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武汉理工材料科学基础考研大纲

武汉理工材料科学基础考研大纲
武汉理工材料科学基础考研大纲

材料科学基础大纲

目录

第二章晶体结构 (1)

2.1 结晶学基础 (1)

2.2 结合力与结合能 (1)

2.3 堆积(记忆常识) (1)

2.4 单质晶体结构(了解) (2)

2.5 无机化合物结构(重点每年必考) (2)

2.6 硅酸盐晶体结构 (3)

第三章晶体结构缺陷 (5)

3.1 结构缺陷类型 (5)

3.2 点缺陷 (5)

3.5 固溶体 (6)

3.6 非化学计量化学物 (7)

第四章非晶态结构与性质 (8)

4.2 熔体的性质 (8)

4.3 玻璃的形成 (8)

第五章表面结构与性质 (9)

5.1 固体表面及其结构 (9)

5.3 润湿与黏附 (10)

第六章相图(必考) (12)

第七章扩散 (13)

7.1 菲克定律(重点) (13)

7.5 多元系统的扩散 (13)

7.6 影响扩散的因素 (14)

第八章相变 (14)

8.1 相变概述 (14)

8.2 成核生长相变 (15)

第九章固态反应 (17)

9.1 概论 (17)

9.3 反应动力学 (17)

9.5 影响因素 (19)

第十章烧结 (20)

10.1 概述 (20)

10.2 烧结过程及机理 (20)

10.4 再结晶和晶粒长大 (20)

10.7 影响因素 (21)

第十一章腐蚀 (21)

第十二章疲劳与断裂 (22)

第二章 晶体结构

2.1 结晶学基础

1、概念:晶体:晶体是内部质点在三维空间成周期性重复排列的固体,即晶体

是具有格子构造的固体。

晶胞 :晶胞是从晶体结构中取出来的反映晶体周期性和对称性的最小

重复单元。

晶胞参数:胞的形状和大小可以用6个参数来表示,此即晶格特征参

数,简称晶胞参数。

七大晶系:布拉菲(Bravais )依据晶胞参数之间关系的不同,把所有

晶体划归为7类,即7个晶系。

晶面指数:结晶学中经常用(hkl )来表示一组平行晶面,称为晶面指

数。数字hkl 是晶面在三个坐标轴(晶轴)上截距的倒数的

互质整数比。

晶面族 :晶体结构中原子排列状况相同但不平行的两组以上的晶面,构成一个晶面族。

晶向指数:用[uvw]来表示。其中u 、v 、w 三个数字是晶向矢量在参考

坐标系X 、Y 、Z 轴上的矢量分量经等比例化简而得出。

晶向族:晶体中原子排列周期相同的所有晶向为一个晶向族,用〈uvw 〉

表示。

2、晶面指数和晶向指数的计算

2.2 结合力与结合能

按照结合力性质不同分为物理键和化学键

化学键包括离子键、共价键、金属键

物理键包括范德华键、氢键

晶体中离子键共价键比例估算(公式2.16)

1%=4

A B 离子键()1-exp (X -X )轾-犏犏臌式中x A 、x B 分别为A 、B 元素的电负性值。 离子晶体晶格能:1摩尔离子晶体中的正负离子,由相互远离的气态结合成离子

晶体时所释放出的能量。

2.3 堆积(记忆常识)

1、最紧密堆积原理:晶体中各离子间的相互结合,可以看作是球体的堆积。球

体堆积的密度越大,系统的势能越低,晶体越稳定。此即

球体最紧密堆积原理。

适用范围:典型的离子晶体和金属晶体。

原因:该原理是建立在质点在电子云分布呈球形对称以及无方向性的基础上2、两种最紧密堆积方式:面心立方最紧密堆积ABCABC

密排六方最紧密堆积ABABAB

系统中:每个球周围有6个八面体空隙 8个四面体空隙

N个等径球体做最紧密堆积时系统有2N个四面体空隙N个八面体空隙

八面体空隙体积大于四面体空隙

3、空间利用率:晶胞中原子体积与晶胞体积的比值(要学会计算)

两种最紧密堆积方式的空间利用率为74.05﹪(等径球堆积时)

4、影响晶体结构的因素

内因:质点相对大小(决定性因素)

配位数。配位数:一个原子(或离子)周围同种原子(或异号离子)的数目

为原子(或离子)的配位数,用CN来表示。

极化。离子紧密堆积时,带电荷的离子所产生的电场,必然要对另一个离子的电子云产生吸引或排斥作用,使之发生变形,这种现象称为极化。影

响:极化会导致离子间距离缩短,离子配位数降低,同时使变形的电子

云相互重叠,使键性由离子键向共价键过渡,最终使晶体结构类型发生

变化。

外因(了解):同质多晶

类质多晶

同质多晶转变

2.4 单质晶体结构(了解)

2.5 无机化合物结构(重点每年必考)

分析结构从以下几个方面入手:晶胞分子数,何种离子做何种堆积,何种离子添隙,添隙百分比,正负离子配位数,正负离子电价是否饱和,配位多面体,添隙半径的计算(刚好相切时),隙结构与性质的关系。

1、NaCl型:4个NaCl分子 Cl离子做面心立方密堆积,Na离子填充八面体空隙,填充

率100﹪,正负离子配位数均为6,电价饱和。【NaCl6】或【ClNa6】八面体

结构与性能:此结构在三维方向上键力均匀,因此无明显解理,破碎后呈颗

粒状,粒为多面体形状。离子键结合,因此有较高的熔点和硬度。

2、立方ZnS结构:4个ZnS分子S离子做面心立方密堆积,Zn离子填充四面体空隙填充

率50﹪,离子配位数均为4,电价饱和,【ZnS4】四面体

画投影图(图2.26)注意:一定要画虚线,一定要标高,一定要有图

例(白球黑球代表什么离子)

3、萤石(CaF2)结构:(唯一正离子做堆积的结构)4个CaF2分子 Ca 离子做面心立方

密堆积,F 离子填充四面体空隙,填充率100﹪。正离子配位数

为8,负离子配位数为4,电价饱和,【CaF8】或【FCa4】

结构与性能:与NaCl 相比,综合电价和半径因素,萤石质点间

键力比NaCl 强,表现为萤石硬度熔点密度高于NaCl 而水中溶解

度低于NaCl 。由于萤石结构中有一半的立方体空隙没有被Ca 离

子填充,所以在{111}面网方向上存在毗邻的同号离子层,其静

电斥力起主要作用,导致晶体在平行与{111}面网方向上易发生

解理,因此萤石常呈八面体解理。碱金属氧化物R2O 为反萤石结

构,它们的正负离子位置刚好跟萤石结构中相反,性质相似,在

{111}面网方向上也易发生解理。

4、钙钛矿CaTiO3结构(每年必考):Ca 离子占据八个顶点,O 占据六个面的面心,Ti

离子位于体心。Ca 和O 共同做面心立方密堆积。

Ti 离子占据八面体空隙的1/4。晶胞分子数1,配

位数:Ca 12,Ti 6,O 6,O 电价饱和。理想情况

下半径关系)A O B O r r r r ++(会推导)

结构与性能的关系:电价饱和,晶体结构稳定。

5、自发极化与铁电效应:(每年必考)

自发极化:对于理想晶体而言,如果不存在外电场时,单位晶胞中的正负电

荷不重合,具有一定的偶极矩,这种现象称为自发极化。

产生自发极化的条件:离子位移后使离子固定在新位置上的力应该大于位移

后的恢复力。

BaTiO3具有铁电效应而CaTiO3不具有铁电效应的原因:

要有铁电效应必须能够产生自发极化。Ba 离子半径比较大,使得晶胞参数也

比较大,从而使得结构中【TiO6】八面体空隙比较大,Ti 与O 之间有比较大

的空隙,可以克服恢复力,可以发生自发极化。而CaTiO3中由于Ca 离子半

径小,使得晶胞参数也比较小,从而使结构中【TiO6】八面体空隙比较小,

甚至小于Ti 离子尺寸,位移后恢复力很大,不能在新位置上固定下来,从而

不能产生自发极化,没有铁电效应。

2.6 硅酸盐晶体结构

硅酸盐晶体基本结构单元是【SiO4】四面体。

硅酸盐晶体各种结构的共同特点(4条58页)

(1)构成硅酸盐晶体的基本结构单元[SiO4]四面体。Si-O-Si键是一条夹角不等的折线,一般在145o左右。

(2)[SiO4]四面体的每个顶点,即O2-离子最多只能为两个[SiO4]四面体所共用。

(3)两个相邻的[SiO4]四面体之间只能共顶而不能共棱或共面连接。

(4)[SiO4]四面体中心的Si4+离子可部分地被Al3+ 所取代。

镁橄榄石结构中,O2-离子近似于六方最紧密堆积排列,Si4+离子填

于四面体空隙的1/8;Mg2+离子填于八面体空隙的1/2。每个[SiO4]

四面体被[MgO6]八面体所隔开,呈孤岛状分布。

结构与性质的关系:结构中每个O2-离子同时和1个[SiO4]和3个[MgO6]相

连接,因此,O2-的电价是饱和的,晶体结构稳定。由于Mg-O键和Si-O键都

比较强,所以,镁橄榄石表现出较高的硬度,熔点达到1890℃,是镁质耐火材

料的主要矿物。同时,由于结构中各个方向上键力分布比较均匀,所以,橄榄

石结构没有明显的解理,破碎后呈现粒状。

组群状:桥氧:有限四面体群中连接两个Si4+离子的氧称为桥氧

绿宝石结构:绿宝石的基本结构单元是由6个[SiO4]四面体组成的六节环,六

节环中的1个Si4+和2个O2-处在同一高度,环与环相叠起来。图中粗黑线的六

节环在上面,标高为100,细黑线的六节环在下面,标高为50。上下两层环错开

30o投影方向并不重叠。环与环之间通过Be2+和Al3+离子连接。

链状:单链,双链

层状:单网层,复网层,水镁(铝)石层

滑石:沿C轴方向的复网层,两个硅氧层夹一层水镁石层,三八面体。结构与性质的关系:层内电价饱和,层间通过分子间力结合,有解理。

蒙脱石:复网层,结构与性质的关系:C轴长度随含水量而变化。

第三章 晶体结构缺陷

3.1 结构缺陷类型

缺陷(概念):晶体点阵结构中周期性势场的畸变

按照几何形态分类:点,线,面,体

点缺陷包括:空位,间隙,杂质,色心

线缺陷有:位错

面缺陷有:晶界,表面

按照缺陷产生原因分类:热缺陷(本征缺陷),杂质缺陷和非化学计量缺陷(非

本征缺陷)

