材料科学基础期末考试试卷

1、四川大学期末考试试题A卷（2007 2008 学年第 1 学期）课程号：30104335 课序号：0 课程名称：材料物理化学任课教师：杨为中 成绩：适用专业年级：无机非金属材料工程05级，生物医学工程 05级学生人数：印题份数：80 学号：姓名：考试须知四川大学学生参加由学校组织或由学校承办的各级各类考试，必须严格执行四川大学考试工作 管理办法和四川大学考场规则。有考试违纪作弊行为的，一律按照四川大学学生考试违纪作弊处罚条例进行处理。四川大学各级各类考试的监考人员，必须严格执行四川大学考试工作管理办法、四川大学考场规则和四川大学监考人员职责。有违反学校有关规定的，严格按照四川大学教学事故认定及

2、处理办法进行处理。（试题说明：相图分析题的析晶路线分析可直接在试题上标注，其余所有试题均必须作在 答题纸上）一 选择/填空题（共27分，18空，每空1.5分，选择题均为单项选择）1. 等径球体作紧密堆积，其堆积系数为。A.68%、B.80%、C.74%、D、64%2. 相平衡研究方法包括动态法和静态法，其代表分析方法为 和等。3. 扩散的主要迁移机构为和 两种。A.易位机构、B.空位机构、C.推填机构、D.间隙机构4. 烧结过程中，晶粒长大并不是小晶粒板结的结果，而是的结果。5. 组成为Na2O.1/2Al2O3.2SiO2的玻璃，其玻璃结构参数 丫值为。6. 烧结的根本推动力能量差，是指 之

3、差。7. 一级相变的典型特征为相变前后和发生突变。A.热容、B.体积、C.热膨胀系数、D.吉布斯自由能、E.熵（焓八F压缩系数8. 熔体析晶遵循形核-长大机理，I、U曲线峰值大小及位置直接影响析晶过程及制品性 质，当I-U重叠面积大且过冷度大时，容易得到 。A.不能析晶，得到玻璃、B.晶粒少、尺寸大的粗晶、C.晶粒多、尺寸小的细晶9. 某晶体材料的扩散系数lnD与1/T关系曲线在不同温度区间出现了不同斜率的直线，。这主要是由于所致。A.扩散系数不同、B.扩散活化能不同、C.扩散机构改变、D.扩散温度不同10. 陶瓷上釉工艺中，由于晶界应力的影响，一般要求釉层的热膨胀系数要陶瓷基体的热膨胀系数。

4、A.略大于、B.远小于、C.完全相等、D.略小于、E.远大于11. 刃位错是重要的线缺陷，其特点为 和。12. 正常晶粒长大的某氧化物颗粒，未烧结前颗粒大小为0.1um,烧结1小时后，晶粒尺寸长大为原来的2倍，烧结小时后，晶粒长大为原来的4倍。13. 两种固体形成连续固溶体（完全互溶固溶体）的条件主要有： 和等。二.名词解释/解答（共16分，每题4分）1. 无规网络学说2.弗伦克尔缺陷3.溶解-沉淀传质4.（纳米材料）表面效应本题2页，本页为第1页三.结构分析（共7分）滑石和白云母都是制作陶瓷的重要原料，其平行于层面的示意图可表示为下图，1）请阐述图示两种层状硅酸盐结构，2）并说明为什么滑石比

5、白云母软得多。四综合题（共50分，每题10分）1. 固相反应有哪些显著特征。2. 用20mol% YF3加入CaF2中形成固溶体，实验测得固溶体的晶胞参数a=0.55nm,测得固溶体密度p=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）3. NaCl和MgO均为NaCI型结构，但 MgO的熔点为2800C, NaCl的仅为801C, 通过晶格能计算说明这种差别。（NaCl半径0.283nm, MgO半径0.212nm）4陶瓷表面形成金属层（如：被银）的工艺称为陶瓷表面金属化，所被金属层可作为电容器、半导体元件等的电极，金

6、属电极对瓷件的表面的润湿性十分重要。若需对Al 2O3瓷件表面被银，已知1000C一3-3-3时，丫（ Al 2O3，S） = 1.0 >10 N/m，丫（ Ag，L） = 0.92 10 N/m，丫（Ag , L） / Y Al 2O3，S） = 1.77 XI0 N/m。 问高温下，液态银能否润湿瓷件表面？可以用什么办法改善润湿性。5.相图分析：分析M、N点的析晶过程。（考虑是否发生穿晶区过程？）B注：1试题字迹务必清晰，书写工整。本题2页，本页为第 2页2题间不留空，一般应题卷分开3务必用A4纸打印教务处试题编号:参考答案一、选择/填空（1.5分/空）1. C,2. 差热/冷却曲线

