试题一
一. 图1是Na
2
O的理想晶胞结构示意图，试回答：
1．晶胞分子数是多少；
2．结构中何种离子做何种密堆积；何种离子填充何种空隙，所占比例是多少；
3．结构中各离子的配位数为多少，写出其配位多面体；
4．计算说明O2-的电价是否饱和；
5．画出Na
2
O结构在（001）面上的投影图。
一、1：4；
2：O2-离子做面心立方密堆积，Na+填全部四面体空隙；
3：=4CN O2-=8 [NaO
4][ONa
8
]；
4：O2-电价饱和，因为O2-的电价=（Na+的电价/Na+的配位数）×O2的配位数；
5：
二. 图2是高岭石(Al
2O
3
·2SiO
2
·2H
2
O)结构示意图，试回答：
1．请以结构式写法写出高岭石的化学式；
2．高岭石属于哪种硅酸盐结构类型；
3．分析层的构成和层的堆积方向；
4．分析结构中的作用力；
5．根据其结构特点推测高岭石具有什么性质。
三. 简答题：
1.晶体中的结构缺陷按几何尺寸可分为哪几类？
点缺陷线缺陷面缺陷体缺陷
2.什么是负扩散？由低浓度向高浓度扩散
3．烧结初期的特征是什么？
4.硅酸盐晶体的分类原则是什么？
5.烧结推动力是什么？它可凭哪些方式推动物质的迁移？
6.相变的含义是什么？从热力学角度来划分，相变可以分为哪几类？
随自由能的变化而发生的相的结构的变化，一级相变、二级相变和三级相变。
四. 出下列缺陷反应式：
1.NaCl形成肖特基缺陷；O-VNA’+VCL,
2.AgI形成弗仑克尔缺陷（Ag+进入间隙）；AGAG-VAG’+AGI,
3.TiO
2掺入到Nb
2
O
3
中，请写出二个合理的方程，并判断可能成立的方程是
哪一种？再写出每个方程的固溶体的化学式。
4.NaCl溶入CaCl
2
中形成空位型固溶体
1：O←→VNa ′+VCl˙
2：AgAg→Agi˙+VAg′
3：3TiO
23Ti
Nb˙
+V
Nb˙
+6O
O
2TiO
2
2Ti
Nb˙
+O
i′′
+3O
Nb
2-x Ti
3x
O
3
可能成立Nb
2-2x
Ti
2x
O
3+x
4：NaCl NaCa′+ClCl+VCl˙
五. 表面力的存在使固体表面处于高能量状态，然而，能量愈高系统愈不稳定，那么固体是通过何种方式降低其过剩的表面能以达到热力学稳定状态的。
答：一是通过表面质点的极化、变形、重排来降低表面能，二是通过吸附来降低表面能
六.粒径为1μ的球状Al
2O
3
由过量的MgO微粒包围，观察尖晶石的形成，
在恒定温度下，第一个小时有20%的Al
2O
3
起了反应，计算完全反应的时间：⑴
用杨德方程计算；⑵用金斯特林格方程计算。
七.请分析熔体结构中负离子团的堆积方式、聚合度及对称性等与玻璃形成之关系。
当O/Si由2→4时，熔体中负离子团的堆积形式由三维架状转化为孤立的岛状，负离子团的聚合度相应的降至最低。一般情况下，熔体中负离子团的聚合度越高，特别是形成三维架状的空间网络时，这些大的聚合离子团位移、转动、重排都比较困难，故质点不易调整成规则排列的晶体结构，易形成玻璃。熔体中负离子团的对称性越好，转变成晶体越容易，则形成玻璃愈难，反之亦然。
八.试从结构和能量的观点解释为什么D晶界>D晶内？
晶界上质点排列结构不同于内部，较晶体内疏松，原子排列混乱，存在着许多空位、位错、键变形等缺陷，使之处于应力畸变状态，具有较高能量，质点在晶界迁移所需活化能较晶内为小，扩散系数为大。
九.试分析二次再结晶过程对材料性能有何影响？工艺上如何防止或延缓二次再结晶的发生？
十.图3是A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题：
1．写出点P，R，S的成分；
2．设有2kgP，问需要多少何种成分的合金Z才可混熔成6kg成分为R的合金。
P R S
ωA20 10 45
ωB10 60 45
ωC70 30 10
十一.图4是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、用箭头表示各条线上温度下降方向及界线的性质；
2．判断化合物D、F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；
4．写出组成点G在完全平衡条件下的冷却结晶过程；
5．写出组成点H在完全平衡条件下的冷却结晶过程，写出当液相组成点刚刚到达E4点和结晶结束时各物质的百分含量（用线段比表示）。
[参考答案]
试题一答案
二、1：Al
4[Si
4
O
10
](OH)
8
；
2：单网层状结构；
3：一层硅氧层一层水铝石层且沿C轴方向堆积；
4：层内是共价键，层间是氢键；
5：片状微晶解理。
三、1：点缺陷，线缺陷，面缺陷；
2：由低浓度向高浓度的扩散；
3：坯体间颗粒重排，接触处产生键合，大气孔消失，但固-气总表面积变化不大；
4：按硅氧比值分类或按硅氧聚和体的大小分类；
5：表面能的降低，流动传质、扩散传质、气相传质和溶解-沉淀传质；
。
1：t=195h2：t=68h
九、二次再结晶出现后，由于个别晶粒异常长大，使气孔不能排除，坯体不在致密，加之大晶粒的晶界上有应力存在，使其内部易出现隐裂纹，继续烧结时坯体易膨胀而开裂，使烧结体的机械、电学性能下降。工艺上常采用引入适当的添加剂，以减缓晶界的移动速度，使气孔及时沿晶界排除，从而防止或延缓二次再结晶的发生。
十、
十一、略
一、(1)（12分）根据CaTiO
3
晶胞图（见图1）回答下列问题：
1.晶面BCGF、DEG的晶面指数；晶向DF、HA的晶向指数。
2.结构中各离子的配位数为多少，写出其配位多面体；
3.晶胞分子数是多少？何种离子添何种空隙，空隙利用率是多少？
4.结构中是否存在TiO
3
2-离子，为什么？
(2)（11分）图2是镁橄榄石(Mg2[SiO4])结构示意图，试回答：
1．镁橄榄石属于哪种硅酸盐结构类型；
2．计算说明O2-的电价是否饱和；
3．结构中有几种配位多而体，各配位多面体间的连接方式怎样? 4．镁橄榄石是否容易形成玻璃，为什么？
图1 图2
二、（10分）写出下列缺陷反应式：
1.NaCl形成肖脱基缺陷。
2.AgI形成弗伦克尔缺陷（Ag+进入间隙）
3.TiO
2掺入到Nb
2
O
3
中，请写出二个合理的方程，写出固溶体的化学式，
并判断可能成立的方程是哪一种？
1、O?VNa ′+VCl˙
2、Ag
Ag →A
Ai
+V
Ag′
3、3TiO
23Ti
Nb˙
+V
Nb′′′
+6O
2TiO
2
2Ti
Nb˙
+O
i′′
+3O
Nb
2-x Ti
3x
O
3
可能成立Nb
2-2x
Ti
2x
O
3+x
三、（10分）判断下列叙述是否正确？若不正确，请改正。
1.Na
2O-SiO
2
系统中随SiO
2
含量的增加，熔体的粘度将降低。增大
2.扩散的推动力是浓度梯度，所有扩散系统中，物质都是由高浓度处向低浓度处扩散。
错误，可以由低浓度向高浓度扩散，即是负扩散
3.晶粒正常长大是小晶粒吞食大晶粒，反常长大是大晶粒吞食小晶粒。
4.固溶体是在固态条件下，一种物质以原子尺寸溶解在另一种物质中形成的单相均匀的固体。正确
5.在热力学平衡条件下，二元凝聚系统最多可以3相平衡共存，它们是一个固相、一个液相和一个气相。一个液相两个固相
三、1．(2分)粘度增加；
2．(2分)扩散也可以从低浓度向高浓度进行；
3．(2分)都是晶界移动的结果。正常长大是晶粒平均尺寸增加，反