热缺陷分为弗伦克尔缺陷和肖特基缺陷(理解图3.2)(弗伦克尔缺陷的特征是 空位和间隙质点成对出现,肖特基缺陷特征是正负离子空位成对出现。)

3.2 点缺陷

(重点为缺陷反应方程式的书写以及缺陷浓度的计算)

符号,书写原则,98页下面的两个基本规律

点缺陷的符号表征:Kroger-Vink 符号,空位(vacancy )用V 来表示,间隙原子

(interstitial )亦称为填隙原子,用Mi 、Xi 来表示, 错位原子 错位原子用MX 、XM 等表示,自由电子(electron )与电子空穴 (hole )分别用e ,和h ·来表示

基本规律:低价正离子占据高价正离子位置时,该位置带有负电荷,为了保持电

中性,会产生负离子空位或间隙正离子。

高价正离子占据低价正离子位置时,该位置带有正电荷,为了保持电中性,会产生正离子空位或间隙负离子。

缺陷反应方程式的一般式:基质杂质产生的各种缺陷揪

揪揪? 当晶体中剩余空隙比较小,如NaCl 型结构,容易形成肖特基缺陷;当晶体中剩 ② 表面位置 (间隙小/结构紧凑)

① 间隙位置 (结构空隙大)

Frenkel 缺陷 M X: Schottky 缺陷

余空隙比较大时,如萤石CaF2型结构等,容易产生弗仑克尔缺陷。

热缺陷浓度的计算:热力学方法,

化学平衡方法

3.5 固溶体

固溶体:将外来组元引入晶体结构,占据主晶相质点位置一部分或间隙位置一部

分,仍保持一个晶相,这种晶体称为固溶体。

分类:根据位置分为置置换型固溶体,间隙型固溶体

固溶度分为有限固溶体(不连续固溶体),无限固溶体(连续固溶体) 形成置换固溶体的条件(4条)

1. 原子或离子尺寸的影响Hume Rothery 经验规则

2、晶体结构类型的影响

3、离子类型和键性

4、电价因素

形成间隙型固溶体的条件

1 杂质质点大小。即添加的原子愈小,易形成固溶体,反之亦然。

2 晶体(基质)结构。 离子尺寸是与晶体结构的关系密切相关的,在

一定程度上来说,结构中间隙的大小起了决定性的作用。一般晶体中

空隙愈大,结构愈疏松,易形成固溶体。

3 电价因素。外来杂质原子进人间隙时,必然引起晶体结构中电价的

不平衡,这时可以通过生成空位,产生部分取代或离子的价态变化来

保持电价平衡。

为什么间隙固溶体不能是连续固溶体(149页最下面)?

形成间隙式固溶体时,—般都使晶格常数增大,增加到一定的程度,使固溶 体变成不稳定而离解,所以填隙型固溶体不可能是连续的固溶体。

会写方程式

理论密度计算,化学式的确定

1、理论密度计算

W d V

理(含有杂质的)固溶体的晶胞质量理论密度晶胞体积= 计算方法1)先写出可能的缺陷反应方程式;

2)根据缺陷反应方程式写出固溶体可能的化学式

3)由化学式可知晶胞中有几种质点,计算出晶胞中i 质点的质量:

i i i i Wi N 的晶胞分子数实际所占分数的原子量质点质量阿佛加德罗常数创= 据此,计算出晶胞质量W :1

n i W Wi ==?

3.6 非化学计量化学物

(要仔细看课本,理解)

四种类型不再赘述,关键是要导出方程式,得出空位浓度,电子浓度与氧压力和 温度的关系,并说明其与密度,导电性的关系。另外注意N 型半导体与P 型半导 体

第四章非晶态结构与性质

4.2 熔体的性质

1、粘度:粘度是流体(液体或气体)抵抗流动的量度。F=ηS dv/dx

物理意义:指单位接触面积、单位速度梯度下两层液体间的内摩擦力。

影响因素:对于硅酸盐晶体而言,熔体中聚合阴离子团越大粘度越大,反之亦然。因此影响粘度的因素就是影响聚合阴离子团大小的因素,

主要有温度和添加剂。

温度对粘度的影响:由于温度升高,聚合阴离子团将解聚为较小

的阴离子团,因此温度升高主要使粘度变小。

添加剂对粘度的影响:通常碱金属氧化物的加入使粘度变小(需

要理解并能够用自己的话详细说明)二价金属氧化物有两重性,

但主要使粘度降低。(需要理解并能够用自己的话详细说明)高价

金属氧化物使粘度增大(需要理解并能够用自己的话详细说明)

硼反常现象(重点):由于硼离子配位数变化引起性能曲线上出现

转折的现象。当三氧化二鹏含量较少时使粘度增加,当三氧化二

鹏含量较多时使粘度下降(需要理解并能够用自己的话详细说明)2、表面张力:(概念)熔体表面的质点受到内部质点的吸引力比表面层空气介质

的引力大,因此表面层质点有趋向于熔体内部并使表面积有尽量

收缩的趋势,结果就在表面切线方向上有一种缩小表面的力作用

着,这个力即表面张力。σ

(物理意义)作用于表面单位长度上与表面相切的力,单位N/m.

表面能:将熔体与另一相接触的相界面上(一般另一相指空气),在恒温、恒压条件下增加一个单位表面积时所做的功,称为比表面能,简称

表面能,单位为J/㎡.

影响因素:温度:温度升高,质点热运动增加,体积膨胀,相互作用松弛,表面张力降低。

添加物:一般说O/Si愈小,熔体中复合阴离子团愈大,e/r值变小,

间作用力愈小,因此这些复合阴离子团就部分地被排挤到熔体表面

层,使表面张力降低。加入碱金属氧化物,由于一价金属阳离子以断

网为主,它的加入能使复合阴离子团离解,由于复合阳离子团的r减

小使e/r的值增大,相互间作用力增加,表面张力增大。分别加入等

>σ量的碱金属氧化物,表面张力改变规律如下:σL1

2O·SiO2 Na2O·SiO2>σK2O·SiO2>σCs2O·SiO2

4.3 玻璃的形成

热力学条件:玻璃太与晶态的△G相差越小越容易形成玻璃

动力学条件:成核—生长速度相差越大,越容易形成玻璃

结晶化学条件:复合阴离子团越大越容易形成玻璃,排列越不规则越复杂越容易形成玻璃

璃网络形成体(其中正离子为网络形成离子),其单键强度>335kJ

/mol。这类氧化物能单独形成玻璃。网络改变体(正离子称为

网络改变离子),其单键强度<250kJ/mol。这类氧化物不能形成

玻璃。但能改变网络结构,从而使玻璃性质改变。网络中间体(正

离子称为网络中间离子),其单键强度介于250~335kJ/mol。这

类氧化物的作用介于玻璃形成体和网络改变体两者之间。单键强

度越高,熔点越低的氧化物越易于形成玻璃。

具有离子键或金属键向共价键过度的混合键型则容易形成玻璃

第五章表面结构与性质

5.1 固体表面及其结构

产生表面现象的根本原因:材料表面质点排列不同于材料内部,材料表面处于高

能量状态。

弛豫:由于固相的三维周期性在固体表面处突然中断,表面上原子产生的相对于正常位置的上、下位移,称为表面弛豫。

图4.1.3 弛豫表面示意图

举例(NaCl单晶)

重构:重构是指表面原子层在水平方向上的周期性不同于体内,但垂直方向的层间距则与体内相同。

图4.1.5 重构表面示意图

举例(硅111面劈裂后的表面)

固体的表面张力与表面自由能:概念,

与液体表面张力和表面自由能的区别(5.1.1.4)

与液体相比:

1)固体的表面自由能中包含了弹性能。表面张力在数值上不等于表面自由能;

2)固体的表面张力是各向异性的。

3)实际固体的表面绝大多数处于非平衡状态,决定固体表面形态的主要是形成固体表面时的条件以及它所经历的历史。

4)固体的表面自由能和表面张力的测定非常困难。

表面力场:体表面上的吸引作用,是固体的表面力场和被吸引质点的力场相互作用所产生的,这种相互作用力称为固体表面力。依性质不同,表面力可分为:1)化学力2)分子引力

固体表面结构:晶体表面结构(双电层得形成过程212页第三段及图5.6)

5.3 润湿与黏附

1、润湿:是一种流体从固体表面置换另一种流体的过程

分类:沾湿,浸湿,铺展

三种行为自发进行的热力学条件:公式5.36 5.37 5.38 5.39 5.40

沾湿:SL SV LV G g g g D

=-- a SV LV SL W G g g g =--=-D

浸湿:SL SV G g g D

=- i SV SL W G g g =-D

=- 铺展:SL LV SV G g g g D

=+- 2、接触角与YOUNG 方程

YOUNG 方程的推导,

cos SV SL LV g g g q =+或cos SV SL LV

g g q g -= 三种行为的接触角判据:沾湿:0(1cos )0,180,0a LV a W G W g q q =-D

=+常? 浸湿:0cos 0,90,0i LV i W G W g q q =-D =常?

