南京工业大学硕士材料科学基础真题2008年

试卷十四

2008年攻读硕士学位研究生入学考试试题 考试科目：材料物理化学

用专业：材料学、材料物理与化学、材料加工工程 一、是非题

1．在宏观晶体中进行对称操作时晶体的中心点是不动的。 2．晶面在三个坐标轴上的截距之比一定为一简单的整数比。 3．微观对称要素的核心是平移轴。 4．螺位错的位错线平行于滑移方向。

5．玻璃在常温下能长期稳定存在，因而它是热力学稳定态。 6．化学组成不同的晶体其结构也一定不同。 7．相图表示的是体系的热力学平衡状态。

8．有序一无序转变是指晶体与非晶体之间的转变。

9．大多数固相反应是由界面上的化学反应速度所控制的。 10．烧结是一个包含了多种物理和化学变化的过程。 11．在低温时，一般固体材料中发生的扩散是本征扩散。

12．在固液界面的润湿中，增加固体表面的粗糙度，就一定有利于润湿。 13．扩散过程的推动力是浓度梯度。

14．硅酸盐熔体的粘度随碱金属氧化物含量的增加而迅速增大。 15．烧结过程的推动力是晶界能大于表面能。 二、选择题

1．在尖晶石(MgAl2O3)结构中，O2-作立方密堆，Mg2+离子填入______。 a．1/2的四面体空隙 b．1/2的八面体空隙 c．1/8的四面体空隙 d．1/8的八面体空隙

2．在正交晶系中，可能存在的空间格子类型为______。 a．P，I．C b．P，I，F c．P，C，F d．P，F，I，C 3．高岭石属于层状硅酸盐结构，其结构特征是______。 a．二层型三八面体结构 b．三层型三八面体结构 c．二层型二八面体结构 d．三层型二八面体结构

4．在非化学计量化合物Cd1+xO中存在的非化学计量结构缺陷类型是______。

a．阴离子空位 b．阳离子空位 c．阴离子填隙 d．阳离子填隙 5．在各种层状硅酸盐结构中，晶胞参数相近的是______。 a．a0和b0 b．a0和c0 c．c0和b0 d．c0

6．离子晶体通常借助表面离子的极化变形和重排来降低其表面能，对于下列离子晶体的表面能，最小的是______。

a．CaF2 b．PbF2 c．Pbl2 d．BaSO4 e．SrSO4 7．熔体是______的混合物。

a．相同聚合度的聚合物和游离碱 b．不同聚合程度的各种聚合物 c．各种低聚物 d．各种高聚物

8．与玻璃形成温度Tg相对应的粘度为______。

a．108dPa·s b．1010dPa·s c．1011dPa·s d．1013dPa·s

9．在扩散系数的热力学关系中，称为扩散系数的热力学因子。在非理想混合体系中：

当扩散系数的热力学因子＞0时，扩散结果使溶质______； 当扩散系数的热力学因子＜0时，扩散结果使溶质______。 a．发生偏聚 b．浓度不改变 c．浓度趋于均匀