常长大是个别大晶粒尺寸异常增加。
4．(2分)正确
5．(2分)两个固相和一个液相
四、（6分）什么叫弛豫表面？NaCl单晶表面具有什么样的结构特点？
答：表面上的原子产生相对于正常位置的上、下位移，称为表面弛豫。(2分) NaCl单晶中处于表面层的负离子只受到上下和内侧正离子的作用，而外侧是不饱和的。电子云将被拉向内侧的正离子一方而变形，使该负离子诱导成偶极子。这样就降低了晶体表面的负电场。接着，表面层离子开始重排以使之在能量上趋于稳定。为此，表面的负离子被推向外侧，正离子被拉向内侧从而形成了表面双电层。(4分)
五、（6分）巳知Zn2+和Cr2+在尖晶石ZnCrO
4
中的自扩散系数与温度的关系分别为
1.试求1403K时Zn2+和Cr2+在尖晶石ZnCrO
4
中的扩散系数。
2.将细铂丝涂在两种氧化物ZnO和Cr
2O
3
的分界线上，然后将这些压制
成型的样品进行扩散退火。（标记物铂丝非常细，不影响离子在不同氧化物之间的扩散）。根据所得数据判断铂丝将向哪一方向移动？
答案
(2分)
(2分)
因为<,所以铂丝向Cr
2O
3
方向移动。(2分)
六、（6分）为什么在成核一生成机理相变中，要有一点过冷或过热才能发生相变?什么情况下需过冷，什么情况下需过热，各举一个例子。
由热力学可知，在等温、等压下有
在平衡条件下，，则有
式中：Ｔ0是相变的平衡温度；为相变热。
若在任意温度的不平衡条件下，则有
若与不随温度而变化，将上式代入上式得：
可见，相变过程要自发进行，必须有，则。
(1)若相变过程放热（如凝聚、结晶等）。要使，必须有
，，即，这表明系统必须“过冷”。
(2)若相变过程吸热（如蒸发、熔融等），要满足这一条件则必须，即，这表明系统要自发相变则必须“过热”。
七、（6分）粒径为1μ球状Al
2O
3
由过量的MgO微粒包围，观察尖晶石
的形成，在恒定温度下，第一个小时有20%的Al
2O
3
起了反应，分别用扬德方程、
金斯特林格方程计算完全反应的时间，对计算结果进行比较并说明为什么？七、扬德方程[1—（1—G）1/3]2=K
4
t t=194.6h(2分)
金斯特林格方程1—2/3G—（1-G）2/3=K
6
t t=68.1t=68.1(2分) 扬德方程假设反应过程中扩散截面不变，而金斯特林格方程考虑了反应中扩散截面的变化。随反应的进行，反应物体积减小，扩散截面变小，所需反应时间要比扬德假设所计算出的时间短。(2分)
八、（6分）陶瓷材料中晶粒的大小与什么有关？工艺上如何控制晶粒尺寸（请列出三种途径）？
九、（26分）图3 是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；
4．写出组成点G在完全平衡条件下的冷却结晶过程；
5．写出组成点H在完全平衡条件下进行加热时，开始出现液相的温度和完全熔融的温度；写出完全平衡条件下进行冷却，结晶结束时各物质的百分含量（用线段比表示）。
图3
试题二答案
一、(1)1、（010）（111） [111][101]；(4分)
3、1；Ti4+添八面体空隙，八面体空隙利用率1/4，四八面体空隙全；(3分)
4、否，因为Ti4+和O2-间没有明显的共价键成分。(2分)
(2)1、岛状结构；(1分)；
2、O2-与一个[SiO
4]、三个 [MgO
6
]配位：4/4×1+2／6×3=2= O2-的
电价，O2-的电价(2分)；
3、结构中有两种配位多面体[SiO
4]、[MgO
6
] (2分)；[SiO
4
]呈孤立
的岛状，中间被[MgO
6]隔开，SiO
4
]与 [MgO
6
]之间共顶或共棱连接，同层的[MgO
6
]
之间共棱、不同层的[MgO
6
]之间共顶连接；(4分)
4、不易，因为镁橄榄石的Si/O=1/4，最低，网络连接程度弱，结构中络阴离子团尺寸小，迁移阻力小，熔体的粘度低，冷却过程中结构调整速率很快。(2分)
八、陶瓷材料中晶粒的大小与物料的原始粒度、烧结温度和时间等因素有关；(3分)
控制晶粒尺寸方法：控制原始粒度均匀细小，控制烧结温度和时间，添加剂等。(3分)
九、1、见图，付三角形3分，界线性质1分，界线上温度降低的方向4.5分；
2、D，一致熔融二元化合物，高温稳定、低温分解；(1.5分)
M，不一致熔融三元化合物；（1分）
3、（4分）E1，单转熔点，
E2，低共熔点，
E3，单转熔点，
E4，过渡点，
4、（6分）
L (结晶结束)
S （产物C+B+M）
5、E2温度（1分），H点所在温度（1分）；过H点做副三角形BCM
的两条边CM、BM的平行线HH
1、HH
2
，
C%=BH
2/BC×100%，B%=CH
1
/BC×100%，C%=H
1
H
2
/BC×100%（3分）。
一、根据CaTiO
3
晶胞图（见图1）回答下列问题（18）：
1、晶面BCGF、HAC的晶面指数；晶向DF、AH的晶向指数。
2、结构中各离子的配位数为多少，写出其配位多面体；
3、晶胞分子数是多少？何种离子添何种空隙，空隙利用率是多少？
4、计算说明O2-的电价是否饱和；
5、结构中是否存在TiO
3
2-离子，为什么？
图 1
二、下列硅酸盐矿物各属何种结构类型（6）：
r-Ca
2[Si0
4
]， K[AISi
3
O
8
]， CaMg[Si
2
O
6
]，
Mg
3[Si
4
O
10
](OH)
2
， Ca
2
Al[AlSiO
7
]， Ca
2
Mg
5
[Si
4
O
11
]（OH）
2
三、1、写出下列缺陷反应式（10）：
(1) CaCl
2
溶人NaC1中形成空位型固溶体，并写出固溶体的化学式；
(2) NaCl形成肖脱基缺陷。
2、为什么间隙型固溶体不能形成无限固溶体？
三、（1）CaCl
2V
Na
′+2Cl
Cl
+CaNa′(2分)
NaC
1-2x Ca
x
Cl (1分)
（2）O V
Na ′+V
Cl
′(2分)
（3）一是因为晶体中的间隙位置有限，二是因为间隙质点超过一定的限度会不破坏晶体结构的稳定性。
四、硅酸盐熔体的结构特征是什么？从Na
2O—SiO系统出发，随引入B
2
O
3
量的增加，系统的粘度如何变化，为什么？（10）
[SiO
4
]为基本结构单元，四面体组成形状不规则大小不同的聚合力子团，络阴离子团之间依靠金属离子连接。（4分）；
从Na
2O—SiO
2
系统出发，随引入B
2
O
3
量的增加， [BO
3
]与游离氧结合，转变
为[BO
4
]，使断裂的网络重新连接，系统粘度增加（3分）；
继续引入B
2O
3
，B
2
O
3
以层状或链状的[BO
3
]存在，系统的粘度降低（3分）。
五、固体是如何降低系统的表面能的，为什么相同组成的固体的表面能总是高于液体的表面能？（8）
固体表面通过表面质点的极化、变形、重排降低固体的表面能（3分）；
液体分子可自由移动，通过形成球形表面来降低表面能（2分）；
固体质点不能自由移动，只能通过表面质点的极化、变形、重排降低表面能，因此表面能总是高于同组成的液体的表面能（3分）。
六、假定碳在α—Fe(体心立方)和γ—Fe（面心立方）中进行扩散，碳在α—Fe中的D0和扩散活化能为0.0079、83600J/mol，碳在γ—Fe中的D0和扩散活化能为0.21和141284J/mol，计算800℃时各自的扩散系数并解释其差别。（6）
由公式D=D
0exp(-Q/RT)；（1分）计算D
α=6.72*10
