材料科学基础试题及答案

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1、材料科学基础样题及答案试题一 一. 图1是Na2O的理想晶胞结构示意图，试回答： 1晶胞分子数是多少； 2结构中何种离子做何种密堆积；何种离子填充何种空隙，所占比例是多少； 3结构中各离子的配位数为多少，写出其配位多面体； 4计算说明O2-的电价是否饱和； 5画出Na2O结构在（001）面上的投影图。二. 图2是高岭石(Al2O32SiO22H2O)结构示意图，试回答： 1请以结构式写法写出高岭石的化学式； 2高岭石属于哪种硅酸盐结构类型； 3分析层的构成和层的堆积方向； 4分析结构中的作用力； 5根据其结构特点推测高岭石具有什么性质。三. 简答题： 1.晶体中的结构缺陷按几何尺寸可分为哪几类

2、？ 2.什么是负扩散？ 3烧结初期的特征是什么？ 4.硅酸盐晶体的分类原则是什么？ 5.烧结推动力是什么？它可凭哪些方式推动物质的迁移？ 6.相变的含义是什么？从热力学角度来划分，相变可以分为哪几类？ 四. 出下列缺陷反应式： 1.NaCl形成肖特基缺陷； 2.AgI形成弗仑克尔缺陷（Ag+进入间隙）； 3.TiO2掺入到Nb2O3中，请写出二个合理的方程，并判断可能成立的方程是哪一种？再写出每个方程的固溶体的化学式。 4.NaCl溶入CaCl2中形成空位型固溶体 五. 表面力的存在使固体表面处于高能量状态，然而，能量愈高系统愈不稳定，那么固体是通过何种方式降低其过剩的表面能以达到热力学稳定状

3、态的。 六.粒径为1的球状Al2O3由过量的MgO微粒包围，观察尖晶石的形成，在恒定温度下，第一个小时有20%的Al2O3起了反应，计算完全反应的时间：用杨德方程计算；用金斯特林格方程计算。 七.请分析熔体结构中负离子团的堆积方式、聚合度及对称性等与玻璃形成之关系。 八.试从结构和能量的观点解释为什么D晶界D晶内？ 九.试分析二次再结晶过程对材料性能有何影响？工艺上如何防止或延缓二次再结晶的发生？ 十.图3是A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题：1写出点P，R，S的成分；2设有2kgP，问需要多少何种成分的合金Z才可混熔成6kg成分为R的合金。 十一.图4是A-B-C三元系统相图，根据

4、相图回答下列问题：1在图上划分副三角形、用箭头表示各条线上温度下降方向及界线的性质；2判断化合物D、F的性质；3写出各三元无变量点的性质及其对应的平衡关系式；4写出组成点G在完全平衡条件下的冷却结晶过程；5写出组成点H在完全平衡条件下的冷却结晶过程，写出当液相组成点刚刚到达E4点和结晶结束时各物质的百分含量（用线段比表示）。 试题二一、(1)（12分）根据CaTiO3晶胞图（见图1）回答下列问题： 1.晶面BCGF、DEG的晶面指数；晶向DF、HA的晶向指数。 2.结构中各离子的配位数为多少，写出其配位多面体； 3.晶胞分子数是多少？何种离子添何种空隙，空隙利用率是多少？ 4.结构中是否存在T

5、iO32-离子，为什么？(2)（11分）图2是镁橄榄石(Mg2SiO4)结构示意图，试回答： 1镁橄榄石属于哪种硅酸盐结构类型； 2计算说明O2-的电价是否饱和； 3结构中有几种配位多而体，各配位多面体间的连接方式怎样? 4镁橄榄石是否容易形成玻璃，为什么？ 图1图2 二、（10分）写出下列缺陷反应式： 1.NaCl形成肖脱基缺陷。2.AgI形成弗伦克尔缺陷（Ag+进入间隙） 3.TiO2掺入到Nb2O3中，请写出二个合理的方程，写出固溶体的化学式，并判断可能成立的方程是哪一种？ 三、（10分）判断下列叙述是否正确？若不正确，请改正。 1.Na2O-SiO2系统中随SiO2含量的增加，熔体的粘

6、度将降低。 2.扩散的推动力是浓度梯度，所有扩散系统中，物质都是由高浓度处向低浓度处扩散。 3.晶粒正常长大是小晶粒吞食大晶粒，反常长大是大晶粒吞食小晶粒。 4.固溶体是在固态条件下，一种物质以原子尺寸溶解在另一种物质中形成的单相均匀的固体。 5.在热力学平衡条件下，二元凝聚系统最多可以3相平衡共存，它们是一个固相、一个液相和一个气相。四、（6分）什么叫弛豫表面？NaCl单晶表面具有什么样的结构特点？五、（6分）巳知Zn2+和Cr2+在尖晶石ZnCrO4中的自扩散系数与温度的关系分别为 1.试求1403K时Zn2+和Cr2+在尖晶石ZnCrO4中的扩散系数。2.将细铂丝涂在两种氧化物ZnO和C

7、r2O3的分界线上，然后将这些压制成型的样品进行扩散退火。（标记物铂丝非常细，不影响离子在不同氧化物之间的扩散）。根据所得数据判断铂丝将向哪一方向移动？六、（6分）为什么在成核一生成机理相变中，要有一点过冷或过热才能发生相变?什么情况下需过冷，什么情况下需过热，各举一个例子。七、（6分）粒径为1球状Al2O3由过量的MgO微粒包围，观察尖晶石的形成，在恒定温度下，第一个小时有20%的Al2O3起了反应，分别用扬德方程、金斯特林格方程计算完全反应的时间，对计算结果进行比较并说明为什么？八、（6分）陶瓷材料中晶粒的大小与什么有关？工艺上如何控制晶粒尺寸（请列出三种途径）？九、（26分）图3 是A-

