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无机材料科学基础教程考试题库
无机材料科学基础试卷7
一、名词解释(20分)
1、正尖晶石、反尖晶石;
2、线缺陷、面缺陷;
3、晶子学说、无规则网络学说;
4、可塑性、晶胞参数;
二、选择题(10分)
1、下列性质中()不是晶体的基本性质。
A、自限性B、最小内能性C、有限性D、各向异性
2、晶体在三结晶轴上的截距分别为2a、3b、6c。
该晶面的晶面指数为()。
A、(236)B、(326)C、(321)D、(123)
3、依据等径球体的堆积原理得出,六方密堆积的堆积系数()立方密堆积的堆积系数。
A、大于B、小于C、等于D、不确定
4、某晶体AB,A—的电荷数为1,A—B键的S=1/6,则A+的配位数为()。
A、4B、12C、8D、6
5、在单位晶胞的CaF2晶体中,其八面体空隙和四面体空隙的数量分别为()。
A、4,8B、8,4C、1,2D、2,4
6、在ABO3(钙钛矿)型结构中,B离子占有()。
A、四面体空隙B、八面体空隙C、立方体空隙D、三方柱空隙晶体
7、在硅酸盐熔体中,当R=O/Si减小时,相应熔体组成和性质发生变化,熔体析晶能力(),熔体的黏度(),低聚物数量()。
A、增大B、减小C、不变D、不确定
8、当固体表面能为1.2J/m2,液体表面能为0.9J/m2,液固界面能为1.1J/m2时,降低固体表面粗糙度,( )润湿性能。
A、降低 B、改善 C、不影响
9、一种玻璃的组成为32.8%CaO,6.0Al2O3%,61.2SiO2%,此玻璃中的Al3+可视为网络(),玻璃结构参数Y=()。
A、变性离子,3.26B、形成离子,3.26C、变性离子,2.34D、形成离子,2.34
10、黏土泥浆胶溶必须使介质呈()。
A、酸性B、碱性C、中性
11、可以根据3T曲线求出熔体的临界冷却速率。
熔体的临界冷却速率越小,就()形成玻璃。
A、越难B、越容易C、很快D、缓慢
12、晶体结构中一切对称要素的集合称为()。
A、对称型B、点群C、微观对称的要素的集合D、空间群
三、填空(15分)
1、a=b≠cα=β=900,γ=1200的晶体属()晶系。
2、晶体的对称要素中宏观晶体中可能出现的对称要素种类有()、()、()、()。
3、六方紧密堆积的原子密排面是晶体中的()面,立方紧密堆积的原子密排面是晶体中的()面。
4、TiO2在还原气氛中可形成()型非计量化合物,可形成()型半导体,缺陷浓度与氧分压的1/6次方成(),如果减少周围氧气的分压,TiO2-x的密度将()。
5形成连续固溶体的条件是()、()和(
)。
6、晶体的热缺陷有()和()两类,热缺陷浓度与温度的关系式为()。
7、Ca-黏土泥浆胶溶时,加入NaOH和Na2SiO3电解质,()效果好?
8、黏土带电荷的主要原因是()、()和(),黏土所带静电荷为()。
四、问答题(45分)
1、试比较伊利石和蒙脱石的结构特点。
(10分)
2、试解释说明为什么在硅酸盐结构中Al3+经常取代[SiO4]中Si4+,但Si4+一般不会置换[AlO6]中的Al3+?
((配位数为6时,S14+、A13+和O2-的离子半径分别为0.40Å、0.53Å和1.40Å;配位数为4时,一离子半径依次为0.26Å、0.40Å和1.38Å))。
(8分)
3、网络变性体(如Na2O)加到石英玻璃中,使硅氧比增加。
实验观察到当O/Si=2.5~3时,即达到形成玻璃的极限,根据结构解释为什么在2 (8分) 4、什么是润湿? 改善润湿的方法有那些? (9分) 5、完成下列缺陷反应式(10分) Fe2O3 FeO CaF2 YF3 五、计算题(10分) 有两种不同配比的玻璃,其组成如下: 序号 Na2Omol% Al2O3mol% SiO2mol% 1 10 12 78 2 20 6 74 试用玻璃结构参数说明两种玻璃高温下粘度的大小? 无机材料科学基础试卷七答案及评分标准 二、名词解释(20分) 1、正尖晶石、反尖晶石; 正尖晶石;在AB2O4尖晶石结构中,A离子占据四面体空隙,B离子占据八面体空隙的尖晶石。 (2.5分) 反尖晶石: 如果半数的B离子占据四面体空隙,A离子和另外半数的B离子占据八面体空隙则称反尖晶石。 (2.5分) 2、线缺陷、面缺陷; 线缺陷: 指在一维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列所产生的缺陷。 面缺陷: 指在两维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列所产生的缺陷。 