-7；（1分） D
γ=2.7*10
-8（1
分）；D
α〉Dγ；（1分）因为体心结构较面心结构疏松（2分）。
七、为什么在成核一生成机理相变中，要有一点过冷或过热才能发生相变? 什么情况下需过冷，什么情况下需过热，试证明之。（6）
由热力学可知,在等温、等压下有
在平衡条件下, =0，则有
式中：Ｔ
是相变的平衡温度；为相变热。
若在任意温度T 的不平衡条件下，则有
若与不随温度而变化，将上式代入上式得：
可见，相变过程要自发进行，必须有<0,则<0 。
（3）若相变过程放热（如凝聚、结晶等）<0。要使<0，必须有>0，
，即T
>T，这表明系统必须“过冷”。
（4）若相变过程吸热（如蒸发、熔融等）>0,要满足<0这一条件则
必须<0，即T
八、如果要合成镁铝尖晶石，可供选择的原料为Mg(OH) 2、MgO、γ-Al 2 O 3 、 α-Al2O3，从提高反应速率的角度出发，选择什么原料较好？请说明原因。（6） 八、选择Mg(OH) 2、γ-Al 2 O 3 （3分）；因为反应活性高，结构不稳定（3分）。 九、下列过程中哪一个能使烧结体强度增大，而不产生坯体宏观上的收缩? （6分） (a)蒸发冷凝、 (b) 体积扩散、 (c)粘性流动、 (d)表面扩散、(e)溶解沉淀 十、图2是A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题（24）： 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S 1、S 2 、S 3 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； 4．写出组成点G在完全平衡条件下的冷却结晶过程； 5．写出组成为H的混合物在完全平衡条件下进行加热时，开始出现液相的温度和完全熔融的温度；写出组成H的混合物在完全平衡条件下进行冷却，结晶结束时各物质的百分含量（用线段比表示）。 图 2 试题三答案 一、1 （100）（111） [111] [0-11] 各1分 2 CNT i 4+=6 [T i O 6 ] CN Ca 2+=12 [CaO 12 ] CN O 2--=6 [OTi 2 Ca 4 ] 各1分 3 Z=1(1分) T i 4+ (1分)占据1/4八面体空隙(1分) 4 因为：Z +=2/12*4+4/6*2=2=Z - 所以：饱和 (3分) 5 不存在，因为是复合氧化合物。(2分) 二、岛状、架状、链状、层状、组群状、链状各1分 九、蒸发冷凝、表面扩散 十、1．见图（6分）； 2．S 1二元不一致熔融化合物，S 2二元不致熔融化合物，S 3三元不一致熔融化合物；（各1分） 3．P 1：过渡点A+B S ；P 2：双转熔点L+B+S 1=S 3；P 3：低共熔点L=B+C+S 3；P 4：单转熔点L+A =S 2+S 1；P 5单转熔点L+S 1= S 2+S 3；P 6低共熔点 L=C+S 2+S 3；（各1分） 4．（4分） L: (结晶结束) S:（产物S 1+ S 2+S 3） 5．P 3,H,B ：C ：S 3=CC 1：BB 1：B 1C 1 （5分） 一、填空题（2×10=20分） 1、依据（ ）之间关系的不同，可以把所有晶体的空间点阵划归为七类，即（ ）晶系、单斜晶系、（ ）晶系、三方晶系、正方晶系、六方晶系和（ ）晶系。 2、扩散的基本推动力是（化学位梯度），一般情况下以（浓度梯度 ）等 形式（列出一种即可）表现出来，扩散常伴随着物质的（定向迁移）。 3、晶面族是指（）的一组晶面，同一晶面族中，不同晶面的指数的（大小）相同，只是（符号）不同。 、萤石中，加入同样的外来杂质原子，可以预料形 4、向MgO、沸石、TiO 2 >MgO）。 成间隙型固溶体的固溶度大小的顺序将是（沸石>萤石>TiO 2 5、烧结过程可以分为（）三个阶段，在烧结的中后期，与烧结同时进行的过程是（）。 6、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）正确，因为（固体表面存在弹性能）。 7、驰豫表面是指（固体表面的原子会产生相对于正常位置的上下移动），NaCl单晶的表面是（弛豫表面）。 8、一般的固态反应包括（相界面的化学反应和固相内的物质迁移）两个过程，化学动力学范围是指（反应物通过产物层的扩散速度远远大于在接触面上的化学反应速度）。 )、镁橄榄石三种矿物的 9、从熔体结构角度，估计长石、辉石(MgO?SiO 2 高温熔体表面张力大小顺序（）。 10、刃性位错的柏氏矢量与位错线呈（垂直）关系，而螺位错两者呈（平行）关系。 二、填空题（第1题每空0.5分，其它每空1分，总计20分） 1. 晶胞参数，三斜，正交（斜方），立方。 2. 化学位梯度，浓度梯度的，定向迁移。 3. 原子排列状况相同但位向不同，数字相同、数序和正负号不同。 4. 沸石>萤石>TiO >MgO。 2 5. 烧结初期、烧结中期和烧结后期，再结晶和晶粒长大。 6. 是，固体质点不能自由移动。 7. 在垂直于表面的方向上原子间距不同于该方向上晶格内部原子间距的表面，驰豫表面。 8. 相界面上的化学反应和反应物通过产物层的扩散，相界面上的化学反应速率远小于反应物通过产物层的扩散速率。 9. 镁橄榄石>辉石>长石。 10. 垂直平行。 二、Zn2+在ZnS中扩散时，563℃时的扩散系数为3×10-14cm2/sec，450℃时的扩散系数为1.0×10-14cm2/sec,（10分） ； 求:(1) 扩散的活化能和D (2) 750℃时的扩散系数。 exp(-Q/RT) 2分 、10分）解：(1) D=D T=563+273=836K时，D=3×10-14cm2/s 2分 T=450+273=723K时，D=1.0×10-14cm2/s 2分 代入上式可求 Q=48875J，D =0.34×10-11cm2/s 2分 exp(-Q/RT) =1.1×10-14 cm2/s 2分 (2) D=D 三、根据Mg 2[SiO 4 ]在(110)面的投影图回答（10分）： (1) 结构中有几种配位多面体，各配位多面体间的连接方式怎样? (2) O2-的电价是否饱和? (3) 晶胞的分子数是多少? (4) Si4+和Mg2+所占的四面体空隙和八面体空隙的分数是多少? 黑球：Si 小白球： 大白球： 图 2 四、铜在过冷的液体中均匀形核，设晶胚为球状，半径为r。已知 △Gv=—3.6×106J/cm3；液固界面的界面能为σ=0.15J/cm2；铜为面心立方结构， 其点阵常数a=0.361nm,1nm=10-7cm。（10分） 求:(1) 根据能量方程导出临界晶核半径r*的表达式，并计算其大小； (2) 求出临界晶核中的原子个数。 四、 1、∵△G ＝·△G V ＋·σ 令则 已知：△G V ＝－3.6×106J/cm3；σ＝0.15 J/cm2 ∴ ＝8.33×10－8cm（5分） 2、 个（5分） 五、熔体结晶时（10分）： (1) 讨论温度对总结晶速率的影响； (2) 指出在哪一温度范围内对形成玻璃有利，为什么？ 1．如右图，I表示核化速率，u表示晶化速率（5分）； 2．在阴影部分以外的温度对形成玻璃有利，因为此时核化速率与晶化速率 都较小或只存在一种情况（5分） 六、1．写出下列缺陷方应方程式。（5分） 1）TiO 2加入到A1 2 O 3 中（写出两种）； 2）NaCl形成肖脱基缺陷。 