无机材料科学基础试卷5

一、名词解释（20分）：

1. 不一致熔融化合物，连线规则

答： 不一致熔化合物是一种不稳定的化合物，加热到一定温度会发生分解，分解产物是一种液相和一种固相，液相和固相的组成与化合物组成都不相同。（2.5分）

连线规则：将一界线（或其延长线）与相应的连线（或其延长线）相交，其交点是该界线上的温度最高点。（2.5分） 2. 非本征扩散，稳定扩散 非本征扩散：受固溶引入的杂质离子的电价和浓度等外界因素所控制的扩散。或由不等价杂质离子取代造成晶格空位，由此而引起的质点迁移。（2.5）

稳定扩散：若扩散物质在扩散层dx内各处的浓度不随时间而变化，即dc/dt=0。这种扩散称稳定扩散。（2.5分） 3. 非均匀成核, 一级相变

非均匀成核：是指借助于表面、界面、微粒裂纹器壁以及各种催化位置等而形成晶核的过程 一级相变：体系由一相变为另一相时，如两相的化学势相等但化学势的一级偏微商(一级导数)不相等的称为一级相变。（2.5） 4. 晶粒生长，二次再结晶

晶粒生长：平衡晶粒尺寸在不改变其分布的情况下，连续增大的过程。（2.5分） 二次再结晶：是少数巨大晶粒在细晶消耗时成核长大的过程。（2.5分） 5. 一致熔融化合物，三角形规则

答：一致熔融化合物是一

第一章 晶 体 结 构 基 础

1-1 定义下述术语，并注意它们之间的联系和区别： 晶系；点群；空间群；平移群；空间点阵

1-2 简述晶体的均一性、各向异性、对称性三者的相互关系。 1-3 列表说明七个晶系的对称特点及晶体定向规则。

1-4 四方晶系晶体a＝b，c＝1/2a。一晶面在X、Y．Z轴上的截距分别为2a, 3b和6c。给出该晶面的密勒指数。

1-5 在立方晶系中画出下列晶面：a）（001）b）（110）c）（111） 1-6 在上题所画的晶面上分别标明下列晶向：a(210) b(111) c(101) 1-7 立方晶系组成{111}单形的各晶面构成一个八面体，请给出所有这些晶面的密勒指数。

1-8 试在完整的六方晶系晶胞上画出（1012）晶面的交线及〔1120〕〔2113〕晶向，并列出{1012}晶面族中所有晶面的密勒指数。 1-9 a≠b≠c α=β=γ=90℃的晶体属什么晶系？

a≠b≠c α≠β≠γ≠90℃的晶体属什么晶系？ 你能否据此确定这二种晶体的布拉维点阵？

1-10 下图示正交面心格子中去掉上下底心后的结点排列情况。以图中的形状在三维空间无限重复，能否形成一空间点阵？为什么？

5.1试述影响置换型固溶体的固溶度的条件。 解：1. 离子尺寸因素

从晶体稳定性考虑，相互替代的离子尺寸愈相近，则固溶体愈稳定。若以r1和r2分别代表半径大和半径小的两种离子的半径。当它们半径差

< 15%时，形成连续置换型固溶体。若此值在15～30%时，可以形成有限置换型固溶体。而此值>30%时，不能形成固溶体。 2、晶体的结构类型

形成连续固溶体的两个组分必须具有完全相同的晶体结构。结构不同最多只能生成有限固溶体。 3、离子的电价因素

只有离子价相同或复合替代离子价总和相同时，才可能形成连续置换型固溶体。 4、电负性因素

电负性相近，有利于固溶体的生成。

5.2 从化学组成、相组成考虑，试比较固溶体与化合物、机械混合物的差别。

解：从化学组成、相组成考虑，固溶体、化合物和机械混合物的区别 列下表5-1比较之 。

表5-1 固溶体、化合物和机械混合物比较 （以AO溶质溶解在B2O3溶剂中为例）

比 较 固 溶 体 项 化学组B2-xAxO成 相组成 均匀单相 单相 两相有界面 (x =0～2) AB2O4 AO+B2O3 化 合 物 机 械 混 合 物 5.3试阐明固溶体、晶格缺陷和非化学计量化合物三者之间的异同点。列出简明表

