[精品]材料科学基础考试题

1、1. 熔体：介于气体和固体之间的一种物质状态，它具有流动性和各向同性，和气体相似，但又具有较大的凝聚力和很小的压缩性和固体相似。2. 吸附：固体和液体表面存在大量不饱和键的原子和离子，它们都能吸引外来的原子，离 子，分子，这一现象称为吸附。3. 粘土的可塑性：当粘土与适当比例的水混合均匀制成泥团，该泥团受到高于某一个数值剪切应力作用后，可以塑造成任何形状，当去除应力泥团能保持其形状，这种性质称为可塑性。4. 粘土的触变性：泥浆静止不动时似凝固体，一经扰动或摇动，凝固的泥浆又重新获得流动性。5. 扩散：在一个相内因分子或原子的热激活运动导致成分混合或均匀化的分子动力学过程。6. 固相反应 广义：

2、凡是有固相参与的化学反应。狭义：常指固体与固体间发生化学反应生成新固体产物的过程。7. 烧结：压制成型后的粉状物料在低于熔点的高温作用下、通过坯体间颗粒相互粘结和物质传递，气孔排除，体积收缩，强度提高、逐渐变成具有一定的几何形状和坚固整体的过程。&二次再结晶：坯体中少数大晶粒尺寸的异常增加，其结果是个别晶粒的尺寸增加，这是区别于正常的晶粒长大的。9. 计算SiO2 （石英玻璃）的网络参数？解：Si4+ 离子的配位数 Z=4,R=0/Si=2/l=2,贝U X=2R-Z=0, Y=2Z-2R=4,说明结构中所有的氧离子都是桥氧，四面体的所有顶角都被共用，玻璃结构网络强度达到最大10. 一

3、种玻璃的组成试 80%SiO 2和20%Na2O,试计算其非桥氧百分数。解：将玻璃组成由质量百分数换算成摩尔百分数。质量百分数摩尔数摩尔百分数虑=80.6x2 + 19.4 = 22480.6SiO2801.3380.6X =27?-Z = 2.24x2-4 = 0.48NA 2O200.3219.4Y = Z X =4-0.48 = 3.52yn aq非桥氧百分数 =y X100% =可立 X100=21.5%+ X-A + 0.482 2Y-表示一个桥氧分属两个四面体共有。211. 有两种不同配位的玻璃，其组成如下（质量百分数）：序号Na2OA1 2O3SiO211020702201070

4、试用玻璃结构参数说明两种玻璃高温下粘度的大小？解：将玻璃组成由质量百分数换算成摩尔百分数NO.Na2OAI2O3SiO2Y质量摩尔质量摩尔质量摩尔11010.62012.97076.52.7222020.4106.27073.43.66十玻璃Na20/AI 203= <1所以A严在玻璃中起网络变性离子的作用Ri 10.6 + 12.9x3 + 76.5x2 = 2.64 Xi = 2x2.644匕=4 .28 =76J= 1.282.7220 42破璃Na2O/Al 203= >! AP+在玻璃中起网络形成离子的作用“20.4 + 6.2x3 +人2 =2.17 X2 = 2x2.

5、17=0.3473.4 + 6.2x2场=4-0.34=3.6673.4x2因而岭 < 旳Rl>R2即2#玻璃桥氧分数大于1#但O/Si比小于讣玻璃，可以判断在高温下1#溶体粘度小于2#12.MgO A12O3SiO2系统的低共熔物放在Si3N4陶瓷片上，在低共熔温度下，液相的表面张力为900xl0 3N/m,液体与固体的界面能为600xW 3N/m,测得接触角为70.52 °1）求SisM的表面张力。把Si3叫在低共熔温度下进a行热处理,测试其热腐蚀的槽角60。，求 SisNq的晶界能？解：已知 YLV =900xl0-3N/m Y SL=600xl0' 3N/

6、m 0=70.52Ysv=YsL+YLvCOS0=600xl0'3+900xl0' 3xCOS70.25=900.13xl0'3N/m已知q>=60 °YSS=2YSVCOS<l>/2 =2X900X10'3XCOS60/2 =1.559N/m13. 双点层，NaCl双电层构造，形成和影响因素对于离子晶体，表面离子失去外层离子后破坏了静电平衡，由于极化作用，造成双电层效 型离子晶体在表面力的作用下，离子的极化变形与位移重排过程。从晶格点阵排 作用力较大，极化率小的正离子应处于稳定的晶格位置，为降低表面能 趋于对称，因而 M+在内部质点

7、作用下向晶体内靠拢，而易极化的 向外侧，从而形成表面双电层。14. 说明吸附的本质？吸附是固体表面力场与吸附分子发岀的力场相互作用的结果，它是发生在固体上的。根据 力的性质不同，可分为物理吸附和化学吸附两种。物理吸附：由分子间引力引起的，这时吸附物分子与吸附剂晶格可看作是两个分立的系统。 附：伴随有电子转移的键合过程，这时应把吸附分子与吸附剂晶格作为一个统一的15. 什么是晶界结构？答：晶界结构是指晶界在多晶体中的形状、结构和分布。应。MX列的稳定性考虑，,各离子周围作用能应尽量X-受诱导极化偶离子排斥而被推相互作用化学吸系统来处理。16.由实验测得胶体粒子是荷电的，试从理论上分析胶粒荷电的原