3、晶子学说、无规则网络学说; 晶子学说: 认为玻璃结构是一种不连续的原子(晶子)的结合体,即无数“晶子”分散在无定形介质中,“晶子”的化学性质和数量取决于玻璃的化学组成,“晶子”不同于一般微晶,而是带有晶格极度变形的微小有序区域,在“晶子”中心质点排列较有规律,越远离中心则变形程度越大,从“晶子”部分到无定形部分的过渡是逐步完成的,两者之间无明显界面。 (2.5分) 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。 (2.5分) 4、可塑性、晶胞参数; 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分) 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。 二、选择题(10分、3个2分) 1、C;2、C;3、C;4、D;5、A;6、B;7、B,A,B;8、A;9、B、B;10、B;11、B;12、D 三、填空(15分、3个2分) 1、六方 2、对称中心、对称面、对称轴、倒转轴 3、(0001)、(111) 4、阴离子缺位型、n、反比、减小 5、│(rl-r2)/rl│<15%、相同的晶体结构类型、离子价相同或离子价总和相等 6、弗伦克尔缺陷、肖特基缺陷、n/N=exp(-∆Gf/2kT) 7、Na2SiO3 8、黏土晶格内离子的同晶置换、黏土边面断裂、黏土内腐殖质离解、负 六、问答题(45分、每小题10分) 5、(10分)答: 伊利石和蒙脱石是2: l型结构(1分),其结构皆属于单斜晶系;都存在同晶取代,蒙脱石同晶取代主要发生在八面体层中(2分),而伊利石是发生在硅氧面体层中(2分);蒙脱石的电荷不平衡由进入层间的水化阳离子补偿,这种水化阳离子在层间无固定位置,结合力弱,容易被交换出来(2分);伊利石的电荷不平衡由进入层间的K+离子补偿,K+离子有固定位置和配位数,结合较牢固(2分),因此蒙脱石的阳离子交换能力比伊利石强,蒙脱石结构中有层间水,并有膨胀性,而伊利石没有(1分)。 6、(8分)答: CN=4,rAl3+/ro2-=0.4/1.38=0.29,Al3+四配位稳定,故在硅酸盐结构中Al3+经常取代[SiO4]中Si4+形成[AlO4];(4分)CN=6,rSi4+/ro2-=0.4/1.38=0.29,Si4+四配位稳定,六配位不稳定,故在硅酸盐结构中Si4+一般不会置换[AlO6]中的Al3+,形成[SiO6]。 (4分) 7、(8分)答: 在2 (4分) 8、(9分)答: 润湿: 固体与液体接触后,体系(固体+液体)的吉布斯自由能降低时,就称润湿。 (1分) 改善润湿的方法有: ①降低γSLS、V两相组成尽量接近;(2分) ②降低γLV在液相中加表面活性剂;(2分) ③提高γSV去除固体表面吸附膜;(2分) ④改变粗糙度。 (2分) 5、完成下列缺陷反应式(10分) 或 (5分) 或 (5分) 七、计算题(10分) 解: 1#玻璃: Na2O/Al2O3=10/12<1,所以Al3+在玻璃中起网络变性离子的作用(1分) R1=(10+12*3+78*2)/78=2.59X1=2*2.59-4=1.18Y1=4-1.18=2.82(3分) 2#玻璃: Na2O/Al2O3=20/6>1,所以Al3+在玻璃中起网络形成离子的作用(1分) R2=(20+6*3+74*2)/(74+6*2)=2.16X2=2*2.16-4=0.32Y2=4-0.32=3.68(3分) 因而Y1 无机材料科学基础试卷八 三、名词解释(20分) 1、类质同晶、同质多晶; 2、点缺陷、热缺陷; 3、缩聚、解聚; 4、聚沉值、晶面指数; 二、选择题(10分) 1、依据等径球体的堆积原理得出,立方密堆积的堆积系数()体心立方堆积的堆积系数。 A、大于B、小于C、等于D、不确定 2、晶体在三结晶轴上的截距分别为2a、3b、6c。 该晶面的晶面指数为()。 A、(236)B、(326)C、(321)D、(123) 3、下列性质中()不是晶体的基本性质。 A、自限性B、最小内能性C、有限性D、各向异性 4、在单位晶胞的CaF2晶体中,其八面体空隙和四面体空隙的数量分别为()。 A、4,8B、8,4C、1,2D、2,4 5、一种玻璃的组成为Na2O.1/3Al2O3.2SiO2,此玻璃中的Al3+可视为(),玻璃结构参数Y=()。 A、 变性离子;2B、形成离子;2C、变性离子;3.5D、形成离子;3.5 6、金红石晶体中,所有O2-作稍有变形的立方密堆排列,Ti4+填充了()。 A、全部四面体空隙B、全部八面体空隙C、1/2四面体空隙D、1/2八面体空隙 7、滑石(3MgO·4SiO2·H2O)和高岭土(Al2O3·2SiO2·2H2O)分别属于()层状结构的硅酸盐矿物。 A、1: 1和2: 1B、2: 1和1: 1C、3: 1和2: 1 8、在硅酸盐熔体中,当R=O/Si减小时,相应熔体组成和性质发生变化,熔体析晶能力(),熔体的黏度(),低聚物数量()。 