华北理工无机材料科学基础试题（四套）及答案

题号一二三四五总分得分一．填空题（每空1分，共20分）1．根据结构中硅氧四面体的连接方式，硅酸盐晶体可以分为、、、和五种。2．粘土颗粒板面由于带电，而边面由于带电。3．当反应物之一存在多晶转变时，则此温度往往是反应开始变得显著的温度，这一规律常称为。4．泰曼温度是；而烧结温度是5．蒸发-凝聚是烧结的一种传质方式。6．凡有液相参与的烧结过程称为。7．晶粒生长是的结果。8．硅酸盐水泥的生产分为、和三个阶段。9．硅酸盐水泥熟料中主要由、、和四种氧化物组成。二．判断题（正确的在括号中画“+”，错误的画“-”，每题1分，共10分）1．硅线石属于链状硅酸盐晶体。（）2．粘土颗粒边表面只能带负电。（）3．粘土-水系统中，阳离子半径越小，和粘土之间的吸引力就越大。（）4．当泥料中只含有牢固结合水时，泥料的可塑性能最好。（）5．纯的固相反应总是可以自发进行的。（）6．固相反应过程的速率是由快路线的慢步骤速率所控制的。（）7．金斯特林格方程对所有扩散控制的固相反应都适用。（）8．双球模型适用于烧结的全过程。（）9．粉体烧结时，只有晶界作为空位阱的扩散才会导致收缩。（）10．为了使材料具有细晶粒的显微结构，不能随便提高材料的烧成温度。（）三．单项选择题（每题3分，共30分）1．珍珠云母的化学式为CaAl2[Al2Si2O10]（OH）2，为（）A．二八面体双层型结构。B．二八面体三层型结构。C．三八面体双层型结构。D．三八面体三层型结构。2．粘土的阳离子交换容量由大到小的顺序是（）A．伊利石，蒙脱石，高岭石。B．蒙脱石，伊利石，高岭石。C．高岭石，蒙脱石，伊利石。D．高岭石，伊利石，蒙脱石。3．粘土-水系统中，粘土中的吸附水根据距离粘土颗粒表面的距离，由近到远依次是（）A．牢固结合水，松结合水，自由水。B．结构水，吸附水，自由水。C．自由水，松结合水，牢固结合水。D．无法确定。4．关于粘土泥浆触变性的影响因素，下列哪种说法是错误的？（）A．泥浆的PH值越小，则触变性越好。B．泥浆的含水量越小，则触变性越好。C．泥浆的温度越高，则触变性越好。D．泥浆的分散性越好，则触变性越好。5．如果某个体系中固相反应有n个产物，B1，B2，……，Bn，其相应反应的自由能ΔG1<ΔG2<…ΔGn，则下列哪种说法是正确的？（）A．最初产物是B1，最终产物中B1的含量最大。B．最初产物是Bn，最终产物中Bn的含量最大。C．最初产物是B1，最终产物中Bn的含量最大。D．无法判断出最初产物和最终产物。6．如果要合成镁铝尖晶石，可供选择的原料有MgCO3（650℃分解），Mg（OH）2（450℃分解），MgO，Al2O3.3H2O（650℃分解），α-Al2O3，γ-Al2O3。为了提高反应速率，应选择下列哪组原料？（）A．MgCO3和Al2O3.3H2OB．MgCO3和γ-Al2O3C．Mg（OH）2和Al2O3.3H2OD．Mg（OH）2和γ-Al2O37．硅酸盐水泥熟料中主要的四种矿物是（）A．硅酸三钙，硅酸二钙，铝酸三钙，铁相固溶体。B．硅酸三钙，硅酸二钙，铝酸三钙，方镁石。C．硅酸三钙，硅酸二钙，铝酸三钙，游离氧化钙。D．硅酸三钙，硅酸二钙，方镁石，游离氧化钙。8．和烧成制品相比较，不定形耐火材料不具备以下哪条优点？（）A．固定投资少。B．生产工艺简单，节约能源。C．衬体整体性好。D．产品性能稳定。9．MgO和SiO2按摩尔比为1.5进行配料发生固相反应，则最终产物为（）A．MgO和MgSiO3B．SiO2和MgSiO3C．Mg2SiO4和MgSiO3D．Mg2SiO4和MgO10．关于晶粒的二次再结晶，下列说法中不正确的是（）A．二次再结晶是个别晶粒的异常生长。B．二次再结晶的大晶粒界面上有应力存在。C．二次再结晶的推动力是大晶粒晶面与邻近小晶粒晶面相比有较低的表面能。D．二次再结晶时气孔维持在晶界上或晶界交汇处。四．简答题（每题5分，共20分）1．简要描述高岭石的晶体结构。（5分）2．简述电解质作为泥浆稀释剂的必备条件。（5分）3．简述晶界在烧结过程中的作用。（5分）4．