8、因?答：粘土粒子板面上的负电荷：(1)粘土晶格内离子的类质冋晶置换造成电价不平衡使之板面上带负电。(2)吸附在粘土表面的腐殖质离解而产生的负电荷。PH不同，导致粘土粒子带粘土粒子边棱上的正电荷：粘土粒子沿垂直层方向断键时，由于不同的电荷，当在 PH<6酸性介质中时，粘土边棱带正电荷。综上所述：粘土的正电荷和负电荷的代数和就是粘土的净电荷，由于粘土的负电荷一般都 远远大于正电荷，因此粘土都带有净负电荷。17. 画图解释粘土的电动电位彳BCA-B-吸附层，B-C扩散层，E-热力学电位a+V电动电位）一吸附层与扩散层之间电位差KL +de+A B1&已知：A-B-C三元系统相图如下，试

9、回答下列问题写岀各化合物性质；画岀此相图的副三角形？并说明根据是什么？用箭头表示界线温度下降方向及各界线性质，并说明根据什么？判断各无变量点性质，并写岀相应相平衡关系式，并说明根据什么？画岀熔体p的冷却析晶路线；熔体 P的最终析晶产物是什么，开始析晶产物是什么？根据什么判断？S:不一至熔二元化合物；E:不一至熔三元化AACE, AAES, AESB, EBC;根据三角形化规则见图；根据连线规则和切线规则。3点：单转熔点厶 3 + S <=> E + B ；4点：双转熔点厶 4 + 4 + SE ；5点：单转熔点厶 5 + A E + C ；6点：低共熔点LeOE + C + B ；

10、根据重心规则见图最终析晶产物：E+B+C,根据系统组成点在哪个副三角形内最终析晶产物为这个三角形三个顶点所代表的物质；开始析晶产物为：A,根 据系统组成点在哪个初晶区，就开始析岀该初晶区对应的物质。19. 说明影响扩散的因素？化学键：共价键方向性限制不利间隙扩散，空位扩散为主。金属键离子键以空位扩散为主，间隙离子较小时以间隙扩散为主。缺陷：缺陷部位会成为质点扩散的快速通道，有利扩散。温度：D=DOexp （-Q/RT） Q 不变，温度升高扩散系数增大有利扩散。Q越大温度变化对扩散系数越敏感。杂质：杂质与介质形成化合物降低扩散速度；杂质与空位缔合有利扩散；杂质含量大本征扩散和非本征扩散的温度转折

11、点升高。扩散物质的性质：扩散质点和介质的性质差异大利于扩散扩散介质的结构：结构紧密不利扩散。20. 指岀图中的固体扩散的微观机构，请排岀扩散的难易程度，并解释原因?0*0答：空位扩散；（b）间隙扩散；（c）准间隙扩散;（d）易位扩?Q,散；（e）环形扩散。从易到难的顺序为：空位扩散间隙扩散准间隙扩散环形扩散易位扩散。对于离子晶体来说，负离子做紧密堆积，正离子填空隙，处于晶格位置的粒子势能最低，所以说易位扩散所需活化能最大，在扩散过程是最 难的；环形扩散，是正离子互相配合一起运动，在理论上可能的，但在实际扩散机构中正 离子之间要同时运动，也需要较大活化能；准间隙扩散是间隙内的离子将正常格点的离子

12、 挤岀，需要较大活化能；在间隙位置和空位处的粒子势能较高，故空位扩散所需活化能最 小，因而空位扩散是最常见的扩散机理，其次是间隙扩散。21. 粒径为lgm球状A12O3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AI2O3起了反应，计算完全反应的时间？（1）用杨德尔方程计算；（2）用金斯特林格方程计算；解：(=旦 将 tl=ih, Gi=20%, G 2=100% 代入上式中，求得t2=194.6h 1-(1-G2)32陆2 21-qG-(1-GJ? Kf(2) =将 ti=lh, Gi=20%, G 2=100% 代入上式中，求得 t2=68h1-|G2-(1

13、-G2r 弧22. 试比较杨德尔方程、金斯特林格方程的优缺点及适用条件？丄杨德尔方程F2(G) = (1-(1-G) j)2=a2?存在的问题：由于杨德尔在推导过程中，把球形反应面作为平面处理，反应开始或反应产物层很薄时还可以，但随时间延长，反应产物层厚度增加，不合适。测定产物量往往是重量，只有当反应物与反应产物体密相等时，计算转化率才准确。(重量比=体积比 ) 杨德尔方程适用范围：反应产物层较薄，转化率较小，反应初期，反应物密度和产物密度相等时适用。2 -金斯特林格方程 F <( G) = 1 - §G - (1 - G) 3 = K, / 局限性 :没有考虑反应物密度和产物

14、密度的差别，在推导过程中认为重量比 =体积比适用范围：扩散控制的过程转化率大时，金斯特林格方程与实际相符产物密度与反应物密度相等。23. 影响固相反应因素反应物化学组成的影响反应物颗粒及均匀性的影响反应温度的影响(4)压力和气氛的影响 (5)反应物活性的影响 (6)矿化剂及其他影响因素24. 简要叙述蒸发一凝聚烧结机理及其特点？机理：由于颗粒表面各处的曲率不同，按开尔文公式可知，各处相应的蒸气压大小也不同。故质点容易从高能阶的凸处 (如表面 ) 蒸发，然后通过气相传递到低能阶的凹处 (如颈部 ) 凝结，使颗粒的接 触面增大，颗粒和空隙形状改变而使成型体变成具有一定几何形状和性能的烧结体。特点：烧结时颈部区域扩大，球的形状改变为椭圆，气孔形状改变，但球与球之间的中心距不变，也就是在这种传质过程中坯体不发生收缩，气孔形状的变化对坯体的一些宏观性质有可观的影响，但不影响坯体密度25. 分析二次再结晶过程对材料性能有何种影响？答：二次再结晶发生后，由于个别晶粒异常长大，气孔进入晶粒内部，成为孤立闭气孔，不易排除，使烧结速率降低甚至