铺展:(cos 1)LV S G g q =-D

=-其中,θ=0或不存在,S ≥0 。

3、表面粗糙度的影响:cos cos n n q q

=

(1)θ<90°时,θn <θ,即在润湿的前提下,表面粗糙化后θn 变小,更易

为液体所润湿。

(2)θ>90°时,θn >θ,即在不润湿的前提下,表面粗糙化后θn 变大,更

不易为液体所润湿。

大多数有机液体在抛光的金属表面上的接触角小于90°,因而在粗糙金属表面上的表观接触角更小。纯水在光滑石蜡表面上接触角在105°~110°之间,但在粗糙的石蜡表面上,实验发现θn 可高达140°。

4、黏附及其化学条件

黏附(概念):固体表面的剩余力场不仅可与气体分子及溶液中的质点相互作用

发生吸附,还可与其紧密接触的固体或液体的质点相互吸引而发

生粘附

良好的黏附的表面化学条件: 1)被粘附体的临界表面张力γC 要大或使润湿张力F 增加,以保证良好润湿。

2)粘附功要大,以保证牢固粘附。

3)粘附面的界面张力γSL 要小,以保证粘附界面的热力学稳定。

4)粘附剂与被粘附体间相溶性要好,以保证粘附界面的良好键合和保持强度。

为此润湿热要低。

另外,粘附性能还与以下因素有关:

1)粘附与固体表面的清洁度有关。如若固体表面吸附有气体(或蒸气)而形成吸附膜,那么会明显减弱甚至完全破坏粘附性能。因此,用焊锡焊东西时,要清洁表面,除去吸附膜,结合强度提高。

2)粘附与固体的分散度有关。一般说,固体细小时,粘附效应比较明显,提高固体的分散度,可以扩大接触面积,从而可增加粘附强度。通常粉体具有很大的粘附能力,这也是硅酸盐工业生产中一般使用粉体原料的一个原因。

3)粘附强度与外力作用下固体的变形程度有关。如果固体较软或在一定的外力下易于变形,就会引起接触面积的增加,从而提高粘附强度。

第六章相图(必考)

三元系统相图(每年必考一个大题)

规则:298页等含量规则,等比例规则,背向线规则

301页重心规则

306页小二的杠杆规则

306页倒数二段一致熔融化合物的判断

307页第三段温度下降方向的判断,最下面结晶结束点的判断

308页第一段划分副三角形规则,倒数第二段不一致熔融化合物的判断

309页界限性质的判断及方程,最下面无变量点性质的判断

310页第一段和第二段仔细看

311页熔体2和熔体3的结晶过程仔细看,涉及到折线和穿相区两种情况

312页规律三条

314 315页过渡点以及化合物稳定性的判断

316页多晶转变点

多做题,熟能生巧

第七章 扩散

7.1 菲克定律(重点)

第一定律的推导(会画模型)

()C dm C C m A t D J D

x Adt x x 即D 抖D 礑=-?-D 抖

微观表达式:

22112211111=))6666

dC dC J C C C C D D dx dx ((其中d d d d G -=--=-G =-=G 稳态扩散是指在垂直扩散方向的任一平面上,单位时间内通过该平面单位面积的粒子数一定,即任一点的浓度不随时间而变化,0dC dt

即= 非稳态扩散是指扩散物质在扩散介质中浓度随时间发生变化。扩散通量与位置有

关。

第二定律的推导:()x x x m J A J A t +D D =-D x x x J J m xA t x

+D -D ?D D D 0C J x t t x 当、时抖D D >=-抖()C C D t x x

抖??抖? 第一第二定律的内在联系(最后一句话):菲克第一第二定律本质上是一个定律,均表明扩散的结总是使不均匀体系均匀化,由非平衡逐渐达到平衡。

7.5 多元系统的扩散

克肯达耳效应7.5.2(重点)

由于多元系统中各组元扩散速率不同而引起的扩散偶原始界面向扩散速率快的一侧移动的现象称为克肯达尔效应(Kirkendall effect )。这种现象在合金系统及一些氧化物系统普遍存在。在扩散过程中,标志物总是向着含低熔点组元较多的一侧移动。相对而言,低熔点组元扩散快,高熔点组元扩散慢。正是这种不等量的原子交换造成了克肯达尔效应。

克肯达尔效应的理论意义:克肯达尔效应揭示了扩散宏观规律与微观机制的内在联系,具有普遍性,在扩散理论的形成与发展以及生产实践都有十分重要的意义。

1)、克肯达尔效应直接否定了置换型固溶体扩散的换位机制,支持了空位机制。在锌铜互扩散中,低熔点组元锌和空位的亲和力大,易换位,这样在扩散过程中从铜中流入到黄铜中的空位就大于从黄铜中流入到铜中的空位数量。即存在一个从铜到黄铜的净空位流,结果势必造成中心区晶体整体收缩,从而造成钼丝内移。

2)、克肯达尔效应说明,在扩散系统中每一种组元都有自己的扩散系数,

由于D Zn>D Cu,因此J Zn>J Cu。注意,这里所说的D Zn,D Cu均不同于菲克

定律中所用的扩散系数D。

克肯达尔效应的实际意义:肯达尔效应往往会产生副效应。若晶体收缩完全,原始界面会发生移动;若晶体收缩不完全,在低熔点金属一侧会形成分散的或集中的空位,其总数超过平衡空位浓度,形成孔洞,甚至形成克肯达尔孔,而在高熔点金属一侧的空位浓度将减少至低于平衡空位浓度,从而也改变了晶体的密度。试验中还发现试样的横截面同样发生了变化。

7.6 影响扩散的因素

外在因素:温度杂质气氛固溶体类型

内在因素:扩散物质性质的影响,扩散介质结构的影响,位错晶界表面的影响

第八章相变

8.1 相变概述

1、相变分类

按照热力学分类:按照化学位偏导数的连续性分为一级相变,二级相变一级:两相化学位相等,但化学位一阶偏导数不相等,反应在宏观性质上,热焓突变,热效应较大,体积膨胀或收缩

二级:两相化学位相等,化学位一阶偏导数相等,但化学位二阶偏导数不相等。表现在宏观性质上,热容,压缩系数和体膨胀系数发生变化,而

体积及热效应没有实变。

按照相变机理分为成核生长相变,连续性相变,有序无序相变和马氏体相变

2、相变的条件(重点)

温度条件:若相变过程放热(如凝聚过程、结晶过程等) ΔH<0,要使ΔG<0,必须有ΔT>0,ΔT=T0-T>0,即T0>T,这表明在该过程中系统必须“过

冷却”,或者说系统实际相变温度比理论相变温度还要低,才能使相变

过程自发进行。若相变过程吸热(如蒸发、熔融等) ΔH>0,要满足Δ

G<0这一条件则必须ΔT<0,即T0

须“过热”。

结论:相变驱动力可以表示为过冷度(过热度)的函数,因此相平衡理

论温度与系统实际温度之差即为该相变过程的推动力。

压力浓度条件:要使相变能自发进行,必须ΔG <0,即P>P 。,也即要使凝聚相

变自发进行,系统的饱和蒸汽压应大于平衡蒸汽压P 0。这种过

饱和蒸汽压差为凝聚相变过程的推动力。

要使相变过程自发进行,应使ΔG

都为正值,要满足这一条件必须, Δcc 。,液相要有过

饱和浓度,它们之间的差值c —c 。即为这一相变过程的推动力。

综上所述:相变要自发进行,系统必须过冷(过热)或者过饱和

8.2 成核生长相变

包括成核和生长两个过程

1、核化速率

8.2.1.1 均态核化速率:均态核化速率势垒的推导(420和421页)

322*3*2443

212803

163()r V LS ls r ls V V

ls r V G r G r r d G r r r G r dr G r G G ,p p g p p p D =D +D =?D =?-D D =D , 核化速率的最终表达式(公式8.19和8.20)

**0exp()exp()r r s s G Ga I n n q n n a RT RT

g D D =贩=-贩-*0exp()r G I K D RT

D =-,k 0=av 0nn s /D 0 并由此分析均态核化速率与温度的关系(先升后降)

P ~T ,D ~T 关系如图所示。从图中可见,曲线P 随T 增

加而下降,温度增加,相变活化能增大,对晶核形成不利;

而曲线D 随T 增加而增加,温度升高,扩散速度加快,对

晶核的形成有利。这两个因素在同时影响着晶核形成速

率。因此I~T曲线(如图所示)必然出现一个最大值,在低

温阶段,扩散控制了晶核形成过程,故曲线上升;在高温

阶段,相变势垒控制了过程,故曲线下降。

非均态核化速率(了解)、

8.2.2 生长速率(通常用线生长速率表示):分析温度不同时速率随温度的变化(424及425页仔细阅读)

生长速率u与扩散有关。

1)温度越低,扩散系数越小,生长速率也就越小,并趋于零。所以当过冷度大,温度远低于平衡温度Tm时,生长速率是扩散控制的,温度升高,生长速率增加;2)当温度接近于Tm时,扩散系数变大,这时,u值主要决定于两相的自由焓差△G ,温度升高,生长速率降低;

3)当T=Tm时,△G=0,u=0。

因此,生长速率在低于T m的某个温度,会出现极大值。不过,这个温度总是高

于具有最大成核速率的温度。

8.2.4

第九章 固态反应

9.1 概论

1、固态反应概念:固体直接参与反应并起化学变化,同时至少在固体内部或外

部的一个过程中起控制作用的反应。

2、固态反应的特征:一般包括相界面上的化学反应和固相内的物质迁移两个过

程,通常需要在高温下进行。

9.3 反应动力学

9.3.1 一般动力学关系:固态反应通常由若干简单的物理化学过程构成,整个过

程速度由其中最慢的一环控制。

1、当扩散速度远大于化学反应速度时,即K <<D/δ,则V = kc=Vp 最大(式

中c 0=c ),说明化学反应速度控制此过程,称为化学动力学范围。

2、当扩散速度远小于化学反应速度时,即K >>D/ δ ,即 c = 0,V = D 00D c c c D V 最大。d d

-==说明扩散速度控制此过程,称为扩散动力学范围 3、当扩散速度远和化学反应速度可相比拟时,则过程速度由上式确定,称为过渡范围,即

V =001

1111P D Kc Dc V V 最大最大d =++

9.3.3 扩散动力学范围(重点)