7、/热膨胀/电导或电阻淬冷法3. B， D4.晶界移动5. 3.666.粉体表面能和陶瓷晶界能之间的能量差7. B，E （或 E, B）8.C9. B10. D11. 滑移方向与位错线相互垂直，伯格斯矢量与位错线相互垂直12. 竝13.结构相同和电价相等二、名词解释（4分/题）1. 无规网络学说-认为玻璃体的结构与晶体结构类似，也是由氧（负）离子多面体以顶角相连的形式在三维空间形成网络；晶体结构网络是由多面体规律性的周期排列而成，而 玻璃体结构网络中多面体的排列是拓扑无序的。2. 弗伦克尔缺陷-正常位置原子（离子）受热激发，脱离平衡位置进入附近间隙位置， 在原位置上留下空位所形成的点缺陷。（答题

8、要点：热激发、间隙+空位）3. 溶解一沉淀传质一在有固液两相的烧结中，当固相在液相中有可溶性，此时的烧结传 质过程为部分固相溶解，而在另一部分固相上沉积，直至晶粒长大、颗粒重排获得致密的 烧结体4. （纳米材料）表面效应-随着纳米颗粒，直径减小，表面积急剧增大，处于表面的原 子数迅速增加，表面能、表面张力随之增大，引起纳米粒子性质变化。三、结构题。（7分）1. 层状硅酸盐的结构单元为由二维向排列的硅氧四面体片和铝（镁）氧八面体片组成晶层在c轴方向平行堆积而成，图中两者层状硅酸盐结构均为2： 1型层状（2层Si O四面体中间夹一层八面体层构成）（3分）滑石结构中：八面体为 Mg 0三八面体;（1

9、分）白云母为AI 0二八面体，另外,Si O四面体中部分 Si4+被Al3+取代，K +进入附网层间以平衡 多余负电荷（1分）2. （ 2分）因滑石层间由范德化力结合，结合力较弱：而白云母层间通过K +以离子健方式结构,故结合更强。四综合题（共50分，每题10分）1.答：1）固相反应开始温度远低于反应物熔点或反应混合物低共熔点，与反应物内 部开始呈明显扩散作用温度一致（泰曼温度）;2）非均相反应:以固体颗粒相互接触为发生化学作用和物质输运前提条件。3）当反应物之一存在有多晶转变时，则转变温度通常也是反应开始明显进行的温度一 海得华定律。4）反应动力学具有复杂性和多相性。2.解：YF3加入CaF

10、2的缺陷反应方程如下:1)2)YF3C aF 2丫 CaFi ' 2Ff2YF3C aF22YVCaII6Ff方程（1）和（2）的固溶式：（1）C a1xYxF2 x按题意x=0.2代入上述固溶式得：间隙型固溶体分子式为Cao.8Yo.2F2.2 1分置换型固溶体分子式为Ca0.7Y0.2F2;1分它们的密度分别设为pl和包。CaF2是萤石型晶体，单位晶胞内含有 4个萤石分子。C a13 x / 2Y x F 2C a13 x / 2Y x F 2C a13 x / 2Y x F 2=3.346 （g/cm3）2 分由P与P计算值与实测密度 p=3.64g/cm3比较，pl值接近3.6

11、4g/cm3,因此0.2molYF3加入CaF2中形成间隙型固溶体。2分3.解:138.6乙乙严r°(nm)(1-)(kJ/mol) n(3 分)C a13 x / 2Y x F 2C a13 x / 2Y x F 2带入Z、n、A得： 写出门值（1分），若未写，后面计算正确也不扣分）U （NaCI）= 753kJ/mol （2 分）；U （MgO ）= 3922.06kJ/mol （2 分）MgO晶格能远高于NaCl，故相应熔点也远高于后者（2分）4.润湿角You ng公式,cossv SLVL1.00 1.770.920.837C a13 x / 2Y x F 2C a13 x / 2Y x F 2146.905 分说明：液态银不能润湿氧化铝瓷件表面。1分改善方法：1、去除固体表面的吸附膜，提高sv4分2、瓷件表面抛光磨平，改变粗造度3、更换电极材料，降低 SL相图分析：分析M、N点的析晶过程。（