第五章 固体表面与界面

5-1 名词解释

驰豫表面 重构表面 定向作用 诱导作用 色散作用 范德华力 润湿角 临界表面张力 粘附功 阳离子交换容量 聚沉值 触变性 滤水性 可塑性

5-2 何谓表面张力和表面能？在固态和液态这两者有何差别？

8

3

5-3 在石英玻璃熔体下 20cm处形成半径5×10 m的气泡，熔体密度为 2200kg/m，表面张力为0.29N/m，大气压力为1.01×105Pa，求形成此气泡所需最低内压力是多少？

5-4 （1）什么是弯曲表面的附加压力？其正负根据什么划分？（2）设表面张力为0.9J/m2，计算曲率半径为0.5μm、5μm的曲面附加压力？

－

5-5什么是吸附和粘附？当用焊锡来焊接铜丝时，用挫刀除去表面层，可使焊接更加牢固，请解释这种现象？

5-6在高温将某金属熔于Al2O3片上。（1）若Al2O3的表面能估计为1J/m2，此熔融金属的表面能也与之相似，界面能估计约为0.3J/m2，问接触角是多少？（2）若液相表面能只有Al2O3表面能的一半，而界面能是Al2O3表面张力的2倍，试估计接触角的大小？

5-7在 20℃及常压下，将半径

第五章 固体表面与界面

5-1 名词解释

驰豫表面 重构表面 定向作用 诱导作用 色散作用 范德华力 润湿角 临界表面张力 粘附功 阳离子交换容量 聚沉值 触变性 滤水性 可塑性

5-2 何谓表面张力和表面能？在固态和液态这两者有何差别？

8

3

5-3 在石英玻璃熔体下 20cm处形成半径5×10 m的气泡，熔体密度为 2200kg/m，表面张力为0.29N/m，大气压力为1.01×105Pa，求形成此气泡所需最低内压力是多少？

5-4 （1）什么是弯曲表面的附加压力？其正负根据什么划分？（2）设表面张力为0.9J/m2，计算曲率半径为0.5μm、5μm的曲面附加压力？

－

5-5什么是吸附和粘附？当用焊锡来焊接铜丝时，用挫刀除去表面层，可使焊接更加牢固，请解释这种现象？

5-6在高温将某金属熔于Al2O3片上。（1）若Al2O3的表面能估计为1J/m2，此熔融金属的表面能也与之相似，界面能估计约为0.3J/m2，问接触角是多少？（2）若液相表面能只有Al2O3表面能的一半，而界面能是Al2O3表面张力的2倍，试估计接触角的大小？

5-7在 20℃及常压下，将半径

第六章答案

6-1略。

6-2什么是吉布斯相律？它有什么实际意义？

解：相律是吉布斯根据热力学原理得出的相平衡基本定律，又称吉布斯相律，用于描述达到相平衡时系统中自由度数与组分数和相数之间的关系。一般形式的数学表达式为F＝C－P＋2。其中F为自由度数，C为组分数，P为相数，2代表温度和压力两个变量。应用相率可以很方便地确定平衡体系的自由度数。

6-3固体硫有两种晶型，即单斜硫、斜方硫，因此，硫系统可能有四个相，如果某人实验得到这四个相平衡共存，试判断这个实验有无问题？

解：有问题，根据相律，F=C-P+2=1-P+2=3-P，系统平衡时，F=0，则P=3，硫系统只能是三相平衡系统。

图6-1 图6-2

6-4如图6-1是钙长石（CaAl2Si2O）的单元系统相图，请根据相图回解：（1）六方、正交和三斜钙长石的熔点各是多少？（2）三斜和六方晶型的转变是可逆的还是不可逆的？你是如何判断出来的？（3）正交晶型是热力学稳定态？还是介稳态？

解：（1）六方钙长石熔点约1300℃（B点），正钙长石熔点约1180℃（C点），三斜钙长石的熔点约为1750℃（A点）。

（2）三斜与六方晶型的转变是可逆的。因为六方晶型加热到转变温度会转变

选择题

1．NaCl型结构中，Cl- 按立方最紧密方式堆积，Na+充填于（ B ）之中。

A、全部四面体空隙 B、全部八面体空隙 C、1/2四面体空隙 D、1/2八面体空隙 2．在析晶过程中，若?T较大，则获得的晶粒为（ A ）

A、数目多而尺寸小的细晶 B、数目少而尺寸大的粗晶 C、数目多且尺寸大的粗晶 D、数目少且尺寸小的细晶 3．在熔体中加入网络变性体会使得熔体的析晶能力（ c ）：