抛物线方程

41 ?’ ?dm dc dm DS DS dt dx dt x

K D dx dt x

A dm sdx F4G x22K4Dt K4t ‘

,由于物质迁移量是比例于,故

积分得:()=-=====

武汉理工大学材料科学基础06研究生入学考试试题

课程 材料科学基础 (共3页,共十题,答题时不必抄题,标明题目序号,相图不必重画,直接做在试卷上) 一、填空题(1.5×20=30分) 1. 结晶学晶胞是( )。 2. 扩散的基本推动力是( ),一般情况下以( )形式表现出来,扩散常伴随着物质的( )。 3. 晶面族是指( )的一组晶面,同一晶面族中,不同晶面的()。 4. 向MgO、沸石、TiO2、萤石中,加入同样的外来杂质原子,可以预料形成间隙型固溶体的固溶度大小的顺序将是( )。 5. 根据烧结时有无液相出现,烧结可分为( ),在烧结的中后期,与烧结同时进行的过程是( )。 6. 依据硅酸盐晶体化学式中( )不同,硅酸盐晶体结构类型主要有( )。 7. 液体表面能和表面张力数值相等、量纲相同,而固体则不同,这种说法是( )的,因为( )。 8. 二级相变是指( ),发生二级相变时,体系的( )发生突变。 9. 驰豫表面是指( ),NaCl单晶的表面属于是( )。 10. 固态反应包括( ),化学动力学范围是指( )。 11.从熔体结构角度,估计a长石、b辉石(MgO·SiO2)、c镁橄榄石三种矿物的高温熔体表面张力大小顺序( )。 二、CaTiO3结构中,已知钛离子、钙离子和氧离子半径分别为 0.068nm, 0.099nm,

0.132nm。(15分) 1. 晶胞中心的钛离子是否会在八面体空隙中“晃动”; 2. 计算TiCaO3的晶格常数; 3. 钛酸钙晶体是否存在自发极化现象,为什么? 三、在还原气氛中烧结含有TiO2的陶瓷时,会得到灰黑色的TiO2-x:(15分) 1.写出产生TiO2-x的反应式; 2.随还原气氛分压的变化,该陶瓷材料的电导率和密度如何变化? 3.从化学的观点解释该陶瓷材料为什么是一种n型半导体。 四、选择题:下列2题任选1题(12分) 1. 简述金属材料、无机非金属材料以及高分析材料腐蚀的特点。 2. 试述材料疲劳失效的含义及特点。 五、现有三种陶瓷材料,它们的主要使用性能如下:(15分) 材料最佳性能用途 Y2O3透明,光线传递光学激光杆 Si3N4高温强度,抗蠕变燃气轮机部件 含Co铁氧体较顽力高能量永久磁铁 在烧结过程中希望材料获得预期的显微结构以使材料最佳性能充分发挥,在控制显微结构因素和工艺条件上应主要考虑哪些相关因素? 六、熔体结晶时:(1)图示核化速率-温度、晶化速率-温度关系及其对总结晶速率的的影响; (2)核化速率与晶化速率的不同对新相的显微结构有何影响,为什么? (3)指出在哪一温度范围内对形成玻璃有利,为什么?(12分) 七、X射线给出立方MgO的晶胞参数是0.4211nm,它的密度是3.6g/cm3。(Mg2+和O2-、Al3+摩尔质量分别是24.3和16、27)(12分)

材料科学基础试题及答案考研专用

一、名词: 相图:表示合金系中的合金状态与温度、成分之间关系的图解。 匀晶转变:从液相结晶出单相固溶体的结晶过程。 平衡结晶:合金在极缓慢冷却条件下进行结晶的过程。 成分起伏:液相中成分、大小和位置不断变化着的微小体积。 异分结晶:结晶出的晶体与母相化学成分不同的结晶。 枝晶偏析:固溶体树枝状晶体枝干和枝间化学成分不同的现象。 共晶转变:在一定温度下,由—定成分的液相同时结晶出两个成分一定的固相的转变过程。 脱溶:由固溶体中析出另一个固相的过程,也称之为二次结晶。 包晶转变:在一定温度下,由一定成分的固相与一定成分的液相作用,形成另一个一定成分的固相的转变过程。 成分过冷:成分过冷:由液相成分变化而引起的过冷度。 二、简答: 1. 固溶体合金结晶特点? 答:异分结晶;需要一定的温度范围。 2. 晶内偏析程度与哪些因素有关? 答:溶质平衡分配系数k0;溶质原子扩散能力;冷却速度。 3. 影响成分过冷的因素? 答:合金成分;液相内温度梯度;凝固速度。

三、书后习题 1、何谓相图?有何用途? 答:相图:表示合金系中的合金状态与温度、成分之间关系的图解。 相图的作用:由相图可以知道各种成分的合金在不同温度下存在哪些相、各个相的成分及其相对含量。 2、什么是异分结晶?什么是分配系数? 答:异分结晶:结晶出的晶体与母相化学成分不同的结晶。 分配系数:在一定温度下,固液两平衡相中溶质浓度之比值。 3、何谓晶内偏析?是如何形成的?影响因素有哪些?对金属性能有何影响,如何消除? 答:晶内偏析:一个晶粒内部化学成分不均匀的现象 形成过程:固溶体合金平衡结晶使前后从液相中结晶出的固相成分不同,实际生产中,液态合金冷却速度较大,在一定温度下扩散过程尚未进行完全时温度就继续下降,使每个晶粒内部的化学成分布均匀,先结晶的含高熔点组元较多,后结晶的含低熔点组元较多,在晶粒内部存在着浓度差。 影响因素:1)分配系数k0:当k0<1时,k0值越小,则偏析越大;当k0>1时,k0越大,偏析也越大。2)溶质原子扩散能力,溶质原子扩散能力大,则偏析程度较小;反之,则偏析程度较大。3)冷却速度,冷却速度越大,晶内偏析程度越严重。 对金属性能的影响:使合金的机械性能下降,特别是使塑性和韧性显著降低,

武汉理工大学材料科学基础考研试题

武汉理工大学2003年研究生入学考试试题 课程材料科学基础 (共3页,共十一题,答题时不必抄题,标明题目序号,相图直接做在试卷上)一、解释下列基本概念(1.5 X 20=30分) 初次再结晶;二次再结晶;上坡扩散;扩散通量;高分子的链结构;高分子的聚集态结构;位错滑移,位错爬移;结晶学晶胞;弥勒指数;玻璃转变温度;非晶态结构弛豫;金属固溶体;金属间化合物;重构表面;弛豫表面;一级相变;重构型转变;广义固相反应;矿化剂 二、白云母的理想化学式为KAl2[AISi 3O°](OH)2,其结构如下图所示,试分析白云母的结构类型、层的构成及结构特点、层内电性及层间结合。(15分)_ __ —劭韵I ■—*■ 第2题图 三、B aTiQ和CaTiQ均为钙钛矿型结构但BaTiQ晶体具有铁电性而CaTiQ却没有,请给予解释。(10分) 四、分析小角度晶界和大角度晶界上原子排列特征以及对材料动力学的扩散过程有何影响?(8分) 五、在制造ZrO2耐火材料时通常会加入一定量的CaO以改善耐火材料的性能,试解释其作用原理,并写出杂质进入基质的固溶方程式。(10分) 六、从金属、硅酸盐、高聚物材料的结构、熔体特征等方面分析这三类材料的结

组成点3加热时在哪一点开始出现液相?在哪一点完全熔化? 晶有什么共性及个性。(15分) 七、已知新相形成时除过界面能以外单位体积自由焓变化为 1 x 108J/m3,比表 面能为1 J/m2,应变能可以忽略不计。试计算界面能为体积自由能的 1%寸球形 新相的半径。与临界半径比较,此时的新相能否稳定长大?形成此新相时系统自 由焓变化为多少? ( 12分) 八、写出下图三元无变量点的平衡过程, 指出无变量点的性质,画出三元无变量 点与对应的副三角形的几何分布关系。(8分) 第8题图 九、根据下面的三元系统相图回答问题( 22 分) 1. 指出图中化合物S1、S2、S3的性质 2. 用箭头在图中标出界线温度变化方向及界线性质 3. 写出组成点1的平衡冷却过程 是什么? 4. 组成点2冷却时最先析出种晶相?在哪一点结晶结束 ?最终产物 5

武汉理工大学考研专业目录及考试科目

武汉理工大学 单位代码:10497地址:武汉市洪山区珞狮路122号邮政编码:430070 武汉理工大学 单位代码:10497地址:武汉市洪山区珞狮路122号邮政编码:430070

