[精品]材料科學基礎考試題

1、1. 熔體：介于氣體和固體之間的一種物質狀態(tài)，它具有流動性和各向同性，和氣體相似，但又具有較大的凝聚力和很小的壓縮性和固體相似。2. 吸附：固體和液體表面存在大量不飽和鍵的原子和離子，它們都能吸引外來的原子，離 子，分子，這一現(xiàn)象稱為吸附。3. 粘土的可塑性：當粘土與適當比例的水混合均勻制成泥團，該泥團受到高于某一個數(shù)值剪切應力作用后，可以塑造成任何形狀，當去除應力泥團能保持其形狀，這種性質稱為可塑性。4. 粘土的觸變性：泥漿靜止不動時似凝固體，一經擾動或搖動，凝固的泥漿又重新獲得流動性。5. 擴散：在一個相內因分子或原子的熱激活運動導致成分混合或均勻化的分子動力學過程。6. 固相反應 廣義：

2、凡是有固相參與的化學反應。狹義：常指固體與固體間發(fā)生化學反應生成新固體產物的過程。7. 燒結：壓制成型后的粉狀物料在低于熔點的高溫作用下、通過坯體間顆粒相互粘結和物質傳遞，氣孔排除，體積收縮，強度提高、逐漸變成具有一定的幾何形狀和堅固整體的過程。&二次再結晶：坯體中少數(shù)大晶粒尺寸的異常增加，其結果是個別晶粒的尺寸增加，這是區(qū)別于正常的晶粒長大的。9. 計算SiO2 （石英玻璃）的網絡參數(shù)？解：Si4+ 離子的配位數(shù) Z=4,R=0/Si=2/l=2,貝U X=2R-Z=0, Y=2Z-2R=4,說明結構中所有的氧離子都是橋氧，四面體的所有頂角都被共用，玻璃結構網絡強度達到最大10. 一

3、種玻璃的組成試 80%SiO 2和20%Na2O,試計算其非橋氧百分數(shù)。解：將玻璃組成由質量百分數(shù)換算成摩爾百分數(shù)。質量百分數(shù)摩爾數(shù)摩爾百分數(shù)慮=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非橋氧百分數(shù) =y X100% =可立 X100=21.5%+ X-A + 0.482 2Y-表示一個橋氧分屬兩個四面體共有。211. 有兩種不同配位的玻璃，其組成如下（質量百分數(shù)）：序號Na2OA1 2O3SiO211020702201070

4、試用玻璃結構參數(shù)說明兩種玻璃高溫下粘度的大??？解：將玻璃組成由質量百分數(shù)換算成摩爾百分數(shù)NO.Na2OAI2O3SiO2Y質量摩爾質量摩爾質量摩爾11010.62012.97076.52.7222020.4106.27073.43.66十玻璃Na20/AI 203= <1所以A嚴在玻璃中起網絡變性離子的作用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+在玻璃中起網絡形成離子的作用“20.4 + 6.2x3 +人2 =2.17 X2 = 2x2.

5、17=0.3473.4 + 6.2x2場=4-0.34=3.6673.4x2因而嶺 < 旳Rl>R2即2#玻璃橋氧分數(shù)大于1#但O/Si比小于訃玻璃，可以判斷在高溫下1#溶體粘度小于2#12.MgO A12O3SiO2系統(tǒng)的低共熔物放在Si3N4陶瓷片上，在低共熔溫度下，液相的表面張力為900xl0 3N/m,液體與固體的界面能為600xW 3N/m,測得接觸角為70.52 °1）求SisM的表面張力。把Si3叫在低共熔溫度下進a行熱處理,測試其熱腐蝕的槽角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. 雙點層，NaCl雙電層構造，形成和影響因素對于離子晶體，表面離子失去外層離子后破壞了靜電平衡，由于極化作用，造成雙電層效 型離子晶體在表面力的作用下，離子的極化變形與位移重排過程。從晶格點陣排 作用力較大，極化率小的正離子應處于穩(wěn)定的晶格位置，為降低表面能 趨于對稱，因而 M+在內部質點