简述玻璃熔制的几个阶段。（5分）五．计算题（每题10分，共20分）1．用过量的氧化镁微粒包裹粒径为1cm的球状氧化铝，在恒定温度1h，有20%的氧化铝起了反应生成了镁铝尖晶石，还要多长时间氧化铝完全作用完。分别按杨得尔方程和金斯特林格方程计算，分析并说明原因。（10分）2．在1500℃时，MgO正常晶粒长大时观察到晶体在1小时内从1μm直径长大到10μm直径。如已知晶界扩散活化能为250KJ/mol，试预期在1600℃时，正常晶粒生长4小时后，晶粒尺寸将从1μm直径长到多大？如果加入0.2%的Al2O3（摩尔分数），1600℃保温4小时，晶粒尺寸将从1μm直径长到多大？（10分）

2005-2006学年第2学期无机材料科学基础3课程试卷A标准答案及评分标准上课班级：03材1，2班制定教师：涂军波审核人：考试时间：2006-7-6一．填空题（每空1分，共20分）1．（孤立）岛状（结构）、孤立环状（结构）或组群状（结构）、（连续）链状（结构）、层状（结构）、架状（结构）2．晶格置换或晶格间的同晶置换；破键机理3．海得华定律或爱得华定律4．烧结开始温度或开始烧结的温度；烧结完成（结束）温度或完成烧结的温度5．固相（态）或固体6．液相烧结（过程）7．晶界移动8．生料的制备；熟料的煅烧；水泥的粉（研、细）磨9．氧化钙、氧化硅、氧化铝、氧化铁（或CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3）二．判断题（每题1分，共10分）1．+2．-3．-4．-5．+6．+7．-8．-9．+10．+三．单项选择题（每题3分，共30分）1．B2．B3．A4．C5．D6．A7．A8．D9．C10．D四．简答题（每小题5分，共20分）1.（1）高岭石是二八面体，双层型硅酸盐结构（1分）（2）各[SiO4]四面体彼此以三个角顶相连成六元环，（0.5分）[AlO2（OH）4]八面体彼此边边相连成六元环，（0.5分）[SiO4]四面体层与[AlO2（OH）4]八面体层共用一个顶角O2-相连接。（1分）（3）高岭石单网层之间靠氢键结合。（2分）说明：[AlO2（OH）4]写错扣0.5分。2.（1）必须有1价碱金属离子，通常是Na+去交换粘土中原来吸附的离子；（1分）（2）电解质中阴离子要能与粘土中原来吸附的有害离子形成难溶性盐类或稳定的獒合物；（1分）（3）电解质要能够直接离解或水解，提供足够多的OH-，使系统呈碱性，就可拆开边面或板面结合结构，释放出自由水；（1分）（4）聚合阴离子作用。（0.5分）除了起一般阴离子作用外，聚合阴离子由于几何位置上与粘土边表面相适应，因此被牢固地吸附在边面上。（0.5分）当溶液呈碱性时，边表面带负电，聚合阴离子可加强边表面的负电荷；（0.5分）当溶液呈酸性时，边表面带正电，聚合阴离子可有效使边面由带正电转变为带负电，增加颗粒间的斥力，充分胶溶泥浆。（0.5分）3.（1）处于压应力作用下的晶界可作为空位阱，导致坯体收缩；（1分）（2）晶粒正常生长时，晶界移动有助于排除气孔；（1分）（3）沿着晶间发生偏析或淀析，可以防止二次再结晶发生；（1分）（4）晶界对烧结后期排除气孔的作用，气孔形状决定了烧结后期能否被排除；（1分）或晶界对烧结后期排除气孔的作用，用σss/σsg来衡量烧结后期气孔能否被排除；或晶界对烧结后期排除气孔的作用，只有凸气孔才能被排除；或晶界对烧结后期排除气孔的作用，只有二面角Ф>60时气孔才能被排除；（5）晶界是阴离子快速扩散的通道。（1分）4.（1）硅酸盐形成阶段；（1分）（2）玻璃形成阶段或玻璃液形成阶段；（1分）（3）玻璃液的澄清阶段；（1分）（4）玻璃液的均化阶段；（1分）（5）玻璃液的冷却阶段。（1分）说明：对于（3）（4）（5）必须强调是玻璃液才能得分。五．计算题（每小题10分，共20分）1.