武汉理工大学

含:高性能舰船技术教育部重点实验室全日制硕士研究生学术学位招生专业: 力学(080100) 01 (全日制)流体力学 02 (全日制)工程力学 结构工程(081402) 01 (全日制)不区分研究方向桥梁与隧道工程(081406) 01 (全日制)不区分研究方向道路与铁道工程(082301) 01 (全日制)不区分研究方向交通运输规划与管理(082303) 01 (全日制)交通规划与管理 02 (全日制)交通工程 物流管理(0823Z2) 01 (全日制)不区分研究方向全日制拟招 生人数: 238 (招收“推 荐免试生” 人数不超过 50%) ① 101思想政治理论 ②201英语一、202俄语、203日 语(选一) ③301数学一 ④825流体力学、866工程力学、 867船舶流体力学(选一) ① 101思想政治理论 ②201英语一、202俄语、203日 语(选一) ③301数学一 ④866工程力学 ① 101思想政治理论 ②201英语一、202俄语、203日 语(选一) ③301数学一 ④866工程力学 ① 101思想政治理论 ②201英语一、202俄语、203日 语(选一) ③301数学一 ④866工程力学 ① 101思想政治理论 ②201英语一、202俄语、203日 语(选一) ③301数学一 ④914交通规划与管理综合、915 交通工程综合(选一) ① 101思想政治理论 ②201英语一、202俄语、203日 语(选一) ③301数学一 ④897物流管理专业综合一

考研材料科学基础试题及答案

材料科学基础习题 叶荷 11 及材料班2013-1-10 第三章二元合金相图和合金的凝固 一、名词:相图:表示合金系中的合金状态与温度、成分之间关系的图解。匀晶转变:从液相结晶出单相固溶体的结晶过程。 平衡结晶:合金在极缓慢冷却条件下进行结晶的过程。 成分起伏:液相中成分、大小和位置不断变化着的微小体积。 异分结晶:结晶出的晶体与母相化学成分不同的结晶。 枝晶偏析:固溶体树枝状晶体枝干和枝间化学成分不同的现象。共晶转变:在一定温度下,由—定成分的液相同时结晶出两个成分一定的固相的转变过程。 脱溶:由固溶体中析出另一个固相的过程,也称之为二次结晶。 包晶转变:在一定温度下,由一定成分的固相与一定成分的液相作用,形成另一个一定成分的固相的转变过程。 成分过冷:成分过冷:由液相成分变化而引起的过冷度。 二、简答: 1. 固溶体合金结晶特点?答:异分结晶;需要一定的温度范围。

2. 晶内偏析程度与哪些因素有关? 答:溶质平衡分配系数ko;溶质原子扩散能力;冷却速度。 3. 影响成分过冷的因素? 答:合金成分;液相内温度梯度;凝固速度。 4. 相图分折有哪几步?答:以稳定化合物为独立组元分割相图并分析;熟悉相区及相;确定三相平衡转变性质。 三、绘图题 绘图表示铸锭宏观组织三晶区。 四、书后习题 1、何谓相图?有何用途? 答:相图:表示合金系中的合金状态与温度、成分之间关系的图解。 相图的作用:由相图可以知道各种成分的合金在不同温度下存在哪些相、各个相的成分及其相对含量。 2、什么是异分结晶?什么是分配系数?答:异分结晶:结晶出的晶体与母相化学成分不同的结晶。 分配系数:在一定温度下,固液两平衡相中溶质浓度之比值。

材料科学基础考研经典题目doc资料

材料科学基础考研经 典题目

16.简述金属固态扩散的条件。 答:⑴扩散要有驱动力——热力学条件,化学势梯度、温度、应力、电场等。 ⑵扩散原子与基体有固溶性——前提条件;⑶足够高温度——动力学条件;⑷足够长的时间——宏观迁移的动力学条件 17. 何为成分过冷?它对固溶体合金凝固时的生长形貌有何影响? 答:成分过冷:在合金的凝固过程中,虽然实际温度分布一定,但由于液相中溶质分布发生了变化,改变了液相的凝固点,此时过冷由成分变化与实际温度分布这两个因素共同决定,这种过冷称为成分过冷。成分过冷区的形成在液固界面前沿产生了类似负温度梯度的区域,使液固界面变得不稳定。当成分过冷区较窄时,液固界面的不稳定程度较小,界面上偶然突出部分只能稍微超前生长,使固溶体的生长形态为不规则胞状、伸长胞状或规则胞状;当成分过冷区较宽时,液固界面的不稳定程度较大,界面上偶然突出部分较快超前生长,使固溶体的生长形态为胞状树枝或树枝状。所以成分过冷是造成固溶体合金在非平衡凝固时按胞状或树枝状生长的主要原因。 18.为什么间隙固溶体只能是有限固溶体,而置换固溶体可能是无限固溶体? 答:这是因为当溶质原子溶入溶剂后,会使溶剂产生点阵畸变,引起点阵畸变能增加,体系能量升高。间隙固溶体中,溶质原子位于点阵的间隙中,产生的点阵畸变大,体系能量升高得多;随着溶质溶入量的增加,体系能量升高到一定程度后,溶剂点阵就会变得不稳定,于是溶质原子便不能再继续溶解,所以间隙固溶体只能是有限固溶体。而置换固溶体中,溶质原子位于溶剂点阵的阵点上,产生的点阵畸变较小;溶质和溶剂原子尺寸差别越小,点阵畸变越小,固溶度就越大;如果溶质与溶剂原子尺寸接近,同时晶体结构相同,电子浓度和电负性都有利的情况下,就有可能形成无限固溶体。 19.在液固相界面前沿液体处于正温度梯度条件下,纯金属凝固时界面形貌如何?同样 条件下,单相固溶体合金凝固的形貌又如何?分析原因

材料科学基础考研经典题目教学内容

16.简述金属固态扩散的条件。 答:⑴扩散要有驱动力——热力学条件,化学势梯度、温度、应力、电场等。 ⑵扩散原子与基体有固溶性——前提条件;⑶足够高温度——动力学条件;⑷足够长的时间——宏观迁移的动力学条件 17. 何为成分过冷?它对固溶体合金凝固时的生长形貌有何影响? 答:成分过冷:在合金的凝固过程中,虽然实际温度分布一定,但由于液相中溶质分布发生了变化,改变了液相的凝固点,此时过冷由成分变化与实际温度分布这两个因素共同决定,这种过冷称为成分过冷。成分过冷区的形成在液固界面前沿产生了类似负温度梯度的区域,使液固界面变得不稳定。当成分过冷区较窄时,液固界面的不稳定程度较小,界面上偶然突出部分只能稍微超前生长,使固溶体的生长形态为不规则胞状、伸长胞状或规则胞状;当成分过冷区较宽时,液固界面的不稳定程度较大,界面上偶然突出部分较快超前生长,使固溶体的生长形态为胞状树枝或树枝状。所以成分过冷是造成固溶体合金在非平衡凝固时按胞状或树枝状生长的主要原因。 18. 为什么间隙固溶体只能是有限固溶体,而置换固溶体可能是无限固溶体? 答:这是因为当溶质原子溶入溶剂后,会使溶剂产生点阵畸变,引起点阵畸变能增加,体系能量升高。间隙固溶体中,溶质原子位于点阵的间隙中,产生的点阵畸变大,体系能量升高得多;随着溶质溶入量的增加,体系能量升高到一定程度后,溶剂点阵就会变得不稳定,于是溶质原子便不能再继续溶解,所以间隙固溶体只能是有限固溶体。而置换固溶体中,溶质原子位于溶剂点阵的阵点上,产生的点阵畸变较小;溶质和溶剂原子尺寸差别越小,点阵畸变越小,固溶度就越大;如果溶质与溶剂原子尺寸接近,同时晶体结构相同,电子浓度和电负性都有利的情况下,就有可能形成无限固溶体。 19. 在液固相界面前沿液体处于正温度梯度条件下,纯金属凝固时界面形貌如何?同样条件下,单相 固溶体合金凝固的形貌又如何?分析原因 答:正的温度梯度指的是随着离开液—固界面的距离Z 的增大,液相温度T 随之升高的情况,即0>dZ dT 。在这种条件下,纯金属晶体的生长以接近平面状向前推移,这是由于温度梯度是正的,当界面上偶尔有凸起部分而伸入温度较高的液体中时,它的生长速度就会减慢甚至停止,周围部分的过冷度较凸起部分大,从而赶上来,使凸起部分消失,这种过程使液—固界面保持稳定的平面形状。固溶体合金凝固时会产生成分过冷,在液体处于正的温度梯度下,相界面前沿的成分过冷区呈现月牙形,其大小与很多因素有关。此时,成分过冷区的特性与纯金属在负的温度梯度下的热过冷非常相似。可以按液固相界面前沿过冷区的大小分三种情况讨论:⑴当无成分过冷区或成分过冷区较小时,界面不可能出现较大的凸起,此时平界面是稳定的,合金以平面状生长,形成平面晶。⑵当成分过冷区稍大时,这时界面上凸起的尖部将获得一定的过冷度,从而促进了凸起进一步向液体深处生长,考虑到界面的力学平衡关系,平界面变得不稳定,合金以胞状生长,形成胞状晶或胞状组织。⑶当成分过冷区较大时,平界面变得更加不稳定,界面上的凸起将以较快速度向液体深处生长,形成一次轴,同时在一次轴的侧向形成二次轴,以此类推,因此合金以树枝状生长,最终形成树枝晶。 20. 纯金属晶体中主要的点缺陷类型是什么?试述它们可能产生的途径? 答:纯金属晶体中,点缺陷的主要类型是空位、间隙原子、空位对及空位与间隙原子对等。产生的途径:⑴依靠热振动使原子脱离正常点阵位置而产生。空位、间隙原子或空位与间隙原子对都可由热激活而形成。这种缺陷受热的控制,它的浓度依赖于温度,随温度升高,其平衡态的浓度亦增高。⑵冷加工时由于位错间有交互作用。在适当条件下,位错交互作用的结果能产生点缺陷,如带割阶的位错运动会放出空位。⑶辐照。高能粒子(中子、α粒子、高速电子)轰击金属晶体时,点阵中的原子由于粒子轰击而离开原来位置,产生空位或间隙原子。 21. 简述一次再结晶与二次再结晶的驱动力,并如何区分冷热加工?动态再结晶与静态再结晶后的组 织结构的主要区别是什么? 答:一次再结晶的驱动力是基体的弹性畸变能,而二次再结晶的驱动力是来自界面能的降低。再结晶温