7、作用下向晶體內靠攏，而易極化的 向外側，從而形成表面雙電層。14. 說明吸附的本質？吸附是固體表面力場與吸附分子發(fā)岀的力場相互作用的結果，它是發(fā)生在固體上的。根據(jù) 力的性質不同，可分為物理吸附和化學吸附兩種。物理吸附：由分子間引力引起的，這時吸附物分子與吸附劑晶格可看作是兩個分立的系統(tǒng)。 附：伴隨有電子轉移的鍵合過程，這時應把吸附分子與吸附劑晶格作為一個統(tǒng)一的15. 什么是晶界結構？答：晶界結構是指晶界在多晶體中的形狀、結構和分布。應。MX列的穩(wěn)定性考慮，,各離子周圍作用能應盡量X-受誘導極化偶離子排斥而被推相互作用化學吸系統(tǒng)來處理。16.由實驗測得膠體粒子是荷電的，試從理論上分析膠粒荷電的原

8、因?答：粘土粒子板面上的負電荷：(1)粘土晶格內離子的類質冋晶置換造成電價不平衡使之板面上帶負電。(2)吸附在粘土表面的腐殖質離解而產生的負電荷。PH不同，導致粘土粒子帶粘土粒子邊棱上的正電荷：粘土粒子沿垂直層方向斷鍵時，由于不同的電荷，當在 PH<6酸性介質中時，粘土邊棱帶正電荷。綜上所述：粘土的正電荷和負電荷的代數(shù)和就是粘土的凈電荷，由于粘土的負電荷一般都 遠遠大于正電荷，因此粘土都帶有凈負電荷。17. 畫圖解釋粘土的電動電位彳BCA-B-吸附層，B-C擴散層，E-熱力學電位a+V電動電位）一吸附層與擴散層之間電位差KL +de+A B1&已知：A-B-C三元系統(tǒng)相圖如下，試

9、回答下列問題寫岀各化合物性質；畫岀此相圖的副三角形？并說明根據(jù)是什么？用箭頭表示界線溫度下降方向及各界線性質，并說明根據(jù)什么？判斷各無變量點性質，并寫岀相應相平衡關系式，并說明根據(jù)什么？畫岀熔體p的冷卻析晶路線；熔體 P的最終析晶產物是什么，開始析晶產物是什么？根據(jù)什么判斷？S:不一至熔二元化合物；E:不一至熔三元化AACE, AAES, AESB, EBC;根據(jù)三角形化規(guī)則見圖；根據(jù)連線規(guī)則和切線規(guī)則。3點：單轉熔點厶 3 + S <=> E + B ；4點：雙轉熔點厶 4 + 4 + SE ；5點：單轉熔點厶 5 + A E + C ；6點：低共熔點LeOE + C + B ；

10、根據(jù)重心規(guī)則見圖最終析晶產物：E+B+C,根據(jù)系統(tǒng)組成點在哪個副三角形內最終析晶產物為這個三角形三個頂點所代表的物質；開始析晶產物為：A,根 據(jù)系統(tǒng)組成點在哪個初晶區(qū)，就開始析岀該初晶區(qū)對應的物質。19. 說明影響擴散的因素？化學鍵：共價鍵方向性限制不利間隙擴散，空位擴散為主。金屬鍵離子鍵以空位擴散為主，間隙離子較小時以間隙擴散為主。缺陷：缺陷部位會成為質點擴散的快速通道，有利擴散。溫度：D=DOexp （-Q/RT） Q 不變，溫度升高擴散系數(shù)增大有利擴散。Q越大溫度變化對擴散系數(shù)越敏感。雜質：雜質與介質形成化合物降低擴散速度；雜質與空位締合有利擴散；雜質含量大本征擴散和非本征擴散的溫度轉折