a.不变 b. 减弱 c. 增大

4．在烧结过程的传质方式中，不会使坯体致密的是（ a ）

a. 扩散传质 b. 溶解-沉淀传质 c. 蒸发-凝聚传质 d. 流动传质 5．过冷度愈大，临界晶核半径（ c ）相应的相变（ e ）

a. 不变 b. 愈大 c. 愈小 d. 愈难进行 e. 愈易进行 f. 不受影响 6．从防止二次再结晶的角度考虑，起始粒径必须（ c ）

a. 细 b. 粗 c. 细而均匀 d. 粗但均匀

7．根据晶界两边原子排列的连贯性来划分，在多晶体材料中主要是(

《材料科学基础》

课程设计报告

设计题目 ： 水泥制品的设计 学生姓名 ： 何祥涛 学 号 ： 1020560126

指导老师姓名： 朱国平 所 属 院(系)： 化学生物与材料科学学院 专 业 班 级 ： 材料化学（1）班 课程设计时间 ： 2013 年 1 月 8日

课程设计的总结报告

一．课程设计的基本任务

结合钙铝硅三元相图，通过查阅资料了解水泥生产工艺，设计并确定原料配

方和烧成冷却温度制度。

二．课程设计的基本要求

1．读懂并分析钙铝硅三元相图，尤其是高钙部分。

2．硅酸盐水泥熟料由C2S、C3S、C3A、C4AF四种矿物组成，根据三角形规则，确定配料点。根据你的配料，写出相关析晶过程。 3．常用的水泥生料的主要成分是CaO、Al2O3、SiO2、Fe2O3，因为Fe2O3含量低，并入Al2O3一起考虑，设计水泥材料生料化学组成。 4．查阅相关资料，画出水泥生产工艺流程图。

5．硅酸盐水泥生产所采用的原料是：石灰石、粘土以及校正原料，在报告中提出配料计算大致过程。

6．根据你设计的配料确定烧成和冷却温度制度，并探讨你的烧成和冷却温度制度对你的产品性能可能产生的

测试十

一、名词解释（共60分，每小题3分）

1．色散力

2．静电键强度

3．类质同晶现象

4．反结构

5．压电效应

6．铁电效应

7．结构水

8．触变性

9．本征缺陷

10．色心

11．螺型位错

12．混合碱效应

13．逆性玻璃

14．不一致熔融化合物

15．穿相区现象

16．矿化剂

17．二级相变

18．非均态成核

19．初次再结晶

20．扩散传质

二、计算（共40分）

1．氯化铯（CsCl）结构中，已知离子半径：Cs＋为0.182nm，Cl－为0.155nm；原子量：Cs为132.91，Cl为35.45。请计算球状离子所占据的空间分数（堆

积系数）及CsCl晶体的密度。假设Cs＋和Cl－离子沿立方对角线接触。（10分）

2．ZnO为六方晶系，a＝0.324nm，c＝0.520nm，每个晶胞中含2个 ZnO分子，测得两种情况下ZnO晶体的密度分别为 5.740 g/cm3和 5.606g/cm3，求这

两种情况下各产生什么型式的固溶体？已知原子量：Zn为65.39，O为16.00。（10分）

3．MgO熔点TM＝ 2800℃，空位形成能E＝6ev。欲使Mg2＋在MgO中的扩散直至MgO的熔点都是非本征扩散，要求MgO中三价杂质离子有什么样的浓

《材料科学基础》 试卷Ⅴ

一、选择题（每题2分，共20分） 1．能进行攀移的位错可能是 A

A．弗兰克位错 B. 肖克莱位错 C. 螺型全位错

2. 对Fe-Cr-C三元合金进行渗碳的反应扩散，则该合金中不能出现 C A. 单相区 B. 两相区 C. 三相区 3. 如下说法哪个是正确的， C A. 形成点缺陷所引起的熵的变化使晶体能量增加 B. 晶体总是倾向于降低点缺陷的浓度

C. 当点缺陷浓度达到平衡值时，晶体自由能最低 4. 位错线上的割阶一般通过 A 形成。 A．位错的交割 B.交滑移 C. 孪生

5. 金属镁的单晶体处于软取向时塑变量可达100%-200%，但其多晶体的塑性很差，其主要原因是： C

A. 镁多晶体的晶粒通常较粗大 B. 镁多晶体通常存在裂纹

C. 镁滑移系通常较少 D. 因为镁是BCC结构，所以脆性大 6. 层错和不完全位错之间的关系是： D A. 层错和不完全位错交替出现 B. 层错和不完全位错能量相同 C. 层错能越高，不完全位错伯氏矢量的模越小

D. 不完全位错总是出现在层错和完整晶