由杨德尔方程：[1-（1-G）1/3]2=KJt=（2kt/R2）（1分）由题意将G1=20%t1=1hG2=100%t2带入杨德尔方程[1-（1-G1）1/3]2=KJt1=（2kt1/R2）（1分）[1-（1-G2）1/3]2=KJt2=（2kt2/R2）（1分）解得t2=194.6h或t2=195h还需t=t2-1=193.6h或194h（1分）由金斯特林格方程：1-2/3G-（1-G）2/3=Krt（=2kt/εR2）（1分）由题意将G1=20%t1=1hG2=100%t2带入金斯特林格方程1-2/3G1-（1-G1）2/3=Krt1（=2kt1/εR2）（1分）1-2/3G2-（1-G2）2/3=Krt2（=2kt2/εR2）（1分）解得t2=68.1h或t2=68h还需t=t2-1=67.1h或67h（1分）按金斯特林格方程计算所用时间短。或按杨德尔方程计算所用时间长。（1分）主要原因是金斯特林格方程考虑到了随着反应的进行，扩散截面积随之变化这一事实。（1分）2.由晶粒正常生长公式：D2-D02=Kt（1分）将1500℃时，D1=10μm，D0=1μm，t1=1h1600℃时，D2，D0=1μm，t2=4h并考虑到K=K0exp（-Q/RT）等带入上面公式D12-D02=K1t1（=K0exp（-Q/RT1）t1）（1分）D22-D02=K2t2（=K0exp（-Q/RT2）t2）（1分）解得D2=31.3μm（1分）若加入0.2%的Al2O3后，晶粒生长公式变为：D3-D03=Kt（1分）将1600℃时，D3，D0=1μm，t3=4h带入则有D33-D03=K3t3（1分）而同在1600℃，K3=K2=245μm2/h（1分）D3=9.94μm或9.93μm（1分）即1600℃保温4小时后，晶粒直径长到31.3μm；（1分）加入0.2%的Al2O3，1600℃保温4小时后，晶粒直径长到9.94μm或9.93μm。（1分）

题号一二三四五总分得分一．填空题（每空1分，共20分）1．钙长石具有硅酸盐晶体结构。2．在黏土——水系统中，黏土粒子表面带电，板状表面带电的原因是，因此表面带电，边表面带电的原因是，边表面的电性取决于。3．高岭石、蒙脱石、伊利石都属于矿物。4．二氧化硅的晶型转变分为转变和转变。5．溶解-沉淀是烧结的一种传质方式。6．蒸发-凝聚传质推动力的具体表现形式为。7．晶粒生长是的结果。8．不定形耐火材料种类有、、、、等。9．目前，最广泛采用的玻璃成分由、和三种氧化物组成。10．要制备细晶材料，对原始粉末的要求是。二．判断题（正确的在括号中画“+”，错误的画“-”，每题1分，共10分）1．镁橄榄石属于链状硅酸盐晶体。（）2．粘土颗粒板表面只能带负电。（）3．粘土-水系统中，阳离子半径越小，和粘土之间的吸引力就越小。（）4．当泥料中只含有牢固结合水时，泥料的可塑性能最好。（）5．纯的固相反应总是可以自发进行的。（）6．以蒙脱石为主要矿物的粘土成为膨润土。（）7．金斯特林格方程并非对所有扩散控制的固相反应都适用。（）8．双球模型并非适用于烧结的全过程。（）9．粉体烧结时，表面扩散肯定不会导致收缩。（）10．为了使材料具有细晶粒的显微结构，不能随便提高材料的烧成温度。（）三．单项选择题（每题3分，共30分）1．叶腊石晶体的结构为（）A．二八面体双层型结构。B．二八面体三层型结构。C．三八面体双层型结构。D．三八面体三层型结构。2．粘土的阳离子交换容量由小到大的顺序是（）A．伊利石，蒙脱石，高岭石。B．蒙脱石，伊利石，高岭石。C．高岭石，蒙脱石，伊利石。D．高岭石，伊利石，蒙脱石。3．粘土-水系统中，粘土中的吸附水根据距离粘土颗粒表面的距离，由远到近依次是（）A．牢固结合水，松结合水，自由水。B．结构水，吸附水，自由水。C．自由水，松结合水，牢固结合水。D．无法确定。4．关于粘土泥浆触变性的影响因素，下列哪种说法是正确的？（）A．泥浆的PH值越小，则触变性越好。B．泥浆的含水量越大，则触变性越好。C．泥浆的温度越高，则触变性越好。D．泥浆的分散性越差，则触变性越好。5．如果某个体系中固相反应有n个产物，B1，B2，……，Bn，其相应反应的自由能ΔG1<ΔG2<…ΔGn，则下列哪种说法是正确的？（）A．最初产物是B1，最终产物中B1的含量最大。B．最初产物是Bn，最终产物中Bn的含量最大。