11、點升高。擴散物質的性質：擴散質點和介質的性質差異大利于擴散擴散介質的結構：結構緊密不利擴散。20. 指岀圖中的固體擴散的微觀機構，請排岀擴散的難易程度，并解釋原因?0*0答：空位擴散；（b）間隙擴散；（c）準間隙擴散;（d）易位擴?Q,散；（e）環(huán)形擴散。從易到難的順序為：空位擴散間隙擴散準間隙擴散環(huán)形擴散易位擴散。對于離子晶體來說，負離子做緊密堆積，正離子填空隙，處于晶格位置的粒子勢能最低，所以說易位擴散所需活化能最大，在擴散過程是最 難的；環(huán)形擴散，是正離子互相配合一起運動，在理論上可能的，但在實際擴散機構中正 離子之間要同時運動，也需要較大活化能；準間隙擴散是間隙內的離子將正常格點的離子

12、 擠岀，需要較大活化能；在間隙位置和空位處的粒子勢能較高，故空位擴散所需活化能最 小，因而空位擴散是最常見的擴散機理，其次是間隙擴散。21. 粒徑為lgm球狀A12O3由過量的MgO微粒包圍，觀察尖晶石的形成，在恒定溫度下，第一個小時有20%的AI2O3起了反應，計算完全反應的時間？（1）用楊德爾方程計算；（2）用金斯特林格方程計算；解：(=旦 將 tl=ih, Gi=20%, G 2=100% 代入上式中，求得t2=194.6h 1-(1-G2)32陸2 21-qG-(1-GJ? Kf(2) =將 ti=lh, Gi=20%, G 2=100% 代入上式中，求得 t2=68h1-|G2-(1

13、-G2r 弧22. 試比較楊德爾方程、金斯特林格方程的優(yōu)缺點及適用條件？丄楊德爾方程F2(G) = (1-(1-G) j)2=a2?存在的問題：由于楊德爾在推導過程中，把球形反應面作為平面處理，反應開始或反應產物層很薄時還可以，但隨時間延長，反應產物層厚度增加，不合適。測定產物量往往是重量，只有當反應物與反應產物體密相等時，計算轉化率才準確。(重量比=體積比 ) 楊德爾方程適用范圍：反應產物層較薄，轉化率較小，反應初期，反應物密度和產物密度相等時適用。2 -金斯特林格方程 F <( G) = 1 - §G - (1 - G) 3 = K, / 局限性 :沒有考慮反應物密度和產物

14、密度的差別，在推導過程中認為重量比 =體積比適用范圍：擴散控制的過程轉化率大時，金斯特林格方程與實際相符產物密度與反應物密度相等。23. 影響固相反應因素反應物化學組成的影響反應物顆粒及均勻性的影響反應溫度的影響(4)壓力和氣氛的影響 (5)反應物活性的影響 (6)礦化劑及其他影響因素24. 簡要敘述蒸發(fā)一凝聚燒結機理及其特點？機理：由于顆粒表面各處的曲率不同，按開爾文公式可知，各處相應的蒸氣壓大小也不同。故質點容易從高能階的凸處 (如表面 ) 蒸發(fā)，然后通過氣相傳遞到低能階的凹處 (如頸部 ) 凝結，使顆粒的接 觸面增大，顆粒和空隙形狀改變而使成型體變成具有一定幾何形狀和性能的燒結體。特點：燒結時頸部區(qū)域擴大，球的形狀改變?yōu)闄E圓，氣孔形狀改變，但球與球之間的中心距不變，也就是在這種傳質過程中坯體不發(fā)生收縮，氣孔形狀的變化對坯體的一些宏觀性質有可觀的影響，但不影響坯體密度25. 分析二次再結晶過程對材料性能有何種影響？答：二次再結晶發(fā)生后，由于個別晶粒異常長大，氣孔進入晶粒內部，成為孤立閉氣孔，不易排除，使燒結速率降低甚至