2．画出体心立方点阵的晶胞结构图，并在图中作出(112)晶面和晶向。（5分） 3．实验室要合成镁铝尖晶石，可供选择的原料为Mg(OH) 2 、MgO、 Al 2O 3 ·3H 2 O、γ-Al 2 O 3 、α-Al 2 O 3 。从提高反应速率的角度出发，选择什么原料较 好？请说明原因。（5分） 1）（2分） （2分） 2）（1分） 2 体心立方点阵的晶胞结构图（2分）， (112)晶面和晶向（各1.5分）。 3 选择Mg(OH) 2、γ-Al 2 O 3 ；因为反应活性高，结构不稳定。（3+2） 七、如图A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题（25分）： 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F、G、H 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； 4．写出组成点M1在完全平衡条件下的冷却结晶过程； 5．写出组成点M2在完全平衡条件下进行加热时，开始出现液相的温度和完全熔融的温度；写出完全平衡条件下进行冷却，结晶结束时各物质的百分含量（用线段比表示）。 图 2试题四答案 三、（10分）解：（1）有两种配位多面体，[SiO 4]，[MgO 6 ]，同层的[MgO 6 ]八面 体共棱，如59[MgO 6]和49[MgO 6 ]共棱75O2-和27O2-，不同层的[MgO 6 ]八面体共顶， 如1[MgO 6]和51[MgO 6 ]共顶是22O2-，同层的[MgO 6 ]与[SiO 4 ]共顶，如T[MgO 6 ]和 7[SiO 4]共顶22O2-，不同层的[MgO 6 ]与[SiO 4 ]共棱，T[MgO 6 ]和43[SiO 4 ]共28O2-和 28O2-；2.5分 （3）z=4(2.5分)； （4）Si4+占四面体空隙=1/8，Mg2+占八面体空隙=1/2。（2.5分）。 六、1 七、1、见图；（6分） 2、G，一致熔融二元化合物； F，不一致熔融二元化合物；H，不一致熔融三元化合物（3分） 3、E 1 ，单转熔点， E 2 ，低共熔点， E 3 ，低共熔点， E 4 ，单转熔点， E 5 ，单转熔点， E 6 ，多晶转变点，（6分） 4、 L： (结晶结束)（B消失）（4分） S：（产物A+F+H）（2分） 5、E 2温度，M 2 点所在温度；过M 2 点做副三角形CGH的 两条边GH、GC的平行线M 2X、M 2 Y，C%=YH/HC×100%， H%=CX/HC×100%，G%=XY/HC×100%。（4分） 一、填空题（1′10=10分） 1、密排六方结构（等径球堆积）单位晶胞中分子数是（），配位数是（）。 2、Fick扩散第二定律的一维表达式为（）。 3、当晶核剂和晶核具有（接触角为零或者相似的结构）时，对核化最有利。 4、广义材料腐蚀是指材料由于（）而引起的破坏和变质过程。 5、烧结中后期所伴随的（）等，决定了材料显微结构的形成，也决定了材料最终的性质或性能。 6、固态物质的反应活性通常（较低，速度较慢），当反应物之一存在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或较高）。 7、从熔融态向玻璃态转化的过程是可逆的和渐变的，是在（一定温度下）范围内完成，无固定熔点。 8、刃位错的柏氏矢量与位错线呈（垂直）关系。 1螺位错：柏格斯矢量与位错线平行的位错。 2同质多晶：同一化学组成在不同热力学条件下形成结构不同的晶体的现象。 3晶胞：指晶体结构中的平行六面体单位，其形状大小与对应的空间格子中的单位平行六面体一致。 4肖特基缺陷：如果正常格点上的原子，热起伏过程中获得能量离开平衡位置，迁移到晶体的表面，在晶格内正常格点上留下空位，即为肖特基缺陷。肖特基缺陷：如果正常格点上的原子，热起伏过程中获得能量离开平衡位置，迁移到晶体的表面，在晶格内正常格点上留下空位，即为肖特基缺陷。 5聚合：由分化过程产生的低聚合物，相互作用，形成级次较高的聚合物，同时释放出部分Na2O，这个过程称为缩聚，也即聚合。 6非均匀成核：借助于表面、界面、微粒裂纹、器壁以及各种催化位置而形成晶核的过程。7稳定扩散：扩散质点浓度分布不随时间变化。 8玻璃分相：一个均匀的玻璃相在一定的温度和组成范围内有可能分成两个互不溶解或部分溶解的玻璃相(或液相)，并相互共存的现象称为玻璃的分相(或称液相不混溶现象)。 9不一致熔融化合物：是一种不稳定的化合物。加热这种化合物到某一温度便发生分解，分解产物是一种液相和一种晶相，两者组成与化合物组成皆不相同，故称不一致熔融化合物。10晶粒生长：无应变的材料在热处理时，平均晶粒尺寸在不改变其分布的情况下，连续增大的过程。 11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）本征扩散：空位来源于晶体结构中本征热缺陷，由此而引起的质点迁移。 12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。不稳定扩散：扩散物质在扩散层dx内的浓度随时间而变化，即dc/dt≠0。这种扩散称为不稳定扩散。（2.5分） （2.5分） 13可塑性：粘土与适当比例的水混合均匀制成泥团，该泥团受到高于某一个数值剪应力作用后，可以塑造成任何形状，当去除应力泥团能保持其形状，这种性质称为可塑性。（2.5晶胞参数：表示晶胞的形状和大小可用六个参数即三条边棱的长度a、b、c和三条边棱的夹角α、β、γ即为晶胞参数。 14一级相变：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。 15二次再结晶：是液相独立析晶：是在转熔过程中发生的，由于冷却速度较快，被回收的晶相有可能会被新析出的固相包裹起来，使转熔过程不能继续进行，从而使液相进行另一个单独的析晶过程，就是液相独立析晶。（2.5） 16泰曼温度：反应物开始呈现显著扩散作用的温度。（2.5） 17晶子假说：苏联学者列别捷夫提出晶子假说，他认为玻璃是高分散晶体（晶子）的结合体，硅酸盐玻璃的晶子的化学性质取决于玻璃的化学组成，玻璃的结构特征为微不均匀性和近程有序性。无规则网络假说：凡是成为玻璃态的物质和相应的晶体结构一样，也是由一个三度空间网络所构成。这种网络是由离子多面体（三角体或四面体）构筑起来的。晶体结构网是由多面体无数次有规律重复构成，而玻璃中结构多面体的重复没有规律性。 18正尖晶石；二价阳离子分布在1／8四面体空隙中，三价阳离子分布在l／2八面体空隙的尖晶石。 19液相独立析晶：是在转熔过程中发生的，由于冷却速度较快，被回收的晶相有可能会被 武汉大学《880材料科学基础》考研真题详解 2021年武汉大学《880材料科学基础》考研全套 目录 ?全国名校材料科学基础考研真题汇编（含部分答案） 说明：本科目考研真题不对外公布（暂时难以获得），通过分析参考教材知识点，精选了有类似考点的其他院校相关考研真题，以供参考。 2．教材教辅 ?石德珂《材料科学基础》（第2版）配套题库【名校考研真题＋章节题库＋模拟试题】 说明：以上为本科目参考教材配套的辅导资料。 ? 试看部分内容 名校考研真题 导论 １．试举例分析材料加工过程对材料使用性能的影响。