武汉理工大学材料科学基础历年考研真题

武汉理工大学

武汉理工大学2010年研究生入学考试试题

课程名称 材料科学基础

一、基本概念（30分）

空间利用率和空隙填充率；位错滑移和位错爬移；玻璃网络形成体和玻璃网络外体；穿晶断裂和蠕变断裂；应力腐蚀和晶间腐蚀；初次在结晶和二次在结晶；均态核化和非均态核化；矿化剂。

二、作图题（10分）

1. 在面心立方晶胞中标示出质点以ABCABC。。。规律重复的堆积方式。（5分） 2.画出面心立方晶胞中质点在（111）晶面上的投影图。（5分）

三、绿宝石Be3Al2[Si6O18]上半个晶胞在（0001）面上的投影图如图1所示，整个晶胞的结构按照标高50处的镜面经反映即可得到。根据图1回答下列问题：（20分） 1.绿宝石的硅氧比为多少？硅氧四面体组成的是什么结构？（4分）

2.Be和Al分别与周边什么标高的几个氧配位？构成的配位多面体是什么？它们之间又是如何连接的？（8分）

3.用Pauling的连接规则说明标高65的氧电价是否平衡？（4分）

4.根据结构说明绿宝石热膨胀系数不高、当半径小的Na+存在时，在直流电场下具有显著离子电导的原因。（4分）

图1 绿宝石晶胞

四、A-B-C三元系统相图如图1所示。根据相图回答下列问题：（25分）

1.在图上划分副三角形、用剪头表示界线上温度下降方向方向及界线的性质；（8分） 2.判断化合物S1S2的性质；（2分）

3.写出各三元无变量点的性质及其对应的平衡关系式；（5分） 4.写出熔体1、2在完全平衡冷却下的冷却结晶过程；（10分）

第4题图

五、假设自组成为18Na2O10CaO72SiO2(wt%)和8Na2O4CaO88SiO2(wt%)两种熔体中，均态成核析出石英相。（15分）

1.设形成晶核为球形，两者相变时除去界面能外单位体积自由焓ΔGv的变化相同，请推导熔体结晶时的核化势垒和临界晶核半径；（5分）

2.考虑到两熔体组成及表面张力的差异，试比较两者的临界晶核半径的大小并解释其原因；（5分）

3.假设新相的晶核形成后，新相长大的速率均取决于溶质原子在熔体中的扩散，在外界条件均相同的情况下，试比较两种熔体石英相的长大速率，并解释其原因；（5分）

六、晶体结构缺陷（15分） 1.CaO形成肖特基缺陷，写出其缺陷反应方程式，并计算单位晶胞CaO的肖特基缺陷数（已知CaO的密度是3.0克/厘米3，其晶格参数是0.481nm）；（4分）

2.CsCl溶入MgCl2中形成空位固溶体，并写出固溶体的化学式；（3分）

3.Al2O3掺入到MgO中，写出二个合理的方程，并判断可能成立的方程是哪一个？写出其固溶体的化学式；（5分）

4.根据2和3总结杂质缺陷形成规律。（3分）

七、根据玻璃的形成条件，对SiO2、K2O SiO2、 K2O2 SiO2三种物质形成玻璃的难易程度、热膨胀系数、电导率和熔融温度的大小进行排序，并说明理由。（15分）

八、选做题：下列3题中任选1题（20分）

1.试简要说明原始粉料的粒度、物料活性、添加物、气氛、压力等因素对烧结的影响规律。 2.已知Al2O3和SiO2粉末形成莫来石反应由扩散控制，实验在恒定温度下进行，当反应进行1小时的时候，测知已有15%的反应物起了反应。（1）分别用杨德方程、金斯特林格方程计算完全反应的时间。（2）试判断哪个结果更接近实际情况？为什么？（3）若要加速莫来石的生产可以采取什么有利措施？至少举出一种措施。

属表面的渗碳属于恒定源扩散，其浓度分布曲线为 。

3.金

已知碳在800度时扩散进入钢表面一下0.1厘米深度出需要10小时。已知碳原子在面心立方铁中的扩散活化能为137522J/mol。（1）如果希望在5小时内达到同样的深度，该渗碳过程应在多少温度下进行？（2）现希望在钢表面以下0.2厘米深度处具有相同的碳原子浓度，有人建议在相同的热处理温度下延长时间至20小时，这种方法可行吗？为什么？（3）如果热处理时间保持10小时不变，你还能提出什么措施达到与（2）同样的目的？具体该如何进行？