武汉理工大学考研复试试题

材料科学与工程学科2003年研究生入学考试复试试题 1、简述材料科学与工程的定义、材料的分类以及材料在国民经济建设中的地位和作用。 2、结合自己所学专业,叙述二个本专业的研究热点问题。 3、简述你所熟悉的几种有关材料的测试技术,并写出其中一种测试技术的原理及解析方法。 4、针对你拟选报的研究方向,做一个三年的研究计划。 5、目前,用于材料的合成与制备有许多新方法,请你列举二种方法并加以较详细说明。 材料学院复试部分答案 武汉理工大学材料学院复试试题的详细答案 (本答案是收集了大量的资料总结出来的) 1. 材料科学与工程的概念是什么?其四大要素是什么?其3大特点是什么? 材料科学与工程就是研究有关材料组成, 结构, 制备工艺流程与材料性能用途关系的知识及 应用。 其四个要素为: 组成与结构,合成与生产过程, 性能, 使用效能。 材料科学与工程的特点: 1多学科交叉材料科学与工程与物理学,化学,冶金学,金属学,陶瓷学,计算数学等多学科交叉 和结合的特点. 2具有鲜明的工程性材料科学是面向实际,为经济建设服务的,是一门应用科学. 实验室里的研究成果必须通过工程研究开发以确定合理的工艺流程,最后批量生产出符合要求的工程材 料. 3处于发展中的学科材料科学没有象力学,电学那样完整的学科体系,是一门处于不断发展之 中的学科. 2.结合自己所学的专业,叙述本专业的2个热点问题? 燃料电池 近二,三十年来,由于一次能源的匮乏和环境保护的突出,要求开发利用新的清洁再生能源. (燃料电池由于具有能量转化率高,对环境污染小等优点受到世界各国的普遍重视) 燃料电池是一种将所提供燃料的化学能直接变换为电能的高效能量转换装置; 是既水力,火 力,核力后的第四类发电技术. 其特点有: 1.由于化学能直接转化为电能,与普通发电方式相比,避免了能量形式的变化不受卡诺循环限 制, 能量转化效率高. 2.环保. 废气如SOx,NOx,CO2等的排放量极低. 此外,由于电池中无运动部件,工作时非常静. 3.电池的本题的负荷反应性能好,可靠性高。 碳纳米管 是一种具有特殊结构的一维量子材料(径向尺寸为纳米级,轴向尺寸为微米级). 它主要由六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管,层与层之间保持固定的距离. 作为一维纳米材料,重量轻,六边形结构连接完美,具有许多异常的力学,电学性能: 1力学性能其密度只有钢的1/6,结构与高分子材料相似,但抗拉强度极大,弹性模量达1TPa,用其增强的塑料力学性能优良且抗疲劳,抗蠕变,形变小,滑动性能好. 2电学性能利用其结构中空的特点,可作为制造某些纳米尺度金属导线的模具. 有些管径的碳纳米管是性能优于石墨材料的良好导体,另一些管径可能是半导体. 3导热性能其拥有非常大的长径比,因而其沿长度方向的热交换性能很高,垂直方向热交换 性能较低,故其可制成高各向异性热传导材料。 3.目前用于材料合成与制备的新的方法有许多,请举例其中的1种并加以说明? 等离子体化学气相沉积法(PCVD)

《材料科学基础》考研—简答题常考题型汇总

材料科学基础简答题考研常考题型汇总 1.原子间的结合键共有几种?各自的特点如何?【11年真题】 答:(1)金属键:基本特点是电子的共有化,无饱和性、无方向性,因而每个原子有可能同更多的原子结合,并趋于形成低能量的密堆结构。当金属受力变形而改变原子之间的相互位置时不至于破坏金属键,这就使得金属具有良好的延展性,又由于自由电子的存在,金属一般都具有良好的导电性和导热性能。 (2)离子键:正负离子相互吸引,结合牢固,无方向性、无饱和性。因此,七熔点和硬度均较高。离子晶体中很难产生自由运动的电子,因此他们都是良好的电绝缘体。 (3)共价键:有方向性和饱和性。共价键的结合极为牢固,故共价键晶体具有结构稳定、熔点高、质硬脆等特点。共价结合的材料一般是绝缘体,其导电能力较差。 (4)范德瓦尔斯力:范德瓦尔斯力是借助微弱的、瞬时的电偶极矩的感应作用,将原来稳定的原子结构的原子或分子结合为一体的键合。它没有方向性和饱和性,其结合不如化学键牢固。 (5)氢键:氢键是一种极性分子键,氢键具有方向性和饱和性,其键能介于化学键和范德瓦耳斯力之间。 2.说明间隙固溶体与间隙化合物有什么异同。 答:相同点:二者一般都是由过渡族金属与原子半径较小的C、N、H、O、B等非金属元素所组成。 不同点:(1)晶体结构不同。间隙固溶体属于固溶体相,保持溶剂的晶格类

型;间隙化合物属于金属化合物相,形成不同于其组元的新点阵。 (2)间隙固溶体用α、β、γ表示;间隙化合物用化学分子式MX、M2X 等表示。 间隙固溶体的强度、硬度较低,塑性、韧性好;间隙化合物的强度、熔点较高,塑性、韧性差。 3.为什么只有置换固溶体的两个组元之间才能无限互溶,而间隙固溶体则不能? 答:因为形成固溶体时,溶质原子的溶入会使溶剂结构产生点阵畸变,从而使体系能量升高。溶质与溶剂原子尺寸相差较大,点阵畸变的程度也越大,则畸变能越高,结构的稳定性越低,溶解度越小。一般来说,间隙固溶体中溶质原子引起的点阵畸变较大,故不能无限互溶,只能有限熔解。 4.试述硅酸盐的结构和特点? 答:(1)硅酸盐结构的基本单元是[SiO4]四面体。Si原子位于O原子的四面体间隙内,Si、O之间的结合不仅有离子键还有共价键 (2)每一个氧最多被两个[SiO]四面体共有 (3)[Si]四面体可以孤立存在,也可以共顶点互相连接。 (4)Si-O-Si形成一折线。 分类:含有有限硅氧团的硅酸盐、岛状、链状、层状、骨架状硅酸盐。 5.为什么外界温度的急剧变化可以使许多陶瓷件开裂破碎? 答:由于大多数陶瓷由晶相和玻璃相构成,这两种相的热膨胀系数相差很大,高温很快冷却时,每种相的收缩程度不同,多造成的内应力足以使陶瓷器件开裂或破碎。 6.陶瓷材料中主要结合键是什么?从结合键的角度解释陶瓷材料所具有的特殊

【考研】材料科学基础试题库答案

Test of Fundamentals of Materials Science 材料科学基础试题库 郑举功编

东华理工大学材料科学与工程系 一、填空题 0001.烧结过程的主要传质机制有_____、_____、_____ 、_____,当烧结分别进行四种传质时,颈部增长x/r与时间t的关系分别是_____、_____、_____ 、_____。 0002.晶体的对称要素中点对称要素种类有_____、_____、_____ 、_____ ,含有平移操作的对称要素种类有_____ 、_____ 。 0003.晶族、晶系、对称型、结晶学单形、几何单形、布拉菲格子、空间群的数目分别是_____、_____ 、_____ 、_____ 、_____ 、_____ 。 0004.晶体有两种理想形态,分别是_____和_____。 0005.晶体是指内部质点排列的固体。 0006.以NaCl晶胞中(001)面心的一个球(Cl-离子)为例,属于这个球的八面体空隙数为,所以属于这个球的四面体空隙数为。 0007.与非晶体比较晶体具有自限性、、、、和稳定性。 0008.一个立方晶系晶胞中,一晶面在晶轴X、Y、Z上的截距分别为2a、1/2a 、2/3a,其晶面的晶面指数是。 0009.固体表面粗糙度直接影响液固湿润性,当真实接触角θ时,粗糙度越大,表面接触角,就越容易湿润;当θ,则粗糙度,越不利于湿润。 0010.硼酸盐玻璃中,随着Na2O(R2O)含量的增加,桥氧数,热膨胀系数逐渐下降。当Na2O含量达到15%—16%时,桥氧又开始,热膨胀系数重新上升,这种反常现象就是硼反常现象。 0011.晶体结构中的点缺陷类型共分、和三种,CaCl2中Ca2+进入到KCl间隙中而形成点缺陷的反应式为。 0012.固体质点扩散的推动力是________。 0013.本征扩散是指__________,其扩散系数D=_________,其扩散活化能由________和_________ 组成。0014.析晶过程分两个阶段,先______后______。 0015.晶体产生Frankel缺陷时,晶体体积_________,晶体密度_________;而有Schtty缺陷时,晶体体积_________,晶体密度_________。一般说离子晶体中正、负离子半径相差不大时,_________是主要的;两种离子半径相差大时,_________是主要的。 0016.少量CaCl2在KCl中形成固溶体后,实测密度值随Ca2+离子数/K+离子数比值增加而减少,由此可判断其缺陷反应式为_________。 0017.Tg是_________,它与玻璃形成过程的冷却速率有关,同组分熔体快冷时Tg比慢冷时_________ ,淬冷玻璃比慢冷玻璃的密度_________,热膨胀系数_________。 0018.同温度下,组成分别为:(1) 0.2Na2O-0.8SiO2 ;(2) 0.1Na2O-0.1CaO-0.8SiO2 ;(3) 0.2CaO-0.8SiO2 的三种熔体,其粘度大小的顺序为_________。 0019.三T图中三个T代表_________, _________,和_________。 0020.粘滞活化能越_________ ,粘度越_________ 。硅酸盐熔体或玻璃的电导主要决定于_________ 。 0021.0.2Na2O-0.8SiO2组成的熔体,若保持Na2O含量不变,用CaO置换部分SiO2后,电导_________。0022.在Na2O-SiO2熔体中加入Al2O3(Na2O/Al2O3<1),熔体粘度_________。 0023.组成Na2O . 1/2Al2O3 . 2SiO2的玻璃中氧多面体平均非桥氧数为_________。 0024.在等大球体的最紧密堆积中,六方最紧密堆积与六方格子相对应,立方最紧密堆积与_______ 相对应。0025.在硅酸盐晶体中,硅氧四面体之间如果相连,只能是_________方式相连。

