(4分)
8、(9分)答:
润湿:
固体与液体接触后,体系(固体+液体)的吉布斯自由能降低时,就称润湿。
(1分)
改善润湿的方法有:
①降低γSLS、V两相组成尽量接近;(2分)
②降低γLV在液相中加表面活性剂;(2分)
③提高γSV去除固体表面吸附膜;(2分)
④改变粗糙度。
(2分)
5、完成下列缺陷反应式(10分)
或
(5分)
或
(5分)
七、计算题(10分)
解:
1#玻璃:
Na2O/Al2O3=10/12<1,所以Al3+在玻璃中起网络变性离子的作用(1分)
R1=(10+12*3+78*2)/78=2.59X1=2*2.59-4=1.18Y1=4-1.18=2.82(3分)
2#玻璃:
Na2O/Al2O3=20/6>1,所以Al3+在玻璃中起网络形成离子的作用(1分)
R2=(20+6*3+74*2)/(74+6*2)=2.16X2=2*2.16-4=0.32Y2=4-0.32=3.68(3分)
因而Y1R2即2#玻璃桥氧分数大于1#,O/Si比小于1#玻璃,所以在高温下1#熔体黏度小于2#.(2分)
无机材料科学基础试卷八
三、名词解释(20分)
1、类质同晶、同质多晶;
2、点缺陷、热缺陷;
3、缩聚、解聚;
4、聚沉值、晶面指数;
二、选择题(10分)
1、依据等径球体的堆积原理得出,立方密堆积的堆积系数()体心立方堆积的堆积系数。
A、大于B、小于C、等于D、不确定
2、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()。
A、(236)B、(326)C、(321)D、(123)
3、下列性质中()不是晶体的基本性质。
A、自限性B、最小内能性C、有限性D、各向异性
4、在单位晶胞的CaF2晶体中,其八面体空隙和四面体空隙的数量分别为()。
A、4,8B、8,4C、1,2D、2,4
5、一种玻璃的组成为Na2O.1/3Al2O3.2SiO2,此玻璃中的Al3+可视为(),玻璃结构参数Y=()。
A、 变性离子;2B、形成离子;2C、变性离子;3.5D、形成离子;3.5
6、金红石晶体中,所有O2-作稍有变形的立方密堆排列,Ti4+填充了()。
A、全部四面体空隙B、全部八面体空隙C、1/2四面体空隙D、1/2八面体空隙
7、滑石(3MgO·4SiO2·H2O)和高岭土(Al2O3·2SiO2·2H2O)分别属于()层状结构的硅酸盐矿物。
A、1:
1和2:
1B、2:
1和1:
1C、3:
1和2:
1
8、在硅酸盐熔体中,当R=O/Si减小时,相应熔体组成和性质发生变化,熔体析晶能力(),熔体的黏度(),低聚物数量()。
A、增大B、减小C、不变D、不确定
9、当固体表面能为1.2J/m2,液体表面能为0.9J/m2,液固界面能为1.1J/m2时增加固体表面光滑度,( )润湿性能。
A、降低 B、改善 C、不影响
10、粘土泥浆胶溶必须使介质呈()
A、酸性B、碱性C、中性
11、晶体结构中一切对称要素的集合称为()。
A、对称型B、点群C、微观对称的要素的集合D、空间群
12、可以根据3T曲线求出熔体的临界冷却速率。
熔体的临界冷却速率越大,就()形成玻璃。
A、越难B、越容易C、很快D、缓慢
三、填空(15分)
1、黏土带电荷的主要原因是()、()和(),黏土所带静电荷为()。
2、晶体的对称要素中微观对称要素种类有()、()、()。
3、由于()的结果,必然会在晶体结构中产生“组分缺陷”,组分缺陷的浓度主要取决于:
()和()。
4、UO2+x在氧化气氛中可形成()型非计量化合物,可形成()型半导体,缺陷浓度与氧分压的1/6次方成(),如果减少周围氧气的分压,UO2+x的密度将()。
5、b与位错线()的位错称为刃位错,可用符号()表示;b与位错线()的位错称为螺位错,可用符号()表示。
6、a=b≠cα=β=900,γ=1200的晶体属()晶系。
7、立方紧密堆积的原子密排面是晶体中的()面,六方紧密堆积的原子密排面是晶体中的()面。
8、为使瘠性料泥浆悬浮,一般常用的两种方法是()和()
八、问答题(40分)
1、简述硅酸盐晶体结构分类的原则和各类结构中硅氧四面体的形状。
(12分)
2、试述B2O3中加入Na2O后,结构发生的变化,解释硼酸盐玻璃的硼反常现象?