C．最初产物是B1，最终产物中Bn的含量最大。D．无法判断出最初产物和最终产物。6．如果要合成镁铝尖晶石，可供选择的原料有MgCO3（650℃分解），Mg（OH）2（450℃分解），MgO，Al2O3.3H2O（650℃分解），α-Al2O3，γ-Al2O3。为了提高反应速率，应选择下列哪组原料？（）A．MgCO3和Al2O3.3H2OB．MgCO3和γ-Al2O3C．Mg（OH）2和Al2O3.3H2OD．Mg（OH）2和γ-Al2O37．在玻璃生产中，氧化砷通常是作为（）A．澄清剂B．氧化剂C．着色剂D．脱色剂8．和不定形耐火材料相比较，烧成制品具备以下哪条优点？（）A．固定投资少。B．生产工艺简单，节约能源。C．衬体整体性好。D．产品性能稳定。9．MgO和SiO2按摩尔比为0.5进行配料发生固相反应，则最终产物为（）A．MgO和MgSiO3B．SiO2和MgSiO3C．Mg2SiO4和MgSiO3D．Mg2SiO4和MgO10．关于晶粒的二次再结晶，下列说法中正确的是（）A．二次再结晶是个别晶粒的异常生长。B．二次再结晶的大晶粒界面上无应力存在。C．二次再结晶的推动力是大晶粒晶面与邻近小晶粒晶面相比有较高的表面能。D．二次再结晶时气孔维持在晶界上或晶界交汇处。四．简答题（每题5分，共20分）1．简要描述滑石的晶体结构。（5分）2．简述电解质钠盐稀释泥浆的原理。（5分）3．简述粉体烧结的特征和表征烧结程度的指标。（5分）4．简述对陶瓷厂注坯泥浆的基本要求。（5分）五．计算题（每题10分，共20分）1．假设氧化铝、二氧化硅粉料生成莫来石为扩散控制过程，如何证明？固相反应Q为209KJ/mol，在14000℃时1小时内反应完成10%，在15000℃时1小时，反应进行到什么程度？在1500℃时，4小时又将完成多少？（10分）2．在1500℃时，MgO正常晶粒长大时观察到晶体在1小时内从1μm直径长大到10μm直径。如已知晶界扩散活化能为250KJ/mol，试预期在1600℃时，正常晶粒生长4小时后，晶粒尺寸将从1μm直径长到多大？如果加入0.2%的Al2O3（摩尔分数），1600℃保温4小时，晶粒尺寸将从1μm直径长到多大？（10分）

2005-2006学年第2学期无机材料科学基础3课程试卷B标准答案及评分标准上课班级：03材1，2班制定教师：涂军波审核人：考试时间：2006-7-6一．填空题（每空1分，共20分）1．架状2．晶格置换或晶格间的同晶置换；负电；破键机理；溶液的PH值3．层状硅酸盐4．重建型；位移型5．液相6．（饱和）蒸汽压差7．晶界移动8．浇注料可塑料、捣打料、喷补料、投射料、涂抹料（任意写出5个即可）9．二氧化硅、氧化钙、氧化钠（或SiO2、CaO、NaO）10．细而窄分布二．判断题（每题1分，共10分）1．-2．+3．+4．-5．+6．+7．+8．+9．+10．+三．单项选择题（每题3分，共30分）1．B2．D3．C4．A5．D6．A7．A8．D9．B10．A四．简答题（每题5分，共20分）1.（1）滑石是三八面体，三层型硅酸盐结构，两层[SiO4]四面体层夹一层[MgO4（OH）2]八面体层（1分）（2）各[SiO4]四面体彼此以三个角顶相连成六元环，（0.5分）[MgO4（OH）2]八面体彼此边边相连成六元环，（0.5分）[SiO4]四面体层与[MgO4（OH）2]八面体层共用一个顶角O2-相连接。（1分）（3）滑石复网层之间靠范德华力结合。（2分）2.（1）增大ξ电位，增厚水膜；（1分）天然粘土一般都吸附大量Ca2+、Mg2+、H+等阳离子，引入钠盐，用Na+交换Ca2+、Mg2+、H+，使之转换为ξ电位高及扩散层后的Na+-土；（1分）（2）“自由水”增加；（1分）一般粘土矿物在酸性介质中成矿，PH<7，板面带负电，边面带正电，形成片架状结构，水束缚于其中，自由水减少；（1分）加入电解质钠盐后，使板面、边面由静电引力变为静电斥力，片架状结构被打破，使原来封闭的“自由水”解放出来。（1分）3.