新版武汉理工大学电子信息考研经验考研参考书考研真题

又是一年考研时节,每年这个时候都是考验的重要时刻,我是从大三上学期学习开始备考的,也跟大家一样,复习的时候除了学习,还经常看一些学姐学长们的考研经验,希望可以在他们的经验里找到可以帮助自己的学习方法。 我今年成功上岸啦,所以跟大家分享一下我的学习经验,希望大家可以在我的经历里找到对你们学习有帮助的信息! 其实一开始,关于考研我还是有一些抗拒的,感觉考研既费时间又费精力,可是后来慢慢的我发现考研真的算是一门修行,需要我用很多时间才能够深入的理解它,所谓风雨之后方见才害怕难过,所以在室友们的鼓励和支持下,我们一起踏上了考研之路。 虽然当时不知道结局是怎样,但是既然选择了,为了不让自己的努力平白的付出,说什么都要坚持下去! 因为是这一路的所思所想,所以这篇经验贴稍微有一些长,字数上有一些多,分为英语和政治以及专业课备考经验。 看书确实是需要方法的,不然也不会有人考上有人考不上,在借鉴别人的方法时候,一定要融合自己特点。 注:文章结尾有彩蛋,内附详细资料及下载,还劳烦大家耐心仔细阅读。 武汉理工大学电子信息的初试科目为: (101)思想政治理论(203)日语或(204)英语二(302)数学二(920)生物医学工程概论 参考书目为: 王镜岩《生物化学》 跟大家先说一下英语的复习吧。

学英语免不了背单词这个难关,词汇量上不去,影响的不仅是考试成绩,更是整体英语能力的提升;背单词也是学习者最感到头痛的过程,不是背完了转身就忘,就是背的单词不会用,重点单词主要是在做阅读的时候总结的,我把不认识不熟悉的单词全都挑出来写到旁边,记下来反复背直至考前,总之单词这一块贵在坚持,背单词的日程一定要坚持到考研前一天。 因此,学会如何高效、科学地记忆词汇,养成良好的记单词习惯,才能达到事半功倍的学习效果,我用的是《木糖英语单词闪电版》,里面的高频词汇都给列出来了,真的挺方便的,并且刷真题我用的《木糖英语真题手译》这本书,我感觉对我帮助特别大,里面的知识点讲解的通俗易懂,而且给出的例子都很经典,不容易忘记。 前期,在这段时间最重要的是积累,也就是扩充自己的词汇量,基础相对差一些的同学可以背考研单词,而基础相对好一些的同学考研单词相对于你来说就会比较简单,这时就不必浪费时间,可以进行外刊阅读。由于考研英语阅读的文章全部都是从外刊中摘录的,所以进行外刊阅读就可以把其当作“真题”的泛读。 中期,在期末考试和小学期结束之后就要开始做真题了,我从最早的那年开始一路做下来,留了三套考前模拟,大概是有二十多套。我一般会第一天做一套然后后面花1~2天的时间对文章进行精读及分析错误原因。早些年的英语出题有相当难度,考察的有不少都是很复杂的句式及熟词僻义,这与近几年的考察角度是完全不同的,所以我建议时间不多的同学完全可以放弃早些年的真题,然后时间比较充足的同学可以做一做,但是不需要因为错很多,而丧失信心,我记得有一张卷子的阅读我错了快十个,但是今年阅读部分,我分数还不错。关于完型部分不需要特别的训练,这个是考词汇的用法,要训练的话可谓大海捞针,最重

《材料科学基础》考研2021年考研考点归纳

《材料科学基础》考研2021年考研考点归纳与考研 真题 第1章材料概论 1.1 考点归纳 一、材料的分类 工程材料按属性可分为四类:金属材料、陶瓷材料、高分子材料及由前三类相互组合而成复合材料; 按使用性能可分为两大类:主要利用其力学性能的结构材料和主要利用其物理性能的功能材料。 1.金属材料 (1)金属材料中包括两大类型:钢铁材料和有色金属。有色金属主要包括铝合金、钛合金、铜合金、镍合金等; (2)在有色金属中,铝及其合金用得最多,这主要是因为铝及其合金的以下特性: ①重量轻,只有钢的1/3; ②有好的导热性和导电性,在远距离输送的电缆中多用铝; ③耐大气腐蚀,可用来制作容器和包装品、建筑结构材料及导电材料。 2.陶瓷材料 (1)传统的陶瓷材料是由粘土、石英、长石等成分组成,主要作为建筑材料使用;(2)新型的结构陶瓷材料,其化学组成和制造工艺都大不相同,其成分主要是 A12O3、SiC、Si3N4等; (3)新型结构陶瓷在性能上的优点: ①重量轻;

②压缩强度高,可以和金属相比,甚至超过金属; ③熔点高,耐高温; ④耐磨性能好,硬度高; ⑤化学稳定性高,有很好的耐蚀性; ⑥电与热的绝缘材料。 (4)新型结构陶瓷在性能上的缺点: ①容易脆断; ②不易加工成形。 3.高分子材料 (1)高分子材料又称聚合物; (2)按用途可分为:塑料、合成纤维和橡胶三大类型; (3)塑料又分为:通用塑料和工程塑料。 4.复合材料 (1)金属、聚合物、陶瓷自身都各有其优点和缺点,如把两种材料结合在一起,就产生了复合材料; (2)复合材料可分为三大类型:塑料基的复合材料、金属基和陶瓷基的复合材料;5.电子材料、光电子材料和超导材料 (1)电子材料是指在电子学和微电子学中使用的材料,主要包括半导体材料、介电功能材料和磁性材料等; (2)光电子材料; (3)超导材料。 二、材料性能与内部结构的关系

武汉理工大学材料学院2011考研真题

武汉理工大学2011年研究生入学考试试题 课程代码835 课程高分子化学 (共4页,共5大题、33小题,答题时不必抄题,标明题目序号) (注:本卷“一、填空题”和“二、选择题”为模拟题,其余部分为真题) 一、填空题:(每空1分,共16小题,本题共35分) 1、1920年发表了“关于聚合反应”的论文,首次提出了高分子长链的概念。(1分) 2、合成高分子的分子量有,是一个分子量各不相同的许多分子的。(2分) 3、在过氧化物引发CH2=CHCl的自由基聚合反应中,控制聚合物分子量的主要因素是。(1分) 4、丙烯腈沉淀聚合时,反应一开始,就会出现聚合速率,这种现象称作,产生这种现象的原因是。(3分) 5、逐步聚合的方法目前主要有:、、。(3分) 6、根据共聚物大分子链中单体单元的排列顺序,共聚物分为: 、、、和接枝共聚物。(3分) 7、是均聚和共聚链增长速率常数的比值。(1分) 8、膨胀计法是利用聚合物密度比单体的现象,通过测定聚合时的体积 来确定转化率。(2分) 9、悬浮聚合的分散剂大致课分为两类:一类是,作用机理是吸附在液滴表面,形成一层保护膜,起着保护作用。另一类是,作用机理是吸附在液滴表面,起着的作用。(3分) 10、是唯一只能进行阳离子聚合的α-烯烃。(1分) 11、在缩聚反应中,用不能准确反映聚合反应的进度,而需改用来描述反应得深度。(2分) 12、光气直接法制碳酸酯是将双酚A的钠盐的与的有机溶液混合进行而成。(3分) 13、聚合物在使用过程中,受空气、光等大气条件物理-化学因素的影响,引起不希望的化学变化,使性能变坏,这个过程成为。(1分) 14、表征非晶态聚合物耐热性的参数为,表征结晶态聚合物耐热性的参数为,表征聚合物耐火性能的参数为。(3分) 15、过氧化环己酮适用于聚合的引发剂,SnCl4+H2O可以引发单体进行 聚合,而Al(C2H5)2Cl-TiCl3是引发单体进行聚合的引发剂。(3分) 16、聚合物的热降解主要有、、和三类。(3分) 二、选择题:(每题3分,共5小题,共15分) 1、下列那些物质可以作为自由基聚合的引发剂使用:(3分) A、双氧水 B、高锰酸钾 C、过氧化二异丙苯 D、过硫酸钾 2、等摩尔的二元酸和二元醇在一定温度下,于封管内进行均相聚合,已知该温度下的平衡常数为4,在此条件下的最大反应程度P和最大聚合度分别为: (3分) A、0.90和10 B、0.50和2 C、0.75和4 D、0.667和3 3、由SnCl 4、水、苯乙烯组成的体系将发生:(3分) A、阳离子聚合 B、阴离子聚合 C、自由基聚合 D、配位聚合 4、欲使1000g环氧树脂(环氧值为0.2)固化,需要乙二胺的用量为:(3分)

