四川大学期末考试试题A 卷
（2007 ——2008 学年第1 学期）
课程号：30104335 课序号：0 课程名称：材料物理化学任课教师：杨为中成绩：
适用专业年级：无机非金属材料工程05 级，生物医学工程05 级
学生人数： 印题份数：80 学号： 姓名：
考试须知
四川大学学生参加由学校组织或由学校承办的各级各类考试，必须严格执行《四川大学考试工作
管理办法》和《四川大学考场规则》。有考试违纪作弊行为的，一律按照《四川大学学生考试违纪作
弊处罚条例》进行处理。
四川大学各级各类考试的监考人员，必须严格执行《四川大学考试工作管理办法》、《四川大学考
场规则》和《四川大学监考人员职责》。有违反学校有关规定的，严格按照《四川大学教学事故认定
及处理办法》进行处理。
（试题说明：相图分析题的析晶路线分析可直接在试题上标注，其余所有试题均必须作在
答题纸上）
一．选择/填空题（共27 分，18 空，每空1.5 分，选择题均为单项选择）
1. 等径球体作紧密堆积，其堆积系数为。
A.68％、B.80％、C.74％、D、64％
2. 相平衡研究方法包括动态法和静态法，其代表分析方法为和等。
3. 扩散的主要迁移机构为和两种。
A.易位机构、B.空位机构、C.推填机构、D.间隙机构
4. 烧结过程中，晶粒长大并不是小晶粒板结的结果，而是的结果。
5. 组成为Na2O.1/2Al2O3.2SiO2 的玻璃，其玻璃结构参数Y 值为。
6. 烧结的根本推动力能量差，是指之差。
7. 一级相变的典型特征为相变前后和发生突变。
A.热容、B.体积、C.热膨胀系数、D.吉布斯自由能、E.熵（焓）、F.压缩系数
8. 熔体析晶遵循形核－长大机理，I、U 曲线峰值大小及位置直接影响析晶过程及制品性
质，当I－U 重叠面积大且过冷度大时，容易得到。
A. 不能析晶，得到玻璃、B.晶粒少、尺寸大的粗晶、C.晶粒多、尺寸小的细晶
9. 某晶体材料的扩散系数lnD 与1/T 关系曲线在不同温度区间出现了不同斜率的直线，。
这主要是由于所致。
A. 扩散系数不同、B.扩散活化能不同、C.扩散机构改变、D.扩散温度不同
10. 陶瓷上釉工艺中，由于晶界应力的影响，一般要求釉层的热膨胀系数要陶瓷
基体的热膨胀系数。
A. 略大于、B.远小于、C.完全相等、D.略小于、E.远大于
11. 刃位错是重要的线缺陷，其特点为和。
12. 正常晶粒长大的某氧化物颗粒，未烧结前颗粒大小为0.1um，烧结1 小时后，晶粒尺
寸长大为原来的2 倍，烧结小时后，晶粒长大为原来的4 倍。
13. 两种固体形成连续固溶体（完全互溶固溶体）的条件主要有： 和等。
二. 名词解释/解答（共16 分，每题4 分）
1. 无规网
络学说2. 弗伦克尔缺陷
3. 溶解－沉淀传质4. （纳米材料）表面效应
本题2 页，本页为第1 页
三. 结构分析（共7 分）
滑石和白云母都是制作陶瓷的重要原料，其平行于层面的示意图可表示为下图，1）请
阐述图示两种层状硅酸盐结构，2）并说明为什么滑石比白云母软得多。
四．综合题（共50 分，每题10 分）
1. 固相反应有哪些显著特征。
2. 用20mol% YF3 加入CaF2 中形成固溶体，实验测得固溶体的晶胞参数a=0.55nm，
测得固溶体密度ρ=3.64g/cm3，试计算说明固溶体的类型？（元素的相对原子质量：
Y=88.90；Ca=40.08；F=19.00）
3. NaCl 和MgO 均为NaCl 型结构，但MgO 的熔点为2800℃，NaCl 的仅为801℃，
通过晶格能计算说明这种差别。（NaCl 半径0.283nm，MgO 半径0.212nm）
4.陶瓷表面形成金属层（如：被银）的工艺称为陶瓷表面金属化，所被金属层可作为电容器、半导
体元件等的电极，金属电极对瓷件的表面的润湿性十分重要。若需对Al2O3 瓷件表面被银，已知1000℃
时，γ（Al2O3，S）＝1.0×10－3N/m，γ（Ag，L）＝0.92×10-3N/m，γ（Ag，L）/γ（Al2O3，S）＝1.77×10-3N/m。
问高温下，液态银能否润湿瓷件表面？可以用什么办法改善润湿性。
5. 相图分析：分析M、N 点的析晶过程。（考虑是否发生穿晶区过程？）
注：1 试题字迹务必清晰，书写工整。本题2 页，本页为第2 页
2 题间不留空，一般应题卷分开教务处试题编号：
3 务必用A4 纸打印
A
C
B
E1 E2
S e1 e2
e3
e4
M
N
K
K
Mg
Al
Si
O
OH
参考答案
一、选择/填空（1.5 分/空）
1. C，
2. 差热/冷却曲线/热膨胀/电导或电阻淬冷法
3. B，D 4. 晶界移动
5. 3.66 6. 粉体表面能和陶瓷晶界能之间的能量差
7. B，E（或E，B） 8. C
