無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)試卷111

無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)試卷十一一、名詞解釋（20分）：1.液相獨(dú)立析晶，切線規(guī)則本征擴(kuò)散，不穩(wěn)定擴(kuò)散，均勻成核，二級(jí)相變,燒結(jié)，泰曼溫度二、選擇題（12分）：1.陶瓷經(jīng)燒結(jié)后在宏觀上的變化表述不正確的是（）A.強(qiáng)度增加B.體積收縮C.氣孔率降低D.致密度減少2.在反應(yīng)溫度下，當(dāng)固相反應(yīng)的某一相發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變時(shí)，反應(yīng)速度是（）A.無影響B(tài).加快C.減慢 3.表面擴(kuò)散系數(shù)Ds，界面擴(kuò)散系數(shù)Dg，晶格擴(kuò)散系Db的關(guān)系是（）A.Ds﹥Dg﹥DbB.Ds﹥Db﹥DgC.Db﹥Ds﹥DgD.Db﹥Dg﹥Ds4.下列屬于逆擴(kuò)散過程的是（）A.二次再結(jié)晶B.雜質(zhì)的富集于晶界C.布朗運(yùn)動(dòng)5.A，B進(jìn)行反應(yīng)生成AmBn,為擴(kuò)散控制的固相反應(yīng)，若DB》DA，則在AmBn-A界面上，反應(yīng)物B的濃度CB為（）A.1B.0C.不確定6.燒結(jié)中晶界移動(dòng)的推動(dòng)力是（）A.表面能B.晶界兩側(cè)自由焓差C.空位濃度差7.同一種物質(zhì)在晶體中的擴(kuò)散系數(shù)（）在玻璃中的擴(kuò)散系數(shù)A．大于B．等于C．小于D．不確定8.金斯特林格方程采用的反應(yīng)截面模型為（）A.平板B.球體C.球殼D.圓柱9.下列過程中，哪一個(gè)能使燒結(jié)體的強(qiáng)度增加而不引起坯體收縮？A.蒸發(fā)-凝聚B.體積擴(kuò)散C.流動(dòng)傳質(zhì)D.溶解-沉淀10.純固相反應(yīng)，反應(yīng)過程是（）A.放熱過程B.等溫過程C.吸熱過程11.在制造透明Al2O3陶瓷材料時(shí)，原料粉末的粒度為2μm，在燒結(jié)溫度下保溫30分鐘，測(cè)得晶粒尺寸為10μm。若在同一燒結(jié)溫度下保溫4小時(shí)，晶粒尺寸為（）,為抑制晶粒生長加入0.1％MgO，此時(shí)若保溫4小時(shí)，晶粒尺寸為（）。A.16μmB.20μmC.24μmD.28μm三、填空題（18分）1.燒結(jié)的主要傳質(zhì)方式有蒸發(fā)-凝聚傳質(zhì)、擴(kuò)散傳質(zhì)、流動(dòng)傳質(zhì)和溶解-沉淀傳質(zhì)四種，產(chǎn)生這四種傳質(zhì)的原因依次為（）、（）、（）和（）。2.均勻成核的成核速率Iv由（）和（）因子所決定的。

3.菲克第一定律的應(yīng)用條件是（），菲克第二定律的應(yīng)用條件是（）4.液-固相變過程的推動(dòng)力為（）、（）和（）。5.