(9分)
3、用KCl和CaCl2分别稀释同一种黏土泥浆,当电解质加入量相同时,试比较两种泥浆下列性质的差异。
(10分)
(1)泥浆的流动性
(2)泥浆的触变性(3)泥浆的可塑性
(4)坯体的致密度(5)黏土的ζ电位
4、在硅酸盐晶体结构中,[SiO4]四面体或孤立存在,或共顶连接,而不共棱,更不共面,解释之。
(9分)
九、计算题(15分)
CeO2为萤石结构,其中加入0.15molCaO形成固溶体,实验测得固溶体晶胞参数a0=0.542nm,测得固溶体密度ρ=6.54g/cm3,试计算说明固溶体的类型?
(其中Ce=140.12,Ca=40.08,O=16)
无机材料科学基础试卷八答案及评分标准
四、名词解释(20分)
1、类质同晶、同质多晶;
同质多晶:
化学组成相同的物质,在不同的热力学条件下结晶成结构不同的晶体的现象,称为同质多晶现象。
(2.5分)
类质同晶:
物质结晶时,其晶体结构中本应由某种离子或原子占有的配位位置,一部分被介质中性质相似的它种离子或原子占有,共同结晶成均匀的呈单一相的混合晶体,但不引起键性或晶体结构型式发生质变的现象称为类质同晶。
(2.5分)
2、点缺陷、热缺陷;
点缺陷:
三维方向上缺陷尺寸都处于原子大小的数量级上。
(2.5分)
热缺陷:
晶体温度高于绝对0K时,由于热起伏使一部分能量较大的质点(原子或离子)离开平衡位置所产生的空位和/或间隙质点。
(2.5分)
3、缩聚、解聚;
聚合:
由分化过程产生的低聚合物,相互作用,形成级次较高的聚合物,同时释放出部分Na2O,这个过程称为缩聚,也即聚合。
(2.5分)
解聚:
在熔融SiO2中,O/Si比为2:
1,[SiO4]连接成架状。
若加入Na2O则使O/Si比例升高,随加入量增加,O/Si比可由原来的2:
1逐步升高到4:
1,[SiO4]连接方式可从架状变为层状、带状、链状、环状直至最后断裂而形成[SiO4]岛状,这种架状[SiO4]断裂称为熔融石英的分化过程,也即解聚。
(2.5分)
4、聚沉值、晶面指数;
聚沉值:
凡能引起溶胶明显聚沉(如溶胶变色浑浊)所需外加电解质的最小浓度称为聚沉值。
(2.5分)
晶面指数:
结晶学中经常用(hkl)来表示一组平行晶面,称为晶面指数。
数字hkl是晶面在三个坐标轴(晶轴)上截距的倒数的互质整数比。
(2.5分)
五、选择题(10分)
1、A;2、C;3、C;4、A;5、D,D;6、D;7、B;8、B、A、B;9、B;10、B;11、D;12、A
三、填空(15分)(3个2分)
1、黏土晶格内离子的同晶置换、黏土边面断裂、黏土内腐殖质离解、负
2、平移轴、像移面、螺旋轴
3、不等价置换、搀杂量(溶质数量)、固溶度
4、
阴离子间隙型、P、正比、增大
5、垂直、┴、平行、
6、六方
7、(111)、(0001)
8、控制料浆的pH值、有机表面活性物质的吸附