10．在烧结过程中，只改变气孔形状而不引起坯体收缩的传质方式是______。

a．扩散传质 b．流动传质

c．蒸发一凝聚传质 d．晶界扩散

11．在固相反应的计算中，金斯特林格方程比杨德尔方程的适用范围宽，两者最大的差别是______。

a．计算方法不同

b．前者以不稳定扩散方程求解 c．几何模型不同

12．在三元凝聚系统相图中，若存在有n条界线，则此相图中存在的连线数必是______。

a．(n+1)条 b．(n-1)条 c．n条 d．没有 三、填充题

1．鲍林规则适用于 (1) 晶体结构。 2．晶体的本质是 (2) 。

3．选取空间点阵的单位平行六面体时，其首要原则是 (3) 。 4．同质多晶现象是指 (4) 。

5．空间群为Fm3m的晶体具有 (5) 结构。

6．粘土泥浆胶溶的条件是 (6) 、 (7) 和 (8) 。

7．菲克第一定律适用于求解 (9) ；菲克第二定律适用于求解 (10) 。 8．扩散的空位机构是指 (11) 。

9．玻璃具有下列通性： (12) 、 (13) 、 (14) 和 (15) 。

10．本征扩散是由 (16) 而引起的质点迁移，本征扩散的活化能由 (17) 和 (18) 两部分组成，扩散系数与温度的关系式为： (19) 。

11．由于 (20) 的结果，必然会在晶体结构中产生“组分缺陷”，组分缺陷的浓度主要取决于： (21) 和 (22) 。

12．烧结的主要传质方式有 (23) 、 (24) 、 (25) 和 (26) 四种。这四种传质过程的△L/L与烧结时间的关系依次为 (27) 、 (28) 、 (29) 和 (30) 。

四、名词解释(任选四题，如果全做只取前四题) 1．晶胞

2．一级相变

3．弗仑克尔(Frenker)缺陷 4．连线规则 5．均匀成核 6．烧结

五、计算题(任选三题，如果全做只取前三题)

1．试计算Na2O·caO·Al2O3·2SiO2玻璃的四个结构参数Z、R、X和Y。

2．试写出20mol%YF3掺杂到CaF2中的缺陷反应方程式，并从结晶化学的观点讨论其合理性；同时写出对应的固溶式。

3．具有面心立方结构的AB型化合物晶体，该AB化合物的分子量为26，测得其密度为2.6g/cm3，据此计算AB晶体的晶胞参数。

4．某一粉末压块，其粉末平均粒径为2μm，烧结至最高温度保温0.5h，测得晶粒尺寸为10μm，试问若保温2h，晶粒尺寸多大?为抑制晶粒生长加入0.1%晶粒生长抑制剂，若也保温2h，晶粒尺寸有多大?

六、论述题(任选三题，如果全做只取前三题)

1．简述形成连续置换型固溶体的条件是什么，并举两个例子。

2．试以NaCl晶胞为例，说明面心立方密堆中的八面体空隙和四面体空隙的位置和数量。

3．何为马氏体相变?并简述马氏体相变的结晶学特征。

4．何为晶粒生长与二次再结晶?简述造成二次再结晶的原因和防止二次再结晶的方法。

七、A-B-C三元相图如图14-1所示。

1．划分分三角形。

2．标出界线的性质(共熔界线用单箭头，转熔界线用双箭头)。 3．指出化合物S的性质。

4．说明E、H点的性质，并列出相变式。

5．分析M点的析晶路程(表明液、固相组成点的变化，并在液相变化的路径中注明各阶段的相变化和自由度数)。

标准答案 一、

1．√；2．√；3．√；4．√；5．×；6．×；7．√；8．×；9．×；10．×；11．×；12．×； 13．×； 14．×；15．×

二、

1．c；2．d；3．c；4．d；5．a；6．c；7．b；8．d；9．c、a； 10．c； 11．c； 12．c

三、

1．(1) 离子

2．(2) 质点在三维空间成周期性重复排列

3．(3) 单位平行六面体的对称性应符合整个空间点阵的对称性

4．(4) 化学组成相同的物质在不同的热力学条件下，形成结构不同的晶体 5．(5) 面心立方结构

6．(6) 介质呈碱性；(7) 一价碱金属阳离子交换原来的阳离子，(8) 阴离子的聚合作用

7．(9) 稳态扩散；(10) 不稳定扩散

8．(11) 晶格中存在空位时，以空位迁移作为媒介的质点扩散方式

9．(12) 各向同性；(13) 介稳性；(14) 转换过程是可逆与渐变的；(15) 转化时性质变化连续

10．(16) 本征热缺陷所产生的空位；(17) 空位形成能；(18) 质点迁移

能；(19)

11．(20) 不等价离子的掺杂；(21) 掺杂量；(22) 固溶度

12．(23) 蒸发一凝聚传质；(24) 扩散传质；(25) 流动传质；(26) 溶解

一沉淀传质；(27) ；(28) ；(29) ；(30)