材料科学基础考研知识点总结

金属学与热处理总结 一、金属的晶体结构 重点内容:面心立方、体心立方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径,八面体、四面体间隙个数;晶向指数、晶面指数的标定;柏氏矢量具的特性、晶界具的特性。 基本内容:密排六方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径,密排面上原子的堆垛顺序、晶胞、晶格、金属键的概念。晶体的特征、晶体中的空间点阵。 晶胞:在晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的最小的几何单元,用来分析原子排列的规律性,这个最小的几何单元称为晶胞。 金属键:失去外层价电子的正离子与弥漫其间的自由电子的静电作用而结合起来,这种结合方式称为金属键。 位错:晶体中原子的排列在一定范围内发生有规律错动的一种特殊结构组态。 位错的柏氏矢量具有的一些特性: ①用位错的柏氏矢量可以判断位错的类型;②柏氏矢量的守恒性,即柏氏矢量与回路起点及回路途径无关;③位错的柏氏矢量个部分均相同。 刃型位错的柏氏矢量与位错线垂直;螺型平行;混合型呈任意角度。 晶界具有的一些特性: ①晶界的能量较高,具有自发长大和使界面平直化,以减少晶界总面积的趋势;②原子在晶界上的扩散速度高于晶内,熔点较低;③相变时新相优先在晶界出形核;④晶界处易于发生杂质或溶质原子的富集或偏聚;⑤晶界易于腐蚀和氧化;⑥常温下晶界可以阻止位错的运动,提高材料的强度。 二、纯金属的结晶 重点内容:均匀形核时过冷度与临界晶核半径、临界形核功之间的关系;细化晶粒的方法,铸锭三晶区的形成机制。

基本内容:结晶过程、阻力、动力,过冷度、变质处理的概念。铸锭的缺陷; 结晶的热力学条件和结构条件,非均匀形核的临界晶核半径、临界形核功。 相起伏:液态金属中,时聚时散,起伏不定,不断变化着的近程规则排列的 原子集团。 过冷度:理论结晶温度与实际结晶温度的差称为过冷度。 变质处理:在浇铸前往液态金属中加入形核剂,促使形成大量的非均匀晶核, 以细化晶粒的方法。 过冷度与液态金属结晶的关系:液态金属结晶的过程是形核与晶核的长大过 程。从热力学的角度上看,没有过冷度结晶就没有趋动力。根据 T R k ?∝1可知当过冷度T ?为零时临界晶核半径R k 为无穷大,临界形核功(2 1T G ?∝?)也为无穷大。临界晶核半径R k 与临界形核功为无穷大时,无法形核,所以液态金属不能结晶。晶体的长大也需要过冷度,所以液态金属结晶需要过冷度。 细化晶粒的方法:增加过冷度、变质处理、振动与搅拌。 铸锭三个晶区的形成机理:表面细晶区:当高温液体倒入铸模后,结晶先从 模壁开始,靠近模壁一层的液体产生极大的过冷,加上模壁可以作为非均质形核的基底,因此在此薄层中立即形成大量的晶核,并同时向各个方向生长,形成表面细晶区。柱状晶区:在表面细晶区形成的同时,铸模温度迅速升高,液态金属冷却速度减慢,结晶前沿过冷都很小,不能生成新的晶核。垂直模壁方向散热最快,因而晶体沿相反方向生长成柱状晶。中心等轴晶区:随着柱状晶的生长,中心部位的液体实际温度分布区域平缓,由于溶质原子的重新分配,在固液界面前沿出现成分过冷,成分过冷区的扩大,促使新的晶核形成长大形成等轴晶。由于液体的流动使表面层细晶一部分卷入液体之中或柱状晶的枝晶被冲刷脱落而进入前沿的液体中作为非自发生核的籽晶。 三、二元合金的相结构与结晶 重点内容:杠杆定律、相律及应用。 基本内容:相、匀晶、共晶、包晶相图的结晶过程及不同成分合金在室温下 的显微组织。合金、成分过冷;非平衡结晶及枝晶偏析的基本概念。 相律:f = c – p + 1其中,f 为 自由度数,c 为 组元数,p 为 相数。 伪共晶:在不平衡结晶条件下,成分在共晶点附近的亚共晶或过共晶合金也 可能得到全部共晶组织,这种共晶组织称为伪共晶。 合金:两种或两种以上的金属,或金属与非金属,经熔炼或烧结、或用其它 方法组合而成的具有金属特性的物质。 合金相:在合金中,通过组成元素(组元)原子间的相互作用,形成具有相 同晶体结构与性质,并以明确界面分开的成分均一组成部分称为合金相。

材料科学基础考研真题汇编

全国名校材料科学基础考研真题汇编(含部分答案)益星学习网提供全套资料 目录 1.清华大学材料科学基础历年考研真题及详解 2009年清华大学材料科学基础(与物理化学或固体物理)考研真题及详解 2008年清华大学材料科学基础(与物理化学或固体物理)考研真题及详解 2007年清华大学材料科学基础(与物理化学或固体物理)考研真题及详解 2.北京科技大学材料科学基础历年考研真题 2014年北京科技大学814材料科学基础考研真题 2013年北京科技大学814材料科学基础考研真题 2012年北京科技大学814材料科学基础考研真题 2011年北京科技大学814材料科学基础考研真题 3.西北工业大学材料科学基础历年考研真题及详解 2012年西北工业大学832材料科学基础考研真题及详解 2011年西北工业大学832材料科学基础(A卷)考研真题及详解 2010年西北工业大学832材料科学基础(A卷)考研真题及详解 4.中南大学材料科学基础历年考研真题及详解 2012年中南大学963材料科学基础考研真题(回忆版) 2009年中南大学959材料科学基础考研真题及详解 2008年中南大学963材料科学基础考研真题 2008年中南大学963材料科学基础考研真题(A组)详解 5.东北大学材料科学基础历年考研真题 2015年东北大学829材料科学基础考研真题(回忆版) 2014年东北大学829材料科学基础考研真题 6.北京工业大学材料科学基础历年考研真题及详解 2012年北京工业大学875材料科学基础考研真题 2009年北京工业大学875材料科学基础考研真题及详解 2008年北京工业大学875材料科学基础考研真题及详解 7.中国科学技术大学材料科学基础历年考研真题 2014年中国科学技术大学802材料科学基础考研真题 2013年中国科学技术大学802材料科学基础考研真题 2012年中国科学技术大学802材料科学基础考研真题 8.东华大学材料科学基础历年考研真题 2013年东华大学822材料科学基础考研真题 2012年东华大学822材料科学基础考研真题 9.南京航空航天大学材料科学基础历年考研真题及详解 2014年南京航空航天大学818材料科学基础(A卷)考研真题 2013年南京航空航天大学818材料科学基础(A卷)考研真题 2008年南京航空航天大学818材料科学基础考研真题及详解 10.其他名校材料科学基础历年考研真题及详解 2011年武汉理工大学833材料科学基础考研真题及详解

武汉理工大学考研习题及答案--材料科学基础科目

材料科学基础习题 1 .固体硫有两种晶型( 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。 2 .图(1 )是具有多晶转变的某物质的相图,其中DEF 线是熔体的蒸发曲线。KE 是晶型I 的升华曲线;GF 是晶型II 的升华曲线;JG 是晶型Ⅲ的升华曲线,回答下列问题: (1) 在图中标明各相的相区,并把图中各无变点的平衡特征用式子表示出来。 (2) 系统中哪种晶型为稳定相? 那种晶型为介稳相? (3) 各晶型之间的转变是单向转变还是双向转变? 3 .在SiO2系统相图中,找出两个可逆多晶转变和两个不可逆多晶转变的例子。 4 .根据Al2O3—SiO2 系统相图说明: (1) 铝硅质耐火材料,硅砖( 含SiO2>98 %) 、粘土砖( 含Al2O3 35 ~50 %) 、高铝砖( 含Al2O3 60 ~90 %) 、刚玉砖( 含Al2O3>90 %) 内,各有哪些主要的晶相。 (2) 为了保持较高的耐火度,在生产硅砖时应注意什么? (3) 若耐火材料出现40 %液相便软化不能使用,试计算含40(mol) Al2O3的粘土砖的最高使用温度。 5 .在CaO-SiO2系统与Al2O3-SiO2系统中SiO2的液相线都很陡,为什么在硅砖中可掺人约2 %的CaO 作矿化剂而不会降低硅砖的耐火度,但在硅砖中却要严格防止原料中混入Al2O3 否则会使硅砖耐火度大大下降。 6 .加热粘土矿物高岭石(Al2O3·2SiO2·2H2O) 至600 ℃时,高岭石分解为水蒸气和Al2O3·2SiO2,继续加热到1595 ℃时会发生什么变化?在这温度下长时间保温达到平衡,系统的相组成如何?当系统生成40 %液相时,应达到什么温度?在什么温度下该粘土完全熔融? 7 .图(2)是最简单的三元系统投影图,图中等温线从高温到低温的次序是t 6 >t 5 >t 4 >t 3 >t 2 >t 1 根据此投影图回答: (1) 三个组分A 、B 、C 熔点的高低次序是怎样排列的。 (2) 各液相面下降的陡势如何? 那一个最陡? 那一个最平坦? (3) 指出组成为65 %A ,15 %B ,20 %C 的系统的相组成点,此系统在什么温度下开始结晶? 结晶过程怎样? (表明液、固相组成点的变化及结晶过程各阶段中发生的变化过程)。 (4) 计算第一次析晶过程析出晶相的百分数是多少? 第二次析晶过程结束时,系统的相组成如何? 结晶结束时系统的相组成又如何? 8 .图(3) 为生成二个一致熔融二元化合物的三元系统,据图回答下列问题: (1) 可将其划分为几个简单的三元系统? (2) 标出图中各边界及相区界线上温度下降方向, (3) 判断各无变量点的性质,并将它们的平衡特征式子表示出来。 9 .图(4) 是生成一致熔融二元化合物(BC) 的三元系统投影图。设有组成为: A :35 %,B :35 %,C :30 %的熔体,试确定其在图中的位置。冷却时该熔体在何温度下开始析出晶体。 10 .如图(5) A-B-C 三元系统相图,根据相图回答下列问题: 1 .在图上划分副三角形、用箭头表示各条界线上温度下降方向及界线的性质; 2 .判断化合物D 、M 的性质; 3 .写出各三元无变量点的性质及其对应的平衡关系式;

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