粉体烧结的微观特征有：颗粒由点接触变为面接触直至形成晶界、气孔结构由贯通气孔变为闭气孔、气孔尺寸由大变小；（2分）粉体烧结的宏观特征为：体积收缩、致密度提高、强度增加等；（1分）烧结程度可以用坯体收缩率、气孔率、吸水率、相对密度等指标来衡量。（2分）4.（1）能保证泥浆在管道中无阻碍地输送至使用部位；（1分）（2）含水量要尽量减少，以降低干燥收缩；（1分）（3）泥浆要稳定，即不从泥浆中沉淀出任何组分；（1分）（4）水分扩散到石膏模中的速度要大，即形成坯料层的过滤性能良好；（1分）（5）形成的坯体要有足够的强度。（1分）五．计算题（每题10分，共20分）1．在不同温度下，测定不同的转化率G、t，带入杨德尔方程[1-（1-G）1/3]2=KJt，求出相应的KJ，以KJ-1/T作图，求出Q，若Q近似相等，即可判断为扩散控制过程。（4分）由杨德尔方程：[1-（1-G）1/3]2=KJt（1分）由题意将G1=10%t1=1hT1=1673KG2t2=1hT2=1773K带入杨德尔方程[1-（1-G1）1/3]2=KJ1t1=exp（-Q/RT1）t1（1分）[1-（1-G2）1/3]2=KJ2t2=exp（-Q/RT2）t2（1分）解得G2=15%（1分）同理，解得在1500℃4小时后，转化率为G3=28.42%（1分）即在1500℃1小时后反应完成了15%，1500℃4小时后反应完成了28.42%（1分）2.由晶粒正常生长公式：D2-D02=Kt（1分）将1500℃时，D1=10μm，D0=1μm，t1=1h1600℃时，D2，D0=1μm，t2=4h并考虑到K=K0exp（-Q/RT）等带入上面公式D12-D02=K1t1（=K0exp（-Q/RT1）t1）（1分）D22-D02=K2t2（=K0exp（-Q/RT2）t2）（1分）解得D2=31.3μm（1分）若加入0.2%的Al2O3后，晶粒生长公式变为：D3-D03=Kt（1分）将1600℃时，D3，D0=1μm，t3=4h带入则有D33-D03=K3t3（1分）而同在1600℃，K3=K2=245μm2/h（1分）D3=9.94μm或9.93μm（1分）即1600℃保温4小时后，晶粒直径长到31.3μm；（1分）加入0.2%的Al2O3，1600℃保温4小时后，晶粒直径长到9.94μm或9.93μm。（1分）

题号一二三四五六七总分得分一．填空题（每空1分，共10分）1．不含气相或气相可以忽略的系统称为。2．菲克第一定律适用于扩散过程；菲克第二定律适用于扩散过程。3．扩散的本质是。4．主要依赖热缺陷进行的扩散为扩散；主要依赖杂质缺陷进行的扩散为扩散。5．按热力学分类，相变分为相变和相变。6．析晶过程是由过程和过程所共同构成。二．判断题（正确的在括号内画“+”，错误的在括号内画“-”，每题1分，共10分）1．处于介稳态的物质由于在热力学上是不稳定的，所以实际上它们不能长期存在下去。（）2．从相图上仅能判断出在一定条件下体系所处的平衡状态，而不能判断达到该平衡状态所需要的时间。（）3．超纯物质在热力学上往往是不稳定的，具有吸收杂质的趋势。（）４．扩散质点总是由高浓度向低浓度方向进行的。（）5．质点按空位扩散结构进行扩散时，空位扩散活化能仅包括空位迁移能。（）6．在多组分体系中，组分之间的扩散差异只取决于组分本身的差异。（）7．晶体的熔化属于二级相变。（）8．析晶时系统的过冷度越大，越有利于形成晶核。（）9．当析出晶相组成和母相组成相同时，只要温度一定，则核化速率就一定。（）10．发生旋节分解时，分相达到平衡以前，两相组成不断向平衡组成连续变化。（）三．单项选择题（每题3分，共30分）1．关于相，以下哪种说法是错误的？（）A．相是指系统中具有相同物理物质和化学物质的均匀部分。B．同一物质的不同晶型具有相同的化学组成，所以它们是一相。C．形成机械混合物的物质有几种，就有几个相。D．几个组分间形成的固溶体，只算一相。2．对于三元凝聚系统中可能存在的平衡共存的相数为（）A．3B．4C．5D．无法确定3．相平衡的热力学条件是（）A．相平衡的热力学条件是任何一组分在各相中的化学位相等，并且每个相的自由焓最小。