9. B 10. D
11. 滑移方向与位错线相互垂直，伯格斯矢量与位错线相互垂直
12. 5h 13. 结构相同和电价相等
二、名词解释（4 分/题）
1. 无规网络学说－认为玻璃体的结构与晶体结构类似，也是由氧（负）离子多面体以顶
角相连的形式在三维空间形成网络；晶体结构网络是由多面体规律性的周期排列而成，而
玻璃体结构网络中多面体的排列是拓扑无序的。
2. 弗伦克尔缺陷－正常位置原子（离子）受热激发，脱离平衡位置进入附近间隙位置，
在原位置上留下空位所形成的点缺陷。（答题要点：热激发、间隙＋空位）
3. 溶解－沉淀传质－在有固液两相的烧结中，当固相在液相中有可溶性，此时的烧结传
质过程为部分固相溶解，而在另一部分固相上沉积，直至晶粒长大、颗粒重排获得致密的
烧结体
4. （纳米材料）表面效应－随着纳米颗粒，直径减小，表面积急剧增大，处
于表面的原
子数迅速增加，表面能、表面张力随之增大，引起纳米粒子性质变化。
三、结构题。(7 分)
1. 层状硅酸盐的结构单元为由二维向排列的硅－氧四面体片和铝（镁）氧八面体片组成晶层在c
轴方向平行堆积而成，图中两者层状硅酸盐结构均为2：1 型层状（2 层Si－O 四面体中间夹一层
八面体层构成）（3 分）
滑石结构中：八面体为Mg－O 三八面体；（1 分）
白云母为Al－O 二八面体，另外，Si－O 四面体中部分Si4＋被Al3＋取代，K＋进入附网层间以平衡
多余负电荷（1 分）
2. （2 分）因滑石层间由范德化力结合，结合力较弱；而白云母层间通过K＋以离子健方式结构，
故结合更强。
四．综合题（共50 分，每题10 分）
1. 答：1）固相反应开始温度远低于反应物熔点或反应混合物低共熔点，与反应物内
部开始呈明显扩散作用温度一致（泰曼温度）；
2）非均相反应：以固体颗粒相互接触为发生化学作用和物质输运前提条件。
3）当反应物之一存在有多晶转变时，则转变温度通常也是反应开始明显进行的温度—
—海得华定律。
4）反应动力学具有复杂性和多相性。
2. 解：YF3 加入CaF2 的缺陷反应方程如下：
1） 1 分
2） 1 分
方程（1）和（2）的固溶式：(1)
(2)
2
3 ' 2 C a i F
Y F .C.a F.. Y . . F . F
2
3 2 2 '' 6 C a C a F
Y F .C.a F.. Y . . V . F
1 x x 2 x C a Y F . .
1 3 x / 2 x 2 C a Y F .
按题意x=0.2 代入上述固溶式得：间隙型固溶体分子式为Ca0.8Y0.2F2.2 1 分
置换型固溶体分子式为Ca0.7Y0.2F2； 1 分
它们的密度分别设为ρ1 和ρ2。
CaF2 是萤石型晶体，单位晶胞内含有4 个萤石分子。
ρ1= =3.659（g/cm3） 2 分
ρ2= =3.346（g/cm3） 2 分
由ρ1 与ρ2 计算值与实测密度ρ=3.64g/cm3 比较，ρ1 值接近3.64g/cm3，因此0.2mol
YF3 加入CaF2 中形成间隙型固溶体。2 分
3.
（3 分）
解：
带入Z、n、A 得：<写出n 值（1 分），若未写，后面计算正确也不扣分）>
U（NaCl）＝753kJ/mol（2 分）; U（MgO）＝3922.06kJ/mol（2 分）
MgO 晶格能远高于NaCl，故相应熔点也远高于后者（2 分）
4.
润湿角Young 公式，
说明：液态银不能润湿氧化铝瓷件表面。1 分
改善方法： 1、去除固体表面的吸附膜，提高.SV
2、瓷件表面抛光磨平，改变粗造度
3、更换电极材料，降低.SL
5. 相图分析：分析M、N 点的析晶过程。（考虑是否发生穿晶区过程？）
液相点：
3 分
5 分
固相点略2 分
1 2
0
138.6 1
(1 )( / )
( )
Z Z A
U kJ mol
r nm n
. .
2
2 1 2
1 0 ( )
L A L A S L S
f f f
L B S
f f
c
d E L B C S
N . b . . .
. . .
. .
. .
.. ... .. . ... .. ...
.. . ... . . .
1 0
2
2 1
1 0
( )
( )
f
L A L A C
f f
L C S
f f
E L A C S
E L B C S
M a .
. . .
. .
. .
. .
.. ... .. . ... . . .
.. . ... . . .
A
C
B
E1
E2
S e1 e2
e3
e4
M
a
S
B
C
A N b
c
d
0
1.00 1.77
cos 0.837
0.92
146.9
SV SL
VL
. .
.
.
.
. .
. . . . .
. . 5 分
4 分