2016年武汉科技大学考研真题811无机材料科学基础

1、2016年攻读硕士学位研究生入学考试试题科目名称：无机材料科学基础（ A卷口 B卷）科目代码：811考试时间：3小时 满分150分可使用的常用工具：无 口计算器 直尺 圆规（请在使用工具前打V）注意：所有答题内容必须写在答题纸上，写在试题或草稿纸上的一律无 效；考完后试题随答题纸交回。一、填空题（共30空，每空1分，共30分）1. （1 : 32）种对称型，（2:7）种晶系，（3:14）种布拉维格子，（4:230）空间群。码号证题考准写要不内线封密2点缺陷三种类型（5热缺陷），（6杂质缺陷），（7非化学计量化合物）。3. 单键强（8 >335kJ/mol ）为玻璃网络形成体；单键强（9&

2、lt;250 kJ/mol ）为玻璃网 络变性体；单键强（10介于以上两者之间）称为玻璃网络中间体。4. （11 : X= 0.86 ），（12： Y= 3.14），（ 13： Z= 4），（14： R= 2.43）。5. （15共格晶界），（16半共格晶界），（17非共格晶界）。6. 润湿分为三种（18附着润湿），（19铺展润湿），（20浸渍润湿）。7. 固相反应两个基本过程（21化学反应）、（22物质转移）。8. 固相烧结（23蒸发-凝聚）和（24扩散），液相烧结（25流动）和（26溶解-沉1/31/51/21/6淀）。（27 x/r x t ）、（28 x/r xt ）、（29 x/r

3、xt ）和（30 x/r xt ）业 专 考 报二、名词解释（共5小题，每小题6分，共30分）1. 二八面体与三八面体 （八面体以共棱方式相连，但八面体中的氧离子只被两个阳离子所公用的八面体；八面体以共棱方式相连，但八面体中的氧离子只被三个 阳离子所公用的八面体）2. 表面与界面（一个相和它本身的蒸汽接触的分界面称为表面；一个相与另一相接触的分界面称为界面。）3. 粘土的结构水（以OH基形式存在于晶格结构内的水）与结合水（粘土颗粒吸附着完全定向的水分子层和水化阳离子，这部分与胶核形成一个整体，一起在介质中移动，这种水称为牢固结合水； 牢固结合水外定向程度较差的水为松结合水）4. 交叉位与共轭位

4、（在三角形某一条边的外侧，并在另外两条边的延长线范围内）共轭位（处于三角形某个顶角的外侧，且在形成此顶角的两条边的延长线范围内的点，所处的位置称为共轭位）5. 晶粒生长与二次再结晶（无应变的材料在热处理过程中，平均晶粒尺寸在不 改变其分布的情况下连续长大的过程称为晶粒生长；在细晶消耗时，以大晶粒为 成核基体成核长大形成少数巨大晶粒的过程称为二次再结晶）三、论述题（15分）试述分析复杂三元相图的基本步骤及有关规则。答：看系统中生成多少化合物，找出各化合物的初晶区，根据化合物组成点与其初晶区的位置关系判断化合物的性质；划分副三角形用连线规则判明各条界线的温度下降方向，再用切线规则判明界线的性质，在

5、界线上标上相应的单箭头或者双箭头；运用重心规则判断各无变点的性质；仔细观察相图上是否存在晶型转变、液相分层和形成固溶体等现象。分析析晶路线四、推导题（15分）& In人推导扩散系数的一般热力学关系式：Di=BjRT（1一），并说占 In Ni明其物理意义。解：假设一个多元体系中，i组分的质点沿x方向扩散所受到的力等于该组分化 学位在x方向上梯度的负值： Fj = -卩j/；：x（1）相应的质点运动平均速度正比于作用力：V二Bj Fj =Bj W j /式中Bj为组分i的平均速率或者淌度；此时组分i的扩散通量Jj等于单位体积中该组分质点数Ci和质点移动平均速度的乘积：Jj二CM带入可得用

6、化学位梯度描述扩散的一般方程式：Jj n-GBj Wj/；：x若研究体系不受外场作用，化学位为系统组成活度和温度的函数：式可以写为：Jj 二-GBj 汕 /-'G /将上式与菲克第一定律比较，得扩散系数 Dj :Dj 二CjBjLj/fCj 二 Bjr /：TnG 因为 Ci/C = N, dlnCi=dInNi,故有：Dj = BL / ： In Nj又因为：= Ai°(T,p)+ RTIn。j = Pi0 + RT(In M +ln 绻)贝V： -ij/：ln Nj =RT(1 jln ：1 nNJ将(8)带入得：Dj=RTBCI中Bl nYj/劄nNJ上式即扩散系数的一