Ｂ.相平衡的热力学条件是任何一组分在各相中的化学位相等，并且系统的自由焓最小。Ｃ.相平衡的热力学条件只是任何一组分在各相中的化学位相等。Ｄ．相平衡的热力学条件是每个相的自由焓最小。4．对于具有体心立方格子特征的晶体，其晶体中质点跃迁时的有效跃迁几率是：（）A．1/6B．1/2C．1/3D．1/45．关于扩散系数通式中的几何因子，以下哪种说法是正确的？（）A．几何因子只包括了晶体结构对扩散系数的影响。B．几何因子只包括了扩散机构对扩散系数的影响。C．几何因子同时包括了晶体结构和扩散机构对扩散系数的影响。D．几何因子既没包括晶体结构对扩散系数的影响，也没包括扩散机构对扩散系数的影响。6．质点扩散的真正推动力是（）A．浓度梯度。B．应力场梯度。C．电磁场梯度。D．化学位梯度。7．关于马氏体相变，以下哪种说法是不正确的？（）A．马氏体相变是通过材料的一个分立体积的剪切作用进行的，由原子的协同位移完成。B．马氏体相变属于无扩散相变，相变后的化学组成和母体完全相同。C．马氏体相变没有一个特定的温度，而是在一个温度范围内完成的。D．马氏体相变过程中，系统的自由焓变化由体积自由焓变化和界面能两部分组成。8．关于亚稳分解，以下哪种说法是不正确的？（）A．在达到系统自由焓降低的分相以前，必须越过自由焓升高区。B．在整个相变过程中，第二相组成保持不变。C．亚稳分解时，质点由低浓度向高浓度进行扩散。D．分相所需时间长，动力学障碍大。9．关于临界晶核rk，以下哪种说法是错误的？（）A．rk值越小，表示新相越易形成。B．晶核的界面能降低，新相越易形成。C．相变热增加，新相越易形成。D．rk是新相在热力学上可以稳定存在的最小半径。10．以下系统中，哪个系统最不可能显示出稳定的液相不混溶性？A．MgO—SiO2B．CaO—SiO2C．SrO—SiO2D．BaO—SiO2四．推导出理想溶液的能斯特—爱因斯坦方程式。（10分）五．熔体析晶过程中，如果形成的晶核是边长为a的立方体，求出晶核临界立方体边长a*，和临界核化自由能ΔGa*。形成立方体晶核时，成核势垒与临界界面能有什么关系？（10分）六．已知二元相图，分别画出T1，T2温度时的自由焓—组成曲线。（每图5分，共10分）七．相图（20分）划分分三角形，用箭头标出界线上温度降低方向和界线性质，用相应字母表示三元无变点的性质（E—低共熔点、P—双升点、R—双降点、T——多晶转变点，凡过渡点均加下标t表示。）（10分）分析点m和点n的平衡冷却析晶过程。（6分）画出AC二元边的示意相图。（4分）

2005-2006学年第2学期无机材料科学基础-2课程试卷A标准答案及评分标准上课班级：03材1，2班制定教师：涂军波审核人：考试时间：2006-7-4一．填空题（每空1分，共10分）凝聚系统稳定；不稳定布郎运动或分子的热运动或分子的无规则运动本征；非本征一级；二级成核或晶核形成或晶核生成或核化；晶体长大或晶体生长或晶核生长或晶核长大或晶核成长二.判断题（每题1分，共10分）1．–2．+3．+4．–5．–6．+7．–8．–9．+10．+三.单项选择题（每题3分，共30分）1.B2.D3.B4.B5．C6.D7.D8.C9.D10.D四.如果有nimoli原子从化学位μi1扩散到μi2，则ΔG=niμi2-niμi1=niΔμi<0或ΔG=niμi2-niμi1=niΔμi（1分）设ni=1，则ΔG=Δμi(<0)对一微小的过程，则有dG/dx=dμi/dx<0或dG/dx=dμi/dx（1分）设一多组分体系中，i组分质点沿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。（1分）即Fi=-dμi/dx若对单个质点，则fi=-1/N0dμi/dx（1分）相应质点运动的平均速率ui正比于作用力fi即ui=Bifi=-Bi/N0dμi/dx（1分）Ji=ciui=-ciBi/N0dμi/dx（1分）而对于理想溶液有μi=μi0+RTlnxiJi=-ciBi/N0RTdlnxi/dx=-BikTdlnxi/dlnci·dci/dx（1分）而ci/c=xi，故Ji=-BikTdci/dx（1分）而Ji=-Didci/dx（1分）所以Di=BikT或Di*=BikT（1分）说明：若以1mol为基准推导出Di*=BiRT也判为正确。