固體內(nèi)粒子的主要遷移方式有（）、（）。6.如雜質(zhì)的量增加，擴(kuò)散系數(shù)與溫度關(guān)系曲線中本征與非本征擴(kuò)散的轉(zhuǎn)折點(diǎn)（）。7.合成鎂鋁尖晶石，可選擇的原料為MgCO3,MgO,γ-Al2O3,α-Al2O3,從提高反應(yīng)速率的角度出發(fā)選擇（），（）原料較好。8.在均勻成核時(shí)，臨界成核位壘ΔGk=（）,其值相當(dāng)于（）具有臨界半徑rk的粒子數(shù)nk/N=（）。9.液-固相變時(shí)，非均勻成核位壘與接觸角θ有關(guān)，當(dāng)θ為（）時(shí)，非均勻成核位壘為零。10.成核生長機(jī)理的相變過程需要有一定的過冷或過熱，相變才能發(fā)生，在（）情況下需要過冷。11.在制硅磚時(shí)，加入氧化鐵和氧化鈣的原因（），能否加入氧化鋁（）。12.在液相線以下的分相區(qū)的亞穩(wěn)區(qū)內(nèi)，其分解機(jī)理為（），新相成（）狀，不穩(wěn)定區(qū)的分解機(jī)理為（），新相成（）狀。四、簡答題（32分）MoO3和CaCO3反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)機(jī)理受到CaCO3顆粒大小的影響，當(dāng)MoO3：CaCO3=1：1，rMoO3=0.036㎜,rCaCO3=0.13㎜時(shí),反應(yīng)是擴(kuò)散控制的。當(dāng)MoO3：CaCO3=1：15，rCaCO3﹤0.03㎜時(shí)，反應(yīng)由升華控制，試解釋這種現(xiàn)象。（8分）試用圖例說明過冷度對(duì)核化、晶化速率和晶粒尺寸等的影響，如無析晶區(qū)又要使其析晶應(yīng)采取什么措施？（8分）3．簡述晶粒生長與二次再結(jié)晶的特點(diǎn)，以及造成二次再結(jié)晶的原因和控制二次再結(jié)晶的方法。（10分）4.說明影響擴(kuò)散的因素？（6分）五、相圖分析（18分）右圖為生成一個(gè)三元化合物的三元相圖，判斷三元化合物D的性質(zhì)，說明理由？標(biāo)出邊界曲線的溫降方向（轉(zhuǎn)熔界限用雙箭頭）；指出無變量點(diǎn)的性質(zhì)（E、F、G）；分析點(diǎn)M1，M2的結(jié)晶路程；計(jì)算M2點(diǎn)液相剛到結(jié)晶結(jié)束點(diǎn)和結(jié)晶結(jié)束后各相的含量。無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)試卷十一標(biāo)準(zhǔn)答案與評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)一、名詞解釋（15分）：1．答：液相獨(dú)立析晶：是在轉(zhuǎn)熔過程中發(fā)生的，由于冷卻速度較快，被回收的晶相有可能會(huì)被新析出的固相包裹起來，使轉(zhuǎn)熔過程不能繼續(xù)進(jìn)行，從而使液相進(jìn)行另一個(gè)單獨(dú)的析晶過程，就是液相獨(dú)立析晶。（2.5）切線規(guī)則：將界線上某一點(diǎn)所作的切線與相應(yīng)的連線相交，如交點(diǎn)在連線上，則表示界線上該處具有共熔性質(zhì)；如交點(diǎn)在連線的延長線上，則表示界線上該處具有轉(zhuǎn)熔性質(zhì)，遠(yuǎn)離交點(diǎn)的晶相被回吸。2．答：本征擴(kuò)散：空位來源于晶體結(jié)構(gòu)中本征熱缺陷，由此而引起的質(zhì)點(diǎn)遷移。（2.5）不穩(wěn)定擴(kuò)散：擴(kuò)散物質(zhì)在擴(kuò)散層dx內(nèi)的濃度隨時(shí)間而變化，即dc/dt≠0。這種擴(kuò)散稱為不穩(wěn)定擴(kuò)散。（2.5分）3．答：均勻成核是晶核從均勻的單相熔體中產(chǎn)生的過程。（2.5分）相變時(shí)兩相化學(xué)勢(shì)相等，其一級(jí)偏微商也相等，但二級(jí)偏微商不等的相變。（2.5分）4．答：燒結(jié)：由于固態(tài)中分子（或原子）的相互吸引，通過加熱，使粉末體產(chǎn)生顆粒粘結(jié)，經(jīng)過物質(zhì)遷移使粉末體產(chǎn)生強(qiáng)度并導(dǎo)致致密化和再結(jié)晶的過程。（2.5）泰曼溫度：反應(yīng)物開始呈現(xiàn)顯著擴(kuò)散作用的溫度。（2.5）二、選擇題（12分）：每題1分1.D2.B3.A4.B5.B6.B7.C8.B9.A10.A11.D,B三、填空題（18分）（每空0.7分）1.壓力差、空位濃度差、應(yīng)力-應(yīng)變和溶解度；2.受核化位壘影響的成核率因子、受原子擴(kuò)散影響的成核率因子3.穩(wěn)定擴(kuò)散、不穩(wěn)定擴(kuò)散4.過冷度、過飽和濃度、過飽和蒸汽壓5.