7、般热力学关系。式中（V ? ln匚/： In Ni）称为扩散系数的热力学因子。对于理想混合体系，活度系数丫 i = 1此时Dj = D* = RTB，称为自扩散系数；对于非理想混合体系存在两种情况：（1）当（V In昇：1 nN i）>0，此时Di>0 ,称为正常扩散，物质从高浓度流向低浓度处，扩散的结果使溶质趋于均匀 化；（2）当（V ? In j /；：ln Nj）<0，此时Di<0，称为反常扩散或者逆扩散，扩散结果使溶质偏聚或分相。五、分析计算题（共4小题，每小题15分，共60分）1、( 15 分)已知 Al2O3(s)=2AI(l)+1.5O 2(g)AI(I)

8、=AI 1%1.5O2(g)=3O 1% G°1=1682900-323.24T (J/mol) Go2= -126360-55.82T (J/mol) Go3= -351450-8.67T (J/mol)在1650 C氧化铝坩埚中盛有含有Al为0.012%（质量分数）的铁液，试问在该铁液中氧含量是多少？解：反应方程为：Al 2O3(s)= 2AI 1% +3O 1% Go= Go1+2 Go2+ Go3= 1205090-387.73T当 T= 1923K , Go=459485J/moI023G = G0 RTI nk =0- I nk 二-28.73 ； k = : 2【ai右

9、；带入数据有O =0.0132、（ 15 分）已知Mg2 =0.066nm ,。2 - = 0.132nm ,A|3 = 0.057nm。试根据最紧密堆积原理和鲍林规则分析尖晶石MgAI 2O4晶体的结构。解：球体堆积越紧密，堆积密度越大，空间利用率越高，系统的内能也越小，结 构越稳定，称为球体最紧密堆积原理。 鲍林第一规则：rMg2+/rO2_ = 0.5 > 0.414，配位数CN = 6，但是由于正离 子相互影响，CN = 4 , Mg 2+填入四面体间隙，形成MgO 4四面体； rA|3 ./rO2_ =0.432 0.414，配位数 CN = 6, AI3+填入八面体间隙，形成

10、AIO 6 八面体； 鲍林第二规则：Sai-o = 3/6= 1/2, SMg-o=2/4=1/2,每个O2-离子的电价由四个正离子提供，其中三个为AI3+, 一个为Mg 2+，即三个AIO 6八面体与一个MgO 4四面体共顶连接； 鲍林第三规则：AIO 6八面体共棱连接，AIO 6八面体与MgO 4四面体共 顶连接； 鲍林第四规则：MgO 4四面体是高电价低配位，互不连接，AIO 6八面体是高电价高配位，共顶连接； 鲍林第五规则：MgAI 2O4晶体中没有其他正离子，故Mg2+总是形成MgO 4四面体，AI3+总是形成AIO 6八面体。3、( 15 分)测定了含有一个固态氧化物、一个固态硫化

11、物和一个液态硅酸盐的显微结构，有以下的两面角：(a)两个硫化物颗粒之间的氧化物是112° (b)两个硫化物颗粒之间的液体是 60°； (c)两个氧化物颗粒之间的硫化物是100° ； ( d)个氧化物和一个硫化物之间的液体是70 °。假如氧化物和氧化物之间界面能是0.9J/m2,求其它界面能是多少？解：按题意绘图如下：3W图4-1例题4-3附图由题意 (a) ys =2 Yocos(112 /2)(c) Yo =2 Yocos(100 /2)112100YS / cosYo / cos 2 2Ys 二 Yo、cos 56 二 0.78J/m2cos50匕2Yo = ys/2cos56 =°.7°J/m由题意 (d)Yo 二 ylcos(70 /2)yl cos(70 /2)(b) & = 2 yl cos(60 /2)Yl一 YSr 0.45J/m22cos302Yl = 0.41 J/m题中ys是硫化物之间界面张力；YO为氧化物之间界面张力；YL是氧化物与液体间界面张力。4、( 15 分)在制造材料Al 2O3时，原始粉料粒度为2叩，烧结至最高温度保温 0.5小时, 测得晶粒尺寸为 10卩爼。试问：若