[中南大学2007研] 答：材料加工过程对材料使用性能有重要而复杂的影响，材料也必须通过合理的工艺流程才能制备出具有实用价值的材料来。通过合理和经济的合成和加工方法，可以不断创制出许多新材料或改变和精确控制许多传统材料的成分和结构，可以进一步发掘和提高材料的性能。 材料的制备/合成和加工不仅赋予材料一定的尺寸和形状，而且是控制材料成分和结构的必要手段。如钢材可以通过退火、淬火、回火等热处理来改变它们内部的结构而达到预期的性能，冷轧硅钢片经过复杂的加工工序能使晶粒按一定取向排列而大大减少铁损。 2．任意选择一种材料，说明其可能的用途和加工过程。[中南大学2007研] 答：如Al-Mg合金。作为一种可加工、不可热处理强化的结构材料，由于具有良好的焊接性能、优良的耐蚀性能和塑性，在飞机、轻质船用结构材料、运输工业的承力零件和化工用焊接容器等方面得到了广泛的应用。 根据材料使用目的，设计合金成分，考虑烧损等情况进行配料，如A15Mg合金板材，实验室条件下可在电阻坩埚炉中750℃左 第一章原子排列 本章需掌握的内容： 材料的结合方式：共价键，离子键，金属键，范德瓦尔键，氢键；各种结合键的比较及工程材料结合键的特性； 晶体学基础：晶体的概念，晶体特性（晶体的棱角，均匀性，各向异性，对称性），晶体的应用 空间点阵：等同点，空间点阵，点阵平移矢量，初基胞，复杂晶胞，点阵参数。 晶系与布拉菲点阵：种晶系，14种布拉菲点阵的特点； 晶面、晶向指数：晶面指数的确定及晶面族，晶向指数的确定及晶向族，晶带及晶带定律六方晶系的四轴座标系的晶面、晶向指数确定。 典型纯金属的晶体结构：三种典型的金属晶体结构：fcc、bcc、hcp； 晶胞中原子数、原子半径，配位数与致密度，晶面间距、晶向夹角 晶体中原子堆垛方式，晶体结构中间隙。 了解其它金属的晶体结构：亚金属的晶体结构，镧系金属的晶体结构，同素异构性 了解其它类型的晶体结构：离子键晶体结构：MgO陶瓷及NaCl，共价键晶体结构：SiC陶瓷，As、Sb 非晶态结构：非晶体与晶体的区别，非晶态结构 分子相结构 1. 填空 1. fcc结构的密排方向是_______，密排面是______，密排面的堆垛顺序是_______致密度为___________配位数是________________晶胞中原子数为___________，把原子视为刚性球时，原子的半径是____________；bcc结构的密排方向是_______，密排面是_____________致密度为___________配位数是________________ 晶胞中原子数为___________，原子的半径是____________；hcp结构的密排方向是_______，密排面是______，密排面的堆垛顺序是_______，致密度为___________配位数是________________，晶胞中原子数为 ___________，原子的半径是____________。 2. bcc点阵晶面指数h+k+l=奇数时，其晶面间距公式是________________。 3. Al的点阵常数为0.4049nm，其结构原子体积是________________。 4. 在体心立方晶胞中，体心原子的坐标是_________________。 5. 在fcc晶胞中，八面体间隙中心的坐标是____________。 6. 空间点阵只可能有___________种，铝晶体属于_____________点阵。Al的晶体结构是__________________， -Fe的晶体结构是____________。Cu的晶体结构是_______________， 7点阵常数是指__________________________________________。 8图1是fcc结构的(-1,1,0 )面，其中AB和AC的晶向指数是__________，CD的晶向指数分别 是___________，AC所在晶面指数是--------------------。 石墨是由二维石墨层一片片沿其法线方向以ABABAB …方式重叠而成，片层间距相等，且为l 0=0.336nm 。每层碳原子构成正六角形网状结构，片层投影如下图所示（注：实心点代表A 层原子，空心点代表B 层原子）。碳原子与碳原子的最近距离a =0.142nm 。 （1） 画出石墨片层（二维）的Brivais 空间点阵，并确定其点阵矢量； （2） 确定石墨晶体的Brivais 点阵类型及点阵常数大小。 （3） 比较石墨片层的晶胞与原胞的异同。 解：（1）石墨片层的Bravais 空间点阵如下图红虚线所示，其中a 1和a 2为点阵矢量。如两原子间距离为a ，则点阵矢量可表示为（i,j 为单位矢量）： 10 22cos3033sin 6022a a j j a ai a j ai j ===+= （2）若考虑对称性，则石墨为六方晶胞，其点阵常数大小为： 00.1420.246a nm === 00220.3360.672c l nm ==?= 0090,120αβγ=== （3）石墨片层的晶胞（黄色）与原胞（浅兰色）分别如下图所示。 j i 3. 推导出正六变形点阵的倒易点阵矢量，并确定其倒易点阵的空间点阵类型。 解：设正六边形的变长为a ，建立如图所示的直角坐标系，正六边形的原胞矢量可以写为： 122a a i j a ai =+= （1） 其点阵常数间的关系为设其倒易点阵矢量为： 111222b x i y j b x i y j =+=+ 则由公式：1122211211 0a b a b a b a b ?=?=?=?= 可得： 1211b j b j a a =+=+ (2) 将（1）式和（2）式进行比较，可知两组点阵矢量具有完全相同的形式，由（2）矢量所构成的倒易点阵仍是正六边形。 注：原胞矢量的写法不唯一。 1. 有一工件需要使用到1000℃以上， （1）采用铁合金材料可能会出现什么问题？ （2）试计算由于铁晶型转变所造成的体积变化。 （3）假设单轴应变为体积应变的1/3，铁的弹模量为210GPa,试计算所产生的应力大小。 （已知：BCC 铁的晶格常数为0.2863nm ，FCC 铁晶格常数为0.3591nm ） 111222111222)1022)02)02 0)12 a i j x i y j x a x i j x i y j a a y i x i y j y a i x i y j ?+=?=?????=+=????????=+=????=??+=?? (+)（(+)（()（() （i 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， 装 订 线 装 订 线 内 不 要 答 题 学 号 姓 名 班 级 东 北 大 学 秦 皇 岛 分 校 课程名称： 材料科学基础 试卷： A 考试形式： 闭卷 授课专业： 材料科学与工程 考试日期： 2008年12月31日 试卷：共 4 页 一、填空题：（每空1分，共20分） 1、三元凝聚系统中最大相数是 4 。 2、某一氮气和氧气的混合物系统，其独立组元数是 2 ，相数是 1 。 3、下图为晶核的半径r 与△G 间的关系，现有不同温度的三条曲线，请指出哪条温度最高? T 1 。哪条温度最低? T 3 。 4、在单元系的p （压强）-T （温度）相图内，当高温相向低温相转变时体积 收缩，则根据克拉珀龙方程，相界线的斜率为 正 （填正、负或大 于零、小于零）。 