空位機(jī)構(gòu)、間隙機(jī)構(gòu)6.向左7.MgCO3、α-Al2O38.1/3Akγ、新相界面能的1/3、exp（-ΔGk/RT）9.0o10.相變過程放熱11.作為礦化劑，產(chǎn)生不同晶型石英溶解度不同的液相，不能12.成核-生長機(jī)理、孤立的球形顆粒、旋節(jié)分解區(qū)（Spinodale）、高度連續(xù)性的非球形顆粒。五、簡答題（32分）1（8分）．答：當(dāng)MoO3的粒徑r1為0.036mm，CaCO3的粒徑r2為0.13mm時(shí),CaCO3顆粒較大且大于MoO3，生成的產(chǎn)物層較厚，擴(kuò)散阻力較大，所以反應(yīng)由擴(kuò)散控制，反應(yīng)速率隨著CaCO3顆粒度減小而加速，（4分）當(dāng)r2<r1時(shí)存在過量CaCO3，由于產(chǎn)物層變薄，擴(kuò)散阻力減小，反應(yīng)由MoO3粒徑升華控制，并隨著MoO3粒徑減小而加劇。（4分）2．（8分）答：過冷度過大或過小對(duì)成核與生長速率均不利，只有在一定過冷度下才能有最大成核和生長速率。（2分）若ΔT大，控制在成核率較大處析晶，易得晶粒多而尺寸小的細(xì)晶；（1分）若ΔT小，控制在生長速率較大處析晶則容易獲得晶粒少而尺寸大的粗晶；（1分）如果成核與生長兩曲線完全分開而不重疊，則無析晶區(qū)，該熔體易形成玻璃而不易析晶；若要使其在一定過冷度下析晶，一般采用移動(dòng)成核曲線的位置，使它向生長曲線靠攏。可以用加人適當(dāng)?shù)暮嘶瘎?，使成核位壘降低，用非均勻成核代替均勻成核。使兩曲線重疊而容易析晶。（2分）要使自發(fā)析晶能力大的熔體形成玻璃，采取增加冷卻速度以迅速越過析晶區(qū)的方法，使熔體來不及析晶而玻璃化。（2分）3．（10分）答：晶粒生長：坯體內(nèi)晶粒尺寸均勻地生長，服從Dl∝d／f公式；平均尺寸增長，不存在晶核，界面處于平衡狀態(tài)，界面上無應(yīng)力；晶粒生長時(shí)氣孔都維持在晶界上或晶界交匯處。（3分）二次再結(jié)晶是個(gè)別晶粒異常生長，不服從上式；二次再結(jié)晶的大晶粒的面上有應(yīng)力存在，晶界數(shù)大于10的大晶粒，成為二次再結(jié)晶的晶核；二次再結(jié)晶時(shí)氣孔被包裹到晶粒內(nèi)部。（3分）從工藝控制考慮，造成二次再結(jié)晶的原因主要是原始粒度不均勻、燒結(jié)溫度偏高。（2分）防止二次再結(jié)晶的最好方法是引入適當(dāng)?shù)奶砑觿?，它能抑制晶界遷移，有效地加速氣孔的排除；控制燒結(jié)溫度；選擇原始粒度的均勻原材料。（2分）4．（6分）答：化學(xué)鍵：共價(jià)鍵方向性限制不利間隙擴(kuò)散，空位擴(kuò)散為主。金屬鍵離子鍵以空位擴(kuò)散為主，間隙離子較小時(shí)以間隙擴(kuò)散為主。（1分）

缺陷：缺陷部位會(huì)成為質(zhì)點(diǎn)擴(kuò)散的快速通道，有利擴(kuò)散。（1分）

溫度：D=D0exp（-Q/RT）Q不變，溫度升高擴(kuò)散系數(shù)增大有利擴(kuò)散。Q越大溫度變化對(duì)擴(kuò)散系數(shù)越敏感。（1分）

雜質(zhì)：雜質(zhì)與介質(zhì)形成化合物降低擴(kuò)散速度；雜質(zhì)與空位締合有利擴(kuò)散；雜質(zhì)含量大本征擴(kuò)散和非本征擴(kuò)散的溫度轉(zhuǎn)折點(diǎn)升高。（1分）

擴(kuò)散物質(zhì)的性質(zhì)：擴(kuò)散質(zhì)點(diǎn)和介質(zhì)的性質(zhì)差異大利于擴(kuò)散。（1分）

擴(kuò)散介質(zhì)的結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)緊密不利擴(kuò)散。（1分）六、相圖分析（18分）右圖為生成一個(gè)三元化合物的三元相圖，判斷三元化合物D的性質(zhì)，說明理由？不一致熔融三元化合物，因其組成點(diǎn)不在其初晶區(qū)內(nèi)。（1分）標(biāo)出邊界曲線的溫降方向（轉(zhuǎn)熔界限用雙箭頭）；見圖（3分）指出無變量點(diǎn)的性質(zhì)（E、F、G）；（3分）E：單轉(zhuǎn)熔點(diǎn)F：低共溶點(diǎn)G：單轉(zhuǎn)熔點(diǎn)分析點(diǎn)M1，M2的結(jié)晶路