武汉理工大学

武汉理工大学2011年研究生入学考试试题

课程名称 材料科学基础

一、（30分）立方ZnS是立方晶系，根据其晶胞图（图1）回答下列问题：

1、画出ZnS晶胞在(001)面上的投影图；在晶胞图上画出（111）晶面和[111]晶向（建立坐标系）；

2、何种离子做何种密堆积？晶胞中有哪几种空隙，空隙利用率分别是多少？何种离子填何种空隙？

3、晶胞分子数是多少？结构中各离子的配位数为多少，写出其配位多面体； 4、结构中S2-电价是否饱和，为什么？

5、对于大多数晶体来说，结合力的性质是属于综合性的，请指出Zn-S键的键性并说明原因；

6、像立方ZnS这类晶体（质点的堆积可以近似地认为是刚性球体的堆积，服从最紧密堆积原理），如何揭示、理解晶体的微观结构及其与晶体性质的关系？

图1 立方ZnS晶胞结构 图2 成核速率和生长速率与过冷度的关

系

二、（10分）图2为晶体的成核速率和生长速率与过冷度的关系，请根据图解释玻璃形成

的动力学条件。并针对成核速率u解释u-T之间的关系，说明为何会有极值的出现。

三、（15分）比较PbF2，PbI2和CaF2的表面能大小，当用Ca2+和F-依次置换PbI2中的

Pb2+和I-离子时，相应的表面能和硬度及表面双电层的厚度该如何变化，为什么？

四、（10分）在A－B二元系中，组元A具有体心立方结构，熔点为1000℃；组元B具有

面心立方结构，熔点为800℃。在500℃存在一个恒温转变： 设室温下A、B二个组元互不溶解，试回答：

1、绘出概略的相图。

2、指出SA(B)、SB(A)固溶体的晶体结构类型。

五、（25分）根据图3所示A－B－C三元系统投影图回答下列问题： 1、指出化合物S的性质。

2、用箭头标出各界线的温度下降方向及性质。 3、指出各无变量点的性质，并写出其平衡关系。

4、分析熔体M在平衡条件下的冷却结晶过程（用路径图表示）。

5、图中哪个组成的三元混合物熔点最低？并用线段比表示出其组成。

图3 A－B－C三元系统相图

六、（15分）试讨论从室温到熔融温度范围内，氯化锌添加剂（10-6mol%）对NaCl单晶

中所有离子（Na和Cl）扩散能力的影响。在什么温度范围内Na的本征扩散占优势？（NaCl的Schttky缺陷形成能E=2.3eV） 七、（10分）已知铜的熔点Tm＝1083℃，熔化热△H＝1628J/cm3，固液界面能γ＝1.77×10

－52

J/cm，铜为面心立方晶体，点阵常数a＝0.3615nm。

1、当液态金属铜过冷至853℃进行均态形核时，求临界晶核半径和每个临界晶核的原子数

（设晶核为球形）。

2、若为非均态形核，求临界球冠的原子数。（设形成球冠的高度为h＝0.2R，球冠体积

，R为球冠半径）

八、（10分）实践证明，少量添加物常会明显地改变烧结速度，其中原因之一可能是因为

添加物与烧结物形成固溶体。为什么与烧结物能生成固溶体的添加物能促进烧结？在Al2O3烧结中，通常加入少量TiO2或Cr2O3促进烧结。当加入TiO2时，烧结温度可以更低。请解释原因（用缺陷方程来表示）。 九、（15分）MgO和Al2O3反应制备MgAl2O4时，预先在界面上埋入标志物然后让其进行反应。已知nm，nm。

2+3+

1、如果反应是由Mg和Al互扩散进行的，而氧离子不发生迁移，标志物的位置将如何变化？

2、当只有Al3+向MgO扩散时，情况又如何？

3、假设热力学条件允许，在哪些情况下标志物将向MgO移动？（至少答出一种）

十、（10分）对于MX型离子晶体（大球为X离子，1价），由于热起伏可能产生如图4

所示的 2 种缺陷，请指出这2种缺陷分别是何种缺陷，各自的特征是什么？写出缺陷反应方程式。

（a） （b）

图4 热缺陷产生示意图

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/9uqw.html