5、测定某种晶体凝固时生长速度（υg ）与液固相界面前端动态过冷度（△T K ）的关系为υg 正比于△T K 2，则该晶体的长大属于 借螺型位错长大 方式。 6、一般金属在非均匀形核时，所需的过冷度是其结晶温度Tm 的0.02 倍。 7、高分子从熔体冷却结晶时，通常形成 球晶 。高分子的熔点随其晶 片厚度的增加而 增加 。 8、二元包晶合金中，有α相和β相两相，α相是初生相，其包晶转变式为βα→+L 9、调幅分解是经过 组元的上坡扩散 方式形成。 10、有效分配系数K e 表示液相的混合程度，其值范围是 K 0 一、单项选择题(请在每小题的4个备选答案中，选出一个最佳答案， 共10小题；每小题2分，共20分) 1、材料按照使用性能，可分为结构材料和 。 A. 高分子材料； B. 功能材料； C. 金属材料； D. 复合材料。 2、在下列结合键中，不属于一次键的是： A. 离子键； B. 金属键； C. 氢键； D. 共价键。 3、材料的许多性能均与结合键有关，如大多数金属均具有较高的密度是由于： A. 金属元素具有较高的相对原子质量； B. 金属键具有方向性； C. 金属键没有方向性； D.A 和C 。 3、下述晶面指数中，不属于同一晶面族的是： A. (110)； B. (101)； C. (011- ）；D. (100)。 4、 面心立方晶体中，一个晶胞中的原子数目为： A. 2； B. 4； C. 6； D. 14。 5、 体心立方结构晶体的配位数是： A. 8； B.12； C. 4； D. 16。 6、面心立方结构晶体的原子密排面是： A. {111}； B. {110}； C. (100)； D. [111]。 7、立方晶体中（110）和（211）面同属于 晶带 A. [110]； B. [100]； C. [211]； D. [--111]。 6、体心立方结构中原子的最密排晶向族是： A. <100>； B. [111]； C. <111>； D. (111)。 6、如果某一晶体中若干晶面属于某一晶带，则： A. 这些晶面必定是同族晶面； B. 这些晶面必定相互平行； C. 这些晶面上原子排列相同； D. 这些晶面之间的交线相互平行。 7、金属的典型晶体结构有面心立方、体心立方和密排六方三种，它们的晶胞中原子数分别为：A. 4, 2, 6; B. 6, 2, 4; C. 4, 4, 6; D. 2, 4, 6 7、在晶体中形成空位的同时又产生间隙原子，这样的缺陷称为： A. 肖脱基缺陷； B. 弗兰克缺陷； C. 线缺陷； D. 面缺陷 7、两平行螺旋位错，当柏氏矢量同向时，其相互作用力： 胡赓祥《材料科学基础》（第3版）配套模拟试题及详解（二） 一、填空题（每题3分，共9分） 1．体心立方金属的滑移系是由_________滑移面和_________滑移方向组成的。 <> {110}111 【答案】； 2．根据晶体缺陷的几何特征，可将它们分为_________、_________、_________三类。 【答案】点缺陷；线缺陷；面缺陷 3．莱氏体是_________与_________的机械混合物。 【答案】奥氏体；渗碳体 二、名词解释（每题4分，共12分） 1．再结晶 答：冷变形后的金属加热到一定温度之后，在原变形组织中重新产生了无畸变的新晶粒，而性能也发生了明显的变化并恢复到变形前的状况，这个过程称之为再结晶。 2．割阶 答：在位错的滑移运动过程中，若曲折线段垂至于位错的滑移面时，称之为割阶。 3．柯肯达尔效应 答：由于两种原子的扩散速率不同，导致了一种原子扩散出去的通量不等于另一种原子扩散进入的通量，进而导致标志面（Mo丝）移动的现象称之为柯肯达尔效应。 三、简答题（每题6分，共48分） 1．原子的结合键有哪几种？各有什么特点？ 答：原子的结合键有： （1）离子键。其特点是：正负离子相互吸引；键合很强，无饱和性，无方向性；熔 点、硬度高，固态不导电，导热性差。（2）共价键。其特点是：相邻原子通过共用电子对结合；键合强，有饱和性，有方向性；熔点、硬度高，不导电，导热性有好有差。 （3）金属键。其特点是：金属正离子与自由电子相互吸引；键合较强，无饱和性，无方向性；熔点、硬度有高有低，导热导电性好。 （4）分子键。其特点是：分子或分子团显弱电性，相互吸引；键合很弱，无方向性；熔点、硬度低，不导电，导热性差。 （5）氢键。其特点是：类似分子键，但氢原子起关键作用；键合弱，有方向性；熔点、硬度低，不导电，导热性好。 2．简述柏氏矢量的物理意义与应用。答：（1）柏氏矢量的物理意义：①表征位错线的性质。据与位错线的取向关系可b v b v 确定位错线性质；②表征了总畸变的积累。围绕一根位错线的柏氏回路任意扩大或移动，b v 回路中包含的点阵畸变量的总累和不变，因而由这种畸变总量所确定的柏氏矢量也不改变；③表征了位错强度。同一晶体中大的位错具有严重的点阵畸变，能量高且不稳定。位b v b v 错的许多性质，如位错的能量，应力场，位错受力等，都与有关。 b v （2）柏氏矢量的应用：柏氏矢量可表示位错性质和取向，即晶体滑移方向。柏氏矢量越大，位错周围晶体畸变越严重。 3．一根多晶Zn （）棒和一根多晶镁（）棒受压缩变形，分析二/ 1.86c a =/ 1.62c a =者的变形特征，比较二者的塑性。（提示：从分析滑移和孪生入手） 答：多晶体压缩滑移转动，（0001）转向压缩面，产生织构。继续压缩，滑移越来越难。 对于Zn ：由于c /a ＝1.86，位于锐角区，宏观压力方向与微观孪生变形相适应，故可发生孪生。孪生之后改变位向可继续滑移，反复进行，故表现出较好的塑性。 对于Mg ：由于c /a ＝1.62，压力轴位于钝角区，宏观压力方向与微观孪生变形相反，故不可发生孪生。因此表现出较差的塑性。 4．根据凝固理论，简述细化晶粒的基本途径。 答：由凝固理论可知，结晶时单位体积中的晶粒数目Z 取决于形核率N 和晶体长大速率V g 两个因素，即ZN /V 。基本途径： （1）增加过冷度T 。T 增加，ZV g 都随之增加，但是N 的增长率大于V 的增长率。 因而N /V 的值增加，即Z 增多。（2）加入形核剂。加入形核剂后，可以促使过冷液体发生非均匀形核。即不但使非均匀形核所需的基底增多，而且使临界晶核半径减小，这都使晶核数目增加，从而细化晶粒。 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。 几种强化 加工硬化：金属材料在再结晶温度以下塑性变形时强度和硬度升高，而塑性和韧性降低的现象。 强化机制：金属在塑性变形时，晶粒发生滑移，出现位错的缠结，使晶粒拉长、破碎和纤维化，金属内部产生了残余应力。 细晶强化：是由于晶粒减小，晶粒数量增多，尺寸减小，增大了位错连续滑移的阻力导致的强化；同时由于滑移分散，也使塑性增大。 弥散强化：又称时效强化。是由于细小弥散的第二相阻碍位错运动产生的强化。包括切过机制和绕过机制。(2 分) 复相强化：由于第二相的相对含量与基体处于同数量级是产生的强化机制。其强化程度取决于第二相的数量、尺寸、分布、形态等，且如果第二相强度低于基体则不一定能够起到强化作用。(2 分) 固溶强化：固溶体材料随溶质含量提高其强度、硬度提高而塑性、韧性下降的现象。。包括弹性交互作用、电交互作用和化学交互作用。 几种概念 1、滑移系：一个滑移面和该面上一个滑移方向的组合。 