五．相变过程中系统自由焓的变化为ΔG=ΔG1+ΔG2=VΔGV+Aγ（2分）由题意，析出晶核是边长为a的立方体，且新相核数为n，则有：V=na3，A=6na2（1分）ΔG=na3ΔGV+6na2γ或ΔG=na3ΔHΔT/T0+6na2γ（1分）令d（ΔG）/da=3na2ΔGV+12naγ=0或d（ΔG）/da=3na2ΔHΔT/T0+12naγ=0（1分）则a*=-4γ/ΔGV或a*=-4γT0/ΔHΔT（1分）ΔG*=32γ3n/ΔGV2（2分）A*=6na*2=96γ2n/ΔGV2（1分）ΔG*=1/3A*γ或成核势垒等于临界界面能的三分之一。（1分）说明：若强调以析出一个立方体晶核为例进行推导，相应的各式中可没有n，也判正确。六．由相图画出自由焓-组成曲线（10分）评分标准：每图5分。相区标注出现一处错误或一处未标注扣1分；缺少对应关系或对应关系有误扣1分；坐标标注出现一处错误或一处未标注扣1分；图中一处固相点标注错误或未标注扣1分；公切线不规范扣1分。GAS0-1、2-3-GBS0用虚线或实线都正确，但GAS0-4-GBS0只能用虚线。七．相图（20分）评分标准：划分三角形正确得2分，但化分三角形出现错误本大题计为0分；标注三元无变量点性质共4分，标对1个得0.5分，标对8个即得4分。无变量点缺下标，出现多个雷同时，按1个正确给分；界线性质共4分，标对1条得0.5分，标对8条即得4分；m、n点析晶过程各3分。析晶过程分析时相平衡、自由度出现一处错误扣0.5分；AC边二元示意相图共4分。标注相区出现1处错误或未标注扣0.5分。m点的析晶过程：L→FL→F+G（L）+F→（L）+A+GL→A+GL→A+G+D液相点：m——→a——→Pt——————→Pt——→E1————→E1f=2f=1f=0f=1f=0FF+GA+GA+GA+G+D固相点：F——→F——→Fˊ——————→Fˊ——→Fˊˊ——→mn点的析晶过程：L→JL→J+CβL+J+Cβ→DL+J→DL→DL→D+CβL+Cβ→D+IL→D+IL+I→D+H液相点：n——→1——→R———→R——→4——→5——→P4———→P4——→P3———P3f=2f=1f=0f=1f=2f=1f=0f=1JJ+CβJ+Cβ+DJ+DDCβ+DCβ+D+ID+ID+I+H固相点：J——→J——→2————→3——→D——→D——→6————→7——→8——→9L→D+HL→D+H+B液相点：P3——→E2——→E2f=1f=0D+HD+H+B固相点：9——→10——→n

题号一二三四五总分得分一.填空（每空1分，共10分）1.不稳定扩散过程是指，该过程的动力学方程是。2.互扩散是指。3.高温亚稳区的条件是。4.高黏度亚稳区的条件是。5.BaO—SiO2系统中熔体过冷，若进入液相线下双液区则很难形成均质透明玻璃，原因是。6.一级相变的热力学特点是。7.三元不一致熔化合物加热发生不一致熔的情况有和两种。8．凝聚系统四元相图中自由度等于1的平衡状态应相共存。二．判断题（正确的在括号内画“+”，错误的在括号内画“-”，每题1分，共10分）1．处于介稳态的物质由于在热力学上是不稳定的，所以实际上它们不能长期存在下去。（）2．从相图上仅能判断出在一定条件下体系所处的平衡状态，而不能判断达到该平衡状态所需要的时间。（）3．超纯物质在热力学上往往是不稳定的，具有吸收杂质的趋势。（）４．扩散质点总是由高浓度向低浓度方向进行的。（）5．质点按空位扩散结构进行扩散时，空位扩散活化能仅包括空位迁移能。（）6．在多组分体系中，组分之间的扩散差异并不只取决于组分本身的差异。（）7．水变成冰属于一级相变。（）8．析晶时系统的过冷度越大，越有利于形成晶核。（）9．当析出晶相组成和母相组成不相同时，只要温度一定，则核化速率就一定。（）10．