na+和 Cs+离子以及 Cl 在结构中的位置， 画图说明。 答：NaCl 为面心立方 Cl-离子做紧密堆积排列 Na+离子充填全部 8 面体空隙中。 CsCl 属于体心立方结构，Cl-离子做紧密堆积排列，Cs+离子在体心位置。 图略（每图 1 分） 4. 能否说明过冷度T 越大，相变成核速率就越大，为什么？ 当液体过冷却到析晶温度以下，液体中质点动能降低，质点排列混乱程度降低，成核势垒下降，利于形成稳定晶核，继续冷却，晶核增加的同时晶体长大，析晶由晶体成核和长大共同决定。 过冷度增加利于溶体质点聚集和浮在核坯表面上，另一方面，过冷度大，熔体粘度增加，质点从熔体扩散到晶核表面困难，对成核和
6、长大不利，过冷度与对晶体成核和长大有一最佳值，两线相交部分为析晶区。 5. 从扩散过程的推动力导出扩散系数的一般热力学关系式 要点： 在一维方向讨论 扩散推动力xuFii= 扩散速度xuBiBiFiVii= Bi粒子移动的平均速度 扩散通量 xuCiBiCiViJii= 由菲克第一定律 xCiDiJi= 则 xCiCiuCiBixuCiBixCiDiii= CiuBiDiiln= 1mol物质时，Cixi iiRTuln= iiix= )lnln1 (iixBiRTDi+= 三三三三、证明题证明题证明题证明题（共 5 分） 证明均匀成核的临界形成能VGVG=*21（注：单位面积表面能用表示，单
7、位体积固相与液相的自由焓差值用GV ，V*为临界晶核体积） 要点： 21GGG+= G1 相变使自由能的减少 G2 形成新界面使自由能的增加 nrGnrGV+=23434 nrTTHnrG+=203434 084)(20=+=nrrTTHndrGd VGr=2* )16(313*VGnG= nrV=3*34 VGVG=*21 四四四四、计算计算计算计算、分析题分析题分析题分析题（共 20 分） 1. TiO2-x和Fe1-xO分别为具有阴离子空位和阳离子空位的非化学计量化合物。试说明其导电率和密度随氧分压PO2变化的规律。 （以缺陷方程帮助说明） （6分） （1）TiO2-x的缺陷反应方程为：
8、 根据质量守恒定律可得 ，故其密度随氧分压增加而增加，而电导率随氧分压的增加而减小，与氧分压的1/6次方成反比。 （2）Fe1-xO缺陷反应方程式为：2Fe Fe+ O2(g)2Fe+ V+OO O2(g)OO + V+2h 按质量作用定律，平衡常数 K= 由此可得 V PO1/6 根据质量守恒定律可得 ，故其密度随氧分压增加而下降，而电导率随氧分压的增加而增加，与氧分压的 1/6 次方成正比。 2. （a）在MgO晶体中，肖特基缺陷的生成能为6ev，计算在25和1600时热缺陷的浓度。 （b）如果MgO晶体中，含有百万分之一mol的Al2O3杂质，则在1600时，MgO晶体中是热缺陷占优势还
9、是杂质缺陷占优势？说明原因。(8分) （a）根据热缺陷浓度公式： exp（） 由题意 G=6ev=61.60210-19=9.61210-19J K=1.3810-23 J/K T1=25+273=298K T2=1600+273=1873K 298K： exp =1.9210-51 1873K： exp=810-9 （b）在MgO中加入百万分之一的Al2O3杂质，缺陷反应方程为： 此时产生的缺陷为 杂质。 而由上式可知：Al2O3= 杂质 当加入10-6 Al2O3时，杂质缺陷的浓度为 杂质=Al2O3=10-6 由（a）计算结果可知：在1873 K， 热=810-9 显然： 杂质 热，所以
10、在1873 K时杂质缺陷占优势。 3. 在扩散传质的烧结过程中，使坯体致密的推动力是什么？哪些方法可促进烧结？说明原因。 （6分） 答：在扩散传质的烧结过程中，系统内不同部位（颈部、颗粒接触点、颗粒内部）空位浓度不同，导致原子或质点由颗粒接触点向颈部迁移，填充到气孔中。因此使坯体致密化的推动力是空位浓度差。 对于扩散传质：（1）控制原料的起始粒度非常重要，颗粒细小的原料可促进烧结，因为颈部增长速率 x/r 与原料起始粒度 r 的 3/5 次方成反比； （2）温度对烧结过程有决定性作用，扩散系数与温度呈指数关系，因此提高温度可加速烧结。 五五五五、相图题相图题相图题相图题（共 15 分） 1.
11、绘制一个生成二元连续固溶体的二元相图，在其两相区任一温度画一水平线，并作出在该温度下的组成-自由能曲线（5分） 2. 在如图所示的相图中完成下面各个问题 （10分） （1）画出此相图的副三角形，并说明根据什么；（E为三元化合物组成点） （2）画出各个界线的温度下降方向，并说明根据； （3）分析界线性质，说明根据； （4）判断低共熔点、单转熔点、双转熔点？并说明根据； （5）写出P点的析晶路线。（表明液固相组成点的变化及各阶段的相变化） （6）P 点的最后析晶产物是什么？说明判断根据。 1、画出此相图的副三角形？并说明根据什么？ （E为三元化合物组成点） 答：AEC，AES，BEC，BES。副三
12、角形应该有相应的无变点。 2、画出各个界线的温度下降方向？并说明根据什么？ 答：1-4, 3-6,5-6, 8-5, 7-6,2-3，4-3,4-5。根据连接线规则。 3、分析界线性质，说明根据什么？ 答：低共熔曲线：单箭头，转熔曲线：双箭头。根据切线规则。 4、判断低共熔点、单转熔点、双转熔点？并说明根据什么？ 答：最低共熔点：6；单转熔点：5、3； 双转熔点：4。根据重心、交叉、共轭位规则。 1. 5、写出P点的析晶路线？（表明液固相组成点的变化及各阶段的相变化） 见图 液相：Pa4qm6 4:L+A+BE 4q:L+SE 固相：AbdEnN 6、P 点的最后析晶产物是什么？根据什么判断？答：P 点最后析晶产物：B，E，C。（即 6 点）。根据三角形规则判断析晶点。