8、B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题：1在图上划分副三角形、用箭头表示各条界线上温度下降方向及界线的性质；2判断化合物D、M的性质；3写出各三元无变量点的性质及其对应的平衡关系式；4写出组成点G在完全平衡条件下的冷却结晶过程；5写出组成点H在完全平衡条件下进行加热时，开始出现液相的温度和完全熔融的温度；写出完全平衡条件下进行冷却，结晶结束时各物质的百分含量（用线段比表示）。 试题三 一、根据CaTiO3晶胞图（见图1）回答下列问题（18）：1、晶面BCGF、HAC的晶面指数；晶向DF、AH的晶向指数。2、结构中各离子的配位数为多少，写出其配位多面体；3、晶胞分子数是多少？何种离子添何种空隙

9、，空隙利用率是多少？4、计算说明O2-的电价是否饱和；5、结构中是否存在TiO32-离子，为什么？ 图 1 二、下列硅酸盐矿物各属何种结构类型（6）：r-Ca2Si04， KAISi3O8， CaMgSi2O6，Mg3Si4O10(OH)2， Ca2AlAlSiO7， Ca2Mg5Si4O11（OH）2 三、1、写出下列缺陷反应式（10）：(1) CaCl2溶人NaC1中形成空位型固溶体，并写出固溶体的化学式；(2) NaCl形成肖脱基缺陷。 2、为什么间隙型固溶体不能形成无限固溶体？ 四、硅酸盐熔体的结构特征是什么？从Na2OSiO系统出发，随引入B2O3量的增加，系统的粘度如何变化，为什么

10、？（10） 五、固体是如何降低系统的表面能的，为什么相同组成的固体的表面能总是高于液体的表面能？（8） 六、假定碳在Fe(体心立方)和Fe（面心立方）中进行扩散，碳在Fe中的D0和扩散活化能为0.0079、83600J/mol，碳在Fe中的D0和扩散活化能为0.21和141284J/mol，计算800时各自的扩散系数并解释其差别。（6） 七、为什么在成核一生成机理相变中，要有一点过冷或过热才能发生相变? 什么情况下需过冷，什么情况下需过热，试证明之。（6） 八、如果要合成镁铝尖晶石，可供选择的原料为Mg(OH)2、MgO、-Al2O3、-Al2O3，从提高反应速率的角度出发，选择什么原料较好？

11、请说明原因。（6） 九、下列过程中哪一个能使烧结体强度增大，而不产生坯体宏观上的收缩? （6分）(a)蒸发冷凝、 (b) 体积扩散、 (c)粘性流动、 (d)表面扩散、(e)溶解沉淀 十、图2是A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题（24）：1在图上划分副三角形、用箭头表示各条界线上温度下降方向及界线的性质；2判断化合物S1、S2、S3的性质；3写出各三元无变量点的性质及其对应的平衡关系式；4写出组成点G在完全平衡条件下的冷却结晶过程；5写出组成为H的混合物在完全平衡条件下进行加热时，开始出现液相的温度和完全熔融的温度；写出组成H的混合物在完全平衡条件下进行冷却，结晶结束时各物质的百分含

12、量（用线段比表示）。试题四 一、填空题（210=20分）1、依据（ ）之间关系的不同，可以把所有晶体的空间点阵划归为七类，即（ ）晶系、单斜晶系、（ ）晶系、三方晶系、正方晶系、六方晶系和（ ）晶系。2、扩散的基本推动力是（ ），一般情况下以（ ）等形式（列出一种即可）表现出来，扩散常伴随着物质的（ ）。3、晶面族是指（ ）的一组晶面，同一晶面族中，不同晶面的指数的（ ）相同，只是（ ）不同。4、向MgO、沸石、TiO2、萤石中，加入同样的外来杂质原子，可以预料形成间隙型固溶体的固溶度大小的顺序将是（ ）。5、烧结过程可以分为（ ）三个阶段，在烧结的中后期，与烧结同时进行的过程是（ ）。6、液

13、体表面能和表面张力数值相等、量纲相同，而固体则不同，这种说法（ 是/否 ）正确，因为（ ）。7、驰豫表面是指（ ），NaCl单晶的表面是（ ）。8、一般的固态反应包括（ ）两个过程，化学动力学范围是指（ ）。9、从熔体结构角度，估计长石、辉石(MgO?SiO2)、镁橄榄石三种矿物的高温熔体表面张力大小顺序（ ）。 10、刃性位错的柏氏矢量与位错线呈（ ）关系，而螺位错两者呈（ ）关系。 二、Zn2+在ZnS中扩散时，563时的扩散系数为310-14cm2/sec，450时的扩散系数为1.010-14cm2/sec,（10分） 求:(1) 扩散的活化能和D0；(2) 750时的扩散系数。 三、根

14、据Mg2SiO4在(110)面的投影图回答（10分）： (1) 结构中有几种配位多面体，各配位多面体间的连接方式怎样?(2) O2-的电价是否饱和? (3) 晶胞的分子数是多少?(4) Si4+和Mg2+所占的四面体空隙和八面体空隙的分数是多少?黑球：Si4+小白球：Mg2+大白球：O2-图 2 四、铜在过冷的液体中均匀形核，设晶胚为球状，半径为r。已知Gv=3.6106J/cm3；液固界面的界面能为=0.15J/cm2；铜为面心立方结构，其点阵常数a=0.361nm,1nm=10-7cm。（10分） 求:(1) 根据能量方程导出临界晶核半径r*的表达式，并计算其大小；(2) 求出临界晶核中的原子个数。 五、熔体结晶时（