十、问答题(40分)
3、(12分)答:
硅酸盐晶体结构分类的原则:
结构中硅氧四面体的连接方式。
(2分)
各类结构中硅氧四面体的形状:
岛状结构:
四面体;组群状结构;(2分)双四面体、三节环、四节环和六节环;(2分)链状结构:
单链、双链;(2分)层状结构:
平面层;(2分)架状结构:
三维空间延伸的骨架。
(2分)
4、(9分)答:
B2O3中加入Na2O后,Na2O所提供的氧使[BO3]三角体变成[BO4]四面体,导致B2O3玻璃结构由两度空间的层状结构部分转变为三维的架状结构,从而加强了网络,并使玻璃的各种物理性质变好,这与相同条件下的硅酸盐玻璃相比,其性质随R2O或RO加入量的变化规律相反,出现硼酸盐玻璃的硼反常现象。
3、(10分)答:
(1)泥浆的流动性KCl>CaCl2(2分)
(2)泥浆的触变性KCl(3)泥浆的可塑性KCll(4)坯体的致密度KCl>CaCl2(2分)
(5)黏土的ζ电位KCll>NCaCl2(2分)
4、(9分)答:
在硅酸盐晶体结构中,[SiO4]四面体中的Si4+是高电价低配位的阳离子,以共棱、共面方式存在时,两个中心阳离子(Si4+)间距离较近、排斥力较大,所以不稳定,而孤立存在,或共顶连接。
十一、计算题(15分)
(1)(4分)
(2)(4分)
(1)式固溶式为:
(1.5分)
(1.5分)
(2)式固溶式为:
(1.5分)
(1.5分)
实测D=6.54g/cm3,接近D01,说明方程
(1)合理,(1分)
固溶体化学式:
Ce0.85Ca0.15O1.85为氧空位型固溶体。
无机材料科学基础试卷九
一、名词解释(20分):
1.不一致熔融化合物,连线规则
2.非本征扩散,稳定扩散
3.非均匀成核,一级相变,
4.晶粒生长,二次再结晶
二、选择题(12分):
1.据范特荷夫规则,纯固相反应,反应过程是()
A.放热过程B.等温过程C.吸热过程
2.在反应温度下,当固相反应的某一相发生晶型转变时,反应速度是()
A.无影响B.加快C.减慢
3.表面扩散系数Ds,界面扩散系数Dg,晶格扩散系Db的关系是()
A.Ds﹥Dg﹥DbB.Ds﹥Db﹥Dg
C.Db﹥Ds﹥DgD.Db﹥Dg﹥Ds
4.同一种物质在晶体中的扩散系数()在玻璃中的扩散系数
A.大于B.等于C.小于D.不确定
5.A,B进行反应生成AmBn,为扩散控制的固相反应,若DB》DA,则在AmBn-A界面上,反应物B的浓度CB为()
A.1B.0C.不确定
6.烧结中晶界移动的推动力是()
A.表面能B.晶界两侧自由焓差C.空位浓度差
7.陶瓷经烧结后在宏观上的变化表述不正确的是()
A.强度增加B.体积收缩C.气孔率降低D.致密度减少
8.金斯特林格方程采用的反应截面模型为()
A.平板B.球体C.球壳D.圆柱
9.下列过程中,哪一个能使烧结体的强度增加而不引起坯体收缩?