四、

1．晶胞：晶胞是指能充分反映晶体结构特征的最小结构单位。

2．一级相变：相变时两相的化学势相等，但化学势的一阶偏微商不相等，发生一级相变时有相变潜热和体积的变化。

3．弗仑克尔(Frenker)缺陷：当晶格热振动时，一些能量足够大的原子离开其平衡位置，而挤到晶格的间隙中，形成问隙原子，并在原正常格点上留下空位。

4．连线规则：在三元系统中如果相邻两个相区(初晶区)的界线(或其延长线)与其相应的连线(或其延长线)相交，则此交点是该界线上的温度最高点。

5．均匀成核：是指晶核从均匀的单相熔体中产生的几率处处相同。 6．烧结：一种或多种固体粉末经过成形，在加热到一定温度后开始收缩，在低于熔点温度下变成致密、坚硬的烧结体，这种过程称为烧结。或：由于固体中分子(或原子)的相互吸引，通过加热，使粉末体产生颗粒粘结，经过物质的迁移、扩散使粉末体产生强度，并导致密化和再结晶的过程称为烧结。

五、

1．Z=4；R=9/4=2.25；X=0.5；Y=3.5。

2．

Ca0.8Y0.2F2.2

Ca0.7Y0.2F2

3．晶胞中Z=4，1mol中AB数为2.6/26×N0=6.02×1022； 晶胞数=6.02/4×1022=1.5×1022；

1.5×1022V=1.5×1022a3=1021nm3，因此a=0.41nm。

2

4．根据D=kt，d1=20μm； 根据D3=kt，d2=16μm。 六、

1．形成连续置换型固溶体的条件是：离子尺寸因素，相互替代的两种离子的半径差(r1-r2)/r1＜15%；两个组分必须具有完全相同的晶体结构类型；只有离子价相同或复合取代离子价总和相同时，才能形成连续置换型固溶体；电负性与极化性质相近。例：PbTiO3-PbZrO3、钠长石一钾长石、MgO-NiO等。

-+

2．在NaCl结构中Cl为面心立方密堆，Na处于全部的八面体空隙中。如NaCl晶胞中心的Na+处于6个Cl一的八面体中心，NaCl晶胞中全部的八面体的位置和数量：晶胞中心1个，每条棱的中点处也为八面体空隙位置，共有12个，属于该晶胞的这种空隙数为12×1/4=3个，因此NaCl晶胞中共有4个八面

-体空隙。NaCl晶胞中的四面体空隙处于晶胞的体对角线方向上，由角顶Cl和相邻三条棱中的点Cl-构成四面体空隙，也就是8个小立方体的中心，共有8个四面体空隙。

3．晶体在外加应力的作用下通过晶体的一个分立体积的剪切作用，以极其迅速的速度而进行的相变称为马氏体相变，马氏体相变是固态相变的基本形式之一。马氏体相变的结晶学特征有：相变时新相与母相之间具有严格的取向关系，靠切变维持共格关系，并存在一个习性平面，在相变前后保持既不扭曲变形也不旋转的状态，在宏观上是连续的。

4．晶粒生长是无应变的材料在热处理时，平均晶粒尺寸在不改变其分布的情况下，连续增大的过程。在坯体内晶粒尺寸均匀地生长，晶粒生长时气孔都维持在晶界上或晶界交汇处。二次再结晶是少数巨大晶粒在细晶消耗时的一种异常长大过程，是个别晶粒的异常生长。二次再结晶时气孔被包裹到晶粒内部，二次再结晶还与原料粒径有关。

造成二次再结晶的原因：原料粒径不均匀，烧结温度偏高，烧结速率太快。防止二次再结晶的方法：控制烧结温度、烧结时间，控制原料粒径的均匀性，引入烧结添加剂。

七、

1．划分成2个分三角形，如图14-2所示。

2．如图14-2所示。

3．S：不一致熔二元化合物。 4．E：低共熔点LE→A+C+S f=0 H：单转熔点LH+B→S+C f=0

5．液相：

固相：B→S→S→d→M

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