2、交滑移：螺型位错在两个相交的滑移面上运动，螺位错在一个滑移面上运动遇有障碍，会转动到另一滑移面上继续滑移，滑移方向不变。 3、屈服现象：低碳钢在上屈服点开始塑性变形，当应力达到上屈服点之后开始应力降落，在下屈服点发生连续变形而应力并不升高，即出现水平台（吕德斯带） 原因：柯氏气团的存在、破坏和重新形成，位错的增殖。 4、应变时效：低碳钢经过少量的预变形可以不出现明显的屈服点，但是在变形后在室温下放置一段较长时间或在低温经过短时间加热，在进行拉伸试验，则屈服点又重复出现，且屈服应力提高。 5、形变织构：随塑性变形量增加，变形多晶体某一晶体学取向趋于一致的现象。滑移和孪晶的区别 滑移是指在切应力的作用下，晶体的一部分沿一定晶面和晶向，相对于另一部分发生相对移动的一种运动状态。 孪生：在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定的晶面和晶向发生均匀切变并形成晶体取向的镜面对称关系。 伪共晶：在不平衡结晶条件下，成分在共晶点附近的合金全部变成共晶组织，这种非共晶成分的共晶组织，称为伪共晶组合。 扩散驱动力：化学位梯度是扩散的根本驱动力。 一、填空题(20 分，每空格1 分) 1. 相律是在完全平衡状态下，系统的相数、组元数和温度压力之间的关系，是系统的平衡条件的数学表达式：f=C-P+2 2.二元系相图是表示合金系中合金的相与温度、成分间关系的图解。 3.晶体的空间点阵分属于7 大晶系，其中正方晶系点阵常数的特点为a=b≠c,α=β=γ=90°，请列举除立方和正方晶系外其他任意三种晶系的名称三斜、单斜、六方、菱方、正交（任选三种）。 4.合金铸锭的宏观组织包括表层细晶区、柱状晶区和中心等轴晶区三部分。 华中科技大学 材料科学与工程学院试卷(A) （闭卷） 考试科目：材料科学基础 班级：材料1101，1102，1103 考试日期：2013年11月26日 姓名：班级：学号： 评分 一、单项选择题(每题2分，共20分) 1．实际金属结晶时，通过控制形核率N和长大速率G的比值来控制晶粒大小，在下列情况下获得粗大晶粒（ B ） （A）N/G很大（B）N/G很小（C）N和G接近（D）不确定 2．材料中能发生扩散的根本原因是（C ） （A）温度的变化（B）存在浓度梯度（C）存在化学势梯度（D）压力的变化 3．马氏体相变属于（ A ）。 （A）无扩散型相变。（B）扩散型相变。 （C）非共格相变。（D）扩散与非扩散混合型相变。 4．在SiO2七种晶型转变中，存在两种转变方式：一种为位移型转变，另一种为重构转变，位移转变需要的激活能（ B ）重构转变的激活能。 （A）大于（B）小于（C）等于（D）视具体情况而定 5．对于铁碳合金而言，铸铁和碳钢的区别在于有无（C ） （A）渗碳体（B）铁素体（C）莱氏体（D）珠光体 6．某金属凝固时的形核功为△G*，其临界形核表面能为σ。假设晶核为球形，则△G*和σ的关系为（ A ） （A）σ=3△G * （B）σ=1/3△G* （C）σ=△G * （D）σ=2△G* 7．下列材料中属于良好的绝缘体是：（ C ） （A）金属（B）单晶硅（C）绝大多数陶瓷（D）石墨 8．根据三元相图的垂直截面图，可以（ B ） （A ）分析相成分变化规律 （B ）分析材料的平衡凝固过程 （C ）用杠杠定律计算各相的相对含量 （D ）得到三元系投影图 9．当压力不变时，根据相律：（ C ） （A ）单元系中两相平衡反应可以在某个温度区间内进行 （B ）二元系中三相平衡反应可以在某个温度区间内进行 （C ）三元系中三相平衡反应可以在某个温度区间内进行 （D ）三元系中四相平衡反应可以在某个温度区间内进行 10．运用区域熔炼方法可以（ D ）。 （A ） 使材料成分更均匀。 （B ）可以消除晶体中的微观缺陷。 （C ）可以消除晶体中的宏缺陷。 （D ）可以提高金属的纯度。 二、液/固相变时，画出自由能变化△G 与晶胚r 之间的关系图，从能量的角度简述 晶体的形核过程。单组元液相和合金熔体在凝固时均可能形成树枝晶，它们的结晶过程有何不同。（10分） 在一定的过冷度下，液体中若出现一固态的晶体，该区域的能量将发生变化，一方面一定体积的液体转变为固体，体积自由能会下降，形成晶体形核的驱动力。另一方面增加了液－固相界面，增加了表面自由能，形成晶体形核的阻力。因此总的吉布斯自由能变化量为： 单组元液相在负的温度梯度下形成枝晶，而合金熔体 由于存在成分过冷现象，无论正温度梯度还是负的温度 梯度均可能形成枝晶。 3 2443 V G r G r ππσ?=?+ 《材料科学基础》试题库 一、名词解释 1、铁素体、奥氏体、珠光体、马氏体、贝氏体、莱氏体 2、共晶转变、共析转变、包晶转变、包析转变 3、晶面族、晶向族 4、有限固溶体、无限固溶体 5、晶胞 6、二次渗碳体 7、回复、再结晶、二次再结晶 8、晶体结构、空间点阵 9、相、组织 10、伪共晶、离异共晶 11、临界变形度 12、淬透性、淬硬性 13、固溶体 14、均匀形核、非均匀形核 15、成分过冷 16、间隙固溶体 17、临界晶核 18、枝晶偏析 19、钢的退火，正火，淬火，回火 20、反应扩散 21、临界分切应力 22、调幅分解 23、二次硬化 24、上坡扩散 25、负温度梯度 26、正常价化合物 27、加聚反应 28、缩聚反应 29、 30、 二、选择 1、在柯肯达尔效应中，标记漂移主要原因是扩散偶中_____。 A、两组元的原子尺寸不同 B、仅一组元的扩散 C、两组元的扩散速率不同 2、在二元系合金相图中，计算两相相对量的杠杆法则只能用于_____。 A、单相区中 B、两相区中 C、三相平衡水平线上 3、铸铁与碳钢的区别在于有无_____。 A、莱氏体 B、珠光体 C、铁素体 4、原子扩散的驱动力是_____。 A、组元的浓度梯度 B、组元的化学势梯度 C、温度梯度 5、在置换型固溶体中，原子扩散的方式一般为_____。 A、原子互换机制 B、间隙机制 C、空位机制 6、在晶体中形成空位的同时又产生间隙原子，这样的缺陷称为_____。 A、肖脱基缺陷 B、弗兰克尔缺陷 C、线缺陷 7、理想密排六方结构金属的c/a为_____。 A、1.6 B、2×√(2/3) C、√(2/3) 8、在三元系相图中，三相区的等温截面都是一个连接的三角形，其顶点触及_____。 A、单相区 B、两相区 C、三相区 9、有效分配系数Ke表示液相的混合程度，其值范围是_____。（其中Ko是平衡分配系数） A、1 试题二 1）（12分）根据CaTiO3晶胞图（见图1）回答下列问题： 1、晶面BCGF、DEG的晶面指数；晶向DF、HA的晶向指数。 2、结构中各离子的配位数为多少，写出其配位多面体； 3、晶胞分子数是多少？何种离子添何种空隙，空隙利用率是多少？ 4、结构中是否存在TiO32-离子，为什么？ 2）（11分）图2是镁橄榄石(Mg2[SiO4])结构示意图，试回答： 1．镁橄榄石属于哪种硅酸盐结构类型；2．计算说明O2-的电价是否饱和； 3．结构中有几种配位多而体，各配位多面体间的连接方式怎样? 4．镁橄榄石是否容易形成玻璃，为什么？ 二、（10分）写出下列缺陷反应式： 1、NaCl形成肖脱基缺陷。 2、AgI形成弗伦克尔缺陷（Ag+进入间隙） 3、TiO2掺入到Nb2O3中，请写出二个合理的方程，写出固溶体的化学式，并判断可能成立的方程是哪一种？ 三、（10分）判断下列叙述是否正确？若不正确，请改正。 1．