A.蒸发-凝聚B.体积扩散C.流动传质D.溶解-沉淀
10.下列属于逆扩散过程的是()
A.二次再结晶B.杂质的富集于晶界C.布朗运动
11.在制造透明Al2O3陶瓷材料时,原料粉末的粒度为2μm,在烧结温度下保温30分钟,测得晶粒尺寸为10μm。
若在同一烧结温度下保温4小时,晶粒尺寸为(),为抑制晶粒生长加入0.1%MgO,此时若保温4小时,晶粒尺寸为()。
A.16μmB.20μmC.24μmD.28μm
三、填空题(18分)
1.烧结的主要传质方式有蒸发-凝聚传质、扩散传质、流动传质和溶解-沉淀传质四种,产生这四种传质的原因依次为()、()、()和()。
2.均匀成核的成核速率Iv由()和()因子所决定的。
3.菲克第一定律的应用条件是(),菲克第二定律的应用条件是()。
4.液-固相变过程的推动力为()、()和()。
5. 固体内粒子的主要迁移方式有()、()。
6.如晶体纯度降低,扩散系数与温度关系曲线中本征与非本征扩散的转折点()。
7.合成镁铝尖晶石,可选择的原料为MgCO3,MgO,γ-Al2O3,α-Al2O3,从提高反应速率的角度出发选择(),()原料较好。
8.在均匀成核时,临界成核位垒ΔGk=(),其值相当于()
具有临界半径rk的粒子数nk/N=()。
9.液-固相变时,非均匀成核位垒与接触角θ有关,当θ为()时,非均匀成核位垒与均匀成核位垒相等。
10.成核生长机理的相变过程需要有一定的过冷或过热,相变才能发生,在()情况下需要过冷。
11.在制硅砖时,加入氧化铁和氧化钙的原因(),能否加入氧化铝()。
12.在液相线以下的分相区的亚稳区内,其分解机理为(),新相成(
)状,不稳定区的分解机理为(),新相成()状。
四、简答题(32分)
1.影响固相反应的因素有那些?
(6分)
2.从热力学、动力学特性、形貌等对比不稳分解和均匀成核成长这两种相变过程。
如何用实验方法区分这两种过程?
(9分)
3.晶界移动遇到气孔时会出现几种情况,从实现致密化目的考虑,晶界应如何移动?
怎样控制?
(10分)
4.试比较杨德尔方程和金斯特林格方程的优缺点及其适用条件。
(7分)
五、相图分析(18分)
右图为生成一个三元化合物的三元相图,
1.判断三元化合物N的性质,说明理由?
2.标出边界曲线的温降方向(转熔界限用双箭头);
3.指出无变量点的性质(L、K、M);
4.分析点1,2的结晶路程;
5.
计算2点液相刚到结晶结束点和结晶结束后各相的含量
无机材料科学基础试卷九标准答案与评分标准
一、名词解释(20分):
1.不一致熔融化合物,连线规则
答:
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。
(2.5分)
连线规则:
将一界线(或其延长线)与相应的连线(或其延长线)相交,其交点是该界线上的温度最高点。
(2.5分)
2.非本征扩散,稳定扩散
非本征扩散:
受固溶引入的杂质离子的电价和浓度等外界因素所控制的扩散。
或由不等价杂质离子取代造成晶格空位,由此而引起的质点迁移。
(2.5)
稳定扩散:
若扩散物质在扩散层dx内各处的浓度不随时间而变化,即dc/dt=0。
这种扩散称稳定扩散。
(2.5分)
3.非均匀成核,一级相变,
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(2.5)
一级相变:
体系由一相变为另一相时,如两相的化学势相等但化学势的一级偏微商(一级导数)不相等的称为一级相变。
(2.5)
4.晶粒生长,二次再结晶
晶粒生长:
平衡晶粒尺寸在不改变其分布的情况下,连续增大的过程。
(2.5分)
二次再结晶:
是少数巨大晶粒在细晶消耗时成核长大的过程。
(2.5分)
二、选择题(12分):
每题1分
1.A2.B3.A4.C5.B6.B7.D8.B9.A10.B11.D,B
三、填空题(18分)(每空0.7分)
1.压力差、空位浓度差、应力-应变和溶解度;
2.受核化位垒影响的成核率因子、受原子扩散影响的成核率因子
3.稳定扩散、不稳定扩散
4.过冷度、过饱和浓度、过饱和蒸汽压
5. 空位机构、间隙机构
6.向左
7.MgCO3、α-Al2O3
8.1/3Akγ、新相界面能的1/3、exp(-ΔGk/RT)
9.180º
10.相变过程放热
11.作为