发生旋节分解时，分相达到平衡以前，两相组成不断向平衡组成连续变化。（）三．单项选择题（每题3分，共30分）1．关于相，以下哪种说法是正确的？（）A．相是指系统中只具有相同物理物质的均匀部分。B．同一物质的不同晶型具有相同的化学组成，所以它们是一相。C．不论形成机械混合物的物质有几种，它们都只能算一相。D．几个组分间形成的固溶体，只算一相。2．对于三元凝聚系统中可能存在的平衡共存的最大相数为（）A．3B．4C．5D．无法确定3．相平衡的热力学条件是（）A．相平衡的热力学条件是任何一组分在各相中的化学位相等，并且每个相的自由焓最小。Ｂ.相平衡的热力学条件是任何一组分在各相中的化学位相等，并且系统的自由焓最小。Ｃ.相平衡的热力学条件只是任何一组分在各相中的化学位相等。Ｄ．相平衡的热力学条件是每个相的自由焓最小。4．对于具有面心立方格子特征的晶体，其晶体中质点跃迁时的有效跃迁几率是：（）A．1/6B．1/2C．1/3D．1/45．关于扩散系数通式中的几何因子，以下哪种说法是错误的？（）A．几何因子包括了晶体结构对扩散系数的影响。B．几何因子包括了扩散机构对扩散系数的影响。C．几何因子同时包括了晶体结构和扩散机构对扩散系数的影响。D．几何因子既没包括晶体结构对扩散系数的影响，也没包括扩散机构对扩散系数的影响。6．质点扩散的真正推动力是（）A．浓度梯度。B．应力场梯度。C．电磁场梯度。D．化学位梯度。7．关于马氏体相变，以下哪种说法是不正确的？（）A．马氏体相变是通过材料的一个分立体积的剪切作用进行的，由原子的协同位移完成。B．马氏体相变属于无扩散相变，相变后的化学组成和母体完全相同。C．马氏体相变没有一个特定的温度，而是在一个温度范围内完成的。D．马氏体相变过程中，系统的自由焓变化由体积自由焓变化和界面能两部分组成。8．关于亚稳分解，以下哪种说法是正确的？（）A．在达到系统自由焓降低的分相以前，不须越过自由焓升高区。B．在整个相变过程中，第二相组成保持不变。C．亚稳分解时，质点由低浓度向高浓度进行扩散。D．分相所需时间短，动力学障碍小。9．关于临界晶核rk，以下哪种说法是错误的？（）A．rk值越小，表示新相越易形成。B．晶核的界面能降低，新相越易形成。C．相变热增加，新相越易形成。D．rk是新相在热力学上可以稳定存在的最小半径。10．以下系统中，哪个系统最不可能显示出稳定的液相不混溶性？()A．MgO—SiO2B．CaO—SiO2C．SrO—SiO2D．BaO—SiO2四.推导实际溶液的能斯特-爱因斯坦方程式。（10分）五．熔体析晶过程中，如果形成的晶核是半径为r的球形晶坯，求出晶核临界半径r*，和临界核化自由能ΔGr*。形成球形晶核时，成核势垒与临界界面能有什么关系？（10分）六．根据自由能-组成曲线推导相图（15分）

七.相图（15分）1.判断三元化合物N的性质。（2分）2.标出边界曲线的温度下降方向（转熔界线用双箭头）。（4分）3.指出无变点K、L、M的性质。（3分）4.分析点1，2的结晶路程（表明液固相组成点的变化及各阶段的相变化）（6分）

2005-2006学年第2学期无机材料科学基础-2课程试卷B标准答案及评分标准上课班级：03材1，2,班制定教师：涂军波审核人：考试时间：2006-7-4一．填空题（每空1分，共10分）扩散物质浓度分布随时间变化的扩散菲克第二定律或ψc/ψt=D（ψ2c/ψx2+ψ2c/ψy2+ψ2c/ψz2）或ψc/ψt=Dψ2c/ψx2在化学位梯度作用下组分之间的扩散。Iv=0，U≠0Iv=0，U=0发生了分相。两相的化学势相等但化学势的一级导数不相等。高温稳定低温分解；低温稳定高温分解4二.判断题（每题1分，共10分）1．–2．+3．+4．–5．–6．-7．+8．–9．-10．+三.单项选择题（每题3分，共30分）1.D2.B3.B4.C5.D6.D7.D8.B9.D10.D四．如果有nimoli原子从化学位μi1扩散到μi2，则ΔG=niμi2-niμi1=niΔμi<0或ΔG=niμi2-niμi1=niΔμi（1分）设ni=1，则ΔG=Δμi(<0)对一微小的过程，则