Na2O-SiO2系统中随SiO2含量的增加，熔体的粘度将降低。 2．扩散的推动力是浓度梯度，所有扩散系统中，物质都是由高浓度处向低浓度处扩散。3．晶粒正常长大是小晶粒吞食大晶粒，反常长大是大晶粒吞食小晶粒。 4．固溶体是在固态条件下，一种物质以原子尺寸溶解在另一种物质中形成的单相均匀的固体。 5．在热力学平衡条件下，二元凝聚系统最多可以3相平衡共存，它们是一个固相、一个液相和一个气相。 四、（6分）什么叫弛豫表面？NaCl单晶表面具有什么样的结构特点？ 五、（6分）巳知Zn2+和Cr2+在尖晶石ZnCrO4中的自扩散系数与温度的关系分别为 1）试求1403K时Zn2+和Cr2+在ZnCrO4中的扩散系数。 2）如将细铂丝涂在两种氧化物ZnO和Cr2O3的分界线上，然后将这些压制成型的样品进行扩散退火。（标记物铂丝非常细，不影响离子在不同氧化物之间的扩散）。根据所得数据判断铂丝将向哪一方向移动？ 六、（6分）为什么在成核一生成机理相变中，要有一点过冷或过热才能发生相变?什么情况下需过冷，什么情况下需过热，各举一个例子。 七、（6分）粒径为1μ球状Al2O3由过量的MgO微粒包围，观察尖晶石的形成，在恒定温度下，第一个小时有20%的Al2O3起了反应，分别用扬德方程、金斯特林格方程计算完全反应的时间，对计算结果进行比较并说明为什么？ 八、（6分）陶瓷材料中晶粒的大小与什么有关？工艺上如何控制晶粒尺寸 （请列出三种途径）？ 九、（26分）图3 是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； 4．写出组成点G在完全平衡条件下的冷却结晶过程； 5．写出组成点H在完全平衡条件下进行加热时，开始出现液相的温度和完全熔融的温度；写出完全平衡条件下进行冷却，结晶结束时各物质的百分含量（用线段比表示）。 图 1 2.8题（1）一晶面在x、y、z轴上的截距分别为2a、3b、6c，求出该晶面的米勒指数；（2）一晶面在x、y、z轴上的截距分别为a/3、b/2、c，求出该晶面的米勒指数。 2.9题在立方晶系的晶胞中画出下列米勒指数的晶面和晶向：（001）与[210]，（111）与[112]，（110）与[111]，（322）与[236]，（257）与[111]，（123）与[121]，（102），（112），（213），[110]，[111]，[120]，[321]。 2.10题写出面心立方格子的单位平行六面体上所有结点的坐标。 2.16题从理论计算公式计算NaC1与MgO的晶格能。MgO的熔点为2800℃，NaC1为80l℃, 请说明这种差别的原因。 2.8题参考答案： 解：（1）h:k:l=1/2:1/3:1/6=3:2:1,∴该晶面的米勒指数为（321）； （2）h:k:l=3:2:1,∴该晶面的米勒指数为（321）。 2.10题参考答案：解：（0，0，0）、（0，1/2，1/2）、（1/2，0，1/2）、（1/2，1/2，0） 2.13题参考答案： 解：e=1.602×10-19，ε0=8.854×10-12，N0=6.022×1023 对于NaCl：z1=1，z2=1，A=1.748，n Na+=7，n Cl-=9，n=8，r0=2.819×10-10m ∴NaCl的晶格能为u NaCl=752KJ/mol； 对于MgO：z1=2，z2=2，A=1.748，n O2-=7，n Mg2+=7，n=7，r0=2.12×10-10m ∴MgO的晶格能为u MgO=3920KJ/mol； ∵u MgO> u NaCl，∴MgO的熔点高。 2.9题参考答案： 模拟题一 一、名词解释 1.非本征扩散 2.硼反常现象 3.液相烧结 4.位移型转变 5.液相独立析晶 6.填空题 二、填空题 1.热缺陷浓度与有关，非化学计量化合物缺陷浓度与有关。 2.T g为玻璃的温度，T f为玻璃的温度。 3.空位扩散活化能包括能和能。 4.相变的推动力是，烧结的推动力是。 5.二级相变相等，不相等。 6.产生二次再结晶的重要原因是，防止二次再结晶的有效方法是 。 7.晶界结构按两个晶粒之间夹角分为晶界和晶界。按晶界两边原子 排列的连贯性可分为、、。 8.按润滑的程度，润湿可分为、、。 三、完成下列各题。 1.什么是固溶体和非化学计量化合物？ 2.简述影响硅酸盐熔体粘度的因素。 3.少量Al2O3加入到MgO中形成？？？固溶体，写出缺陷方程。 4.试用图例说明过冷度对形核化、晶化速率、析晶？？、析晶？？和晶粒尺寸的影响。 5.简述成型压力、粒度、添加剂对烧结的影响。 6.为加快固相反应的速度，你认为应采取哪些措施？并说明理由。 7.粘土的很多性能与吸附阳离子种类有关，指出粘土吸附下列不同阳离子后的性能变化规 律（以箭头） H+、Al3+、Ba2+、Sr2+、Ca2+、Mg2+、NH4+、K+、Na+、Li+ 1)离子置换能力 2)粘土的ζ—电位 3)泥浆的稳定性 4)泥团的可塑性 5)泥浆的滤过性 8.根据下图和下表可知，具有面心立方晶格不同晶面（110）、（100）、（111）上，原子密 度不同，试回答，哪一个晶面上固——气表面能是最低的？为什么？ 构造结晶面表面浓度最近邻原子 面心立方 （111）0.907 6 （100）0.785 4 （110）0.555 2 大小 《材料科学基础》试卷Ⅳ 一、名词解释（20分，每题4分） 伪共晶；离异共晶；枝晶偏析；成分过冷；包申格效应 二、选择题（每题1.5分，共30分） 1. 如下说法哪个是正确的， 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 2. 位错线上的割阶一般通过形成。 A．位错的交割 B.交滑移 C. 孪生 3. 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： 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 4. 层错和不完全位错之间的关系是： 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体的交界处 5. 原子扩散过程的驱动力是： A. 组员的浓度梯度 B. 组元的化学势梯度 C. 扩散的温度 D. 扩散的时间 6. 纯金属均匀形核时， A. 当过冷度很小时，原子可动性低，相变驱动力低，因此，形核率低； B. 当过冷度很小时，原子可动性高，相变驱动力高，因此，形核率低； C. 当过冷度很小时，原子可动性低，相变驱动力高，因此，形核率低； D. 当过冷度很小时，原子可动性高，相变驱动力低，因此，形核率低； 7. 欲通过形变和再结晶方法获得细晶粒组织，应避免。 A．在临界形变量进行塑性变形加工 B. 大变形量 C. 较长的退火时间 D. 较高的退火温度 8. 既能提高金属的强度，又能降低其脆性的手段是。 A. 加工硬化 B. 固溶强化 C. 晶粒细化 D. 第二相强化9．在三元系浓度三角形中，凡成分位于上的合金，它们含有另两个顶角所代表的两组元含量相等。 A. 通过三角形顶角的中垂线 B. 通过三角形顶角的任一直线 C. 通过三角形顶角与对边成45°的直线 10．有效分配系数k e 表示液相的混合程度，其值范围是 A.1无机材料科学基础试题及答案
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