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第 1 页 共 23 页试题 1一. 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(Al 2O32SiO22H2O)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。 第 2 页 共 23 页三. 简答题:1.晶体中的结构缺陷按几何尺寸可分为哪几类?2.什么是负扩散?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.TiO 2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,能量愈高系统愈不第 3 页 共 23 页稳定,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。 第 4 页 共 23 页十一.图 4 是 A-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 2一、(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 TiO32-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;第 5 页 共 23 页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.TiO 2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.Na 2O-SiO2系统中随 SiO2含量的增加,熔体的粘度将降低。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,它们是第 6 页 共 23 页一个固相、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 Cr2O3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-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;第 7 页 共 23 页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)。 图 3试题 3一、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,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? 第 8 页 共 23 页图 1二、下列硅酸盐矿物各属何种结构类型(6):r-Ca 2Si04, KAISi 3O8, CaMgSi 2O6,Mg 3Si4O10(OH)2, Ca 2AlAlSiO7, Ca 2Mg5Si4O11(OH) 2三、1、写出下列缺陷反应式(10):(1) CaCl 2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)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第 9 页 共 23 页差别。(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、-Al 2O3,从提高反应速率的角度出发,选择什么原料较好?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、S 2、S 3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量(用线段比表示)。第 10 页 共 23 页图 2试题 4一、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、TiO 2、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( )。第 11 页 共 23 页6、液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?SiO 2)、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、Zn 2+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) O 2-的电价是否饱和? (3) 晶胞的分子数是多少?(4) Si 4+和 Mg2+所占的四面体空隙和八面体空隙的分数是多少?黑球:Si 4+小白球:Mg 2+大白球:O 2-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=第 12 页 共 23 页3.6106J/cm3;液固界面的界面能为 =0.15J/cm 2;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(10 分):(1) 讨论温度对总结晶速率的影响;(2) 指出在哪一温度范围内对形成玻璃有利,为什么?六、1写出下列缺陷方应方程式。(5 分)1)TiO 2加入到 A12O3中(写出两种);2)NaCl 形成肖脱基缺陷。2画出体心立方点阵的晶胞结构图,并在图中作出(112)晶面和 晶向。(5 分)3实验室要合成镁铝尖晶石,可供选择的原料为 Mg(OH)2、MgO、Al 2O33H2O、-Al 2O3、-Al 2O3。从提高反应速率的角度出发,选择什么原料较好?请说明原因。(5 分)七、如图 A-B-C 三元系统相图,根据相图回答下列问题(25 分):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 F、G、H 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 M1 在完全平衡
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