A、增大B、减小C、不变D、不确定 9、当固体表面能为1.2J/m2,液体表面能为0.9J/m2,液固界面能为1.1J/m2时增加固体表面光滑度,( )润湿性能。 A、降低 B、改善 C、不影响 10、粘土泥浆胶溶必须使介质呈() A、酸性B、碱性C、中性 11、晶体结构中一切对称要素的集合称为()。 A、对称型B、点群C、微观对称的要素的集合D、空间群 12、可以根据3T曲线求出熔体的临界冷却速率。 熔体的临界冷却速率越大,就()形成玻璃。 A、越难B、越容易C、很快D、缓慢 三、填空(15分) 1、黏土带电荷的主要原因是()、()和(),黏土所带静电荷为()。 2、晶体的对称要素中微观对称要素种类有()、()、()。 3、由于()的结果,必然会在晶体结构中产生“组分缺陷”,组分缺陷的浓度主要取决于: ()和()。 4、UO2+x在氧化气氛中可形成()型非计量化合物,可形成()型半导体,缺陷浓度与氧分压的1/6次方成(),如果减少周围氧气的分压,UO2+x的密度将()。 5、b与位错线()的位错称为刃位错,可用符号()表示;b与位错线()的位错称为螺位错,可用符号()表示。 6、a=b≠cα=β=900,γ=1200的晶体属()晶系。 7、立方紧密堆积的原子密排面是晶体中的()面,六方紧密堆积的原子密排面是晶体中的()面。 8、为使瘠性料泥浆悬浮,一般常用的两种方法是()和() 八、问答题(40分) 1、简述硅酸盐晶体结构分类的原则和各类结构中硅氧四面体的形状。 (12分) 2、试述B2O3中加入Na2O后,结构发生的变化,解释硼酸盐玻璃的硼反常现象? (9分) 3、用KCl和CaCl2分别稀释同一种黏土泥浆,当电解质加入量相同时,试比较两种泥浆下列性质的差异。 (10分) (1)泥浆的流动性 (2)泥浆的触变性(3)泥浆的可塑性 (4)坯体的致密度(5)黏土的ζ电位 4、在硅酸盐晶体结构中,[SiO4]四面体或孤立存在,或共顶连接,而不共棱,更不共面,解释之。 (9分) 九、计算题(15分) CeO2为萤石结构,其中加入0.15molCaO形成固溶体,实验测得固溶体晶胞参数a0=0.542nm,测得固溶体密度ρ=6.54g/cm3,试计算说明固溶体的类型? (其中Ce=140.12,Ca=40.08,O=16) 无机材料科学基础试卷八答案及评分标准 四、名词解释(20分) 1、类质同晶、同质多晶; 同质多晶: 化学组成相同的物质,在不同的热力学条件下结晶成结构不同的晶体的现象,称为同质多晶现象。 (2.5分) 类质同晶: 物质结晶时,其晶体结构中本应由某种离子或原子占有的配位位置,一部分被介质中性质相似的它种离子或原子占有,共同结晶成均匀的呈单一相的混合晶体,但不引起键性或晶体结构型式发生质变的现象称为类质同晶。 (2.5分) 2、点缺陷、热缺陷; 点缺陷: 三维方向上缺陷尺寸都处于原子大小的数量级上。 (2.5分) 热缺陷: 晶体温度高于绝对0K时,由于热起伏使一部分能量较大的质点(原子或离子)离开平衡位置所产生的空位和/或间隙质点。 (2.5分) 3、缩聚、解聚; 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。 (2.5分) 解聚: 在熔融SiO2中,O/Si比为2: 1,[SiO4]连接成架状。 若加入Na2O则使O/Si比例升高,随加入量增加,O/Si比可由原来的2: 1逐步升高到4: 1,[SiO4]连接方式可从架状变为层状、带状、链状、环状直至最后断裂而形成[SiO4]岛状,这种架状[SiO4]断裂称为熔融石英的分化过程,也即解聚。 (2.5分) 4、聚沉值、晶面指数; 聚沉值: 凡能引起溶胶明显聚沉(如溶胶变色浑浊)所需外加电解质的最小浓度称为聚沉值。 (2.5分) 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。 (2.5分) 五、选择题(10分) 1、A;2、C;3、C;4、A;5、D,D;6、D;7、B;8、B、A、B;9、B;10、B;11、D;12、A 三、填空(15分)(3个2分) 1、黏土晶格内离子的同晶置换、黏土边面断裂、黏土内腐殖质离解、负 2、平移轴、像移面、螺旋轴 3、不等价置换、搀杂量(溶质数量)、固溶度 4、 阴离子间隙型、P、正比、增大 5、垂直、┴、平行、 6、六方 7、(111)、(0001) 8、控制料浆的pH值、有机表面活性物质的吸附 十、问答题(40分) 3、(12分)答: 硅酸盐晶体结构分类的原则: 结构中硅氧四面体的连接方式。 (2分) 各类结构中硅氧四面体的形状: 岛状结构: 四面体;组群状结构;(2分)双四面体、三节环、四节环和六节环;(2分)链状结构: 单链、双链;(2分)层状结构: 平面层;(2分)架状结构: 三维空间延伸的骨架。 (2分) 4、(9分)答: B2O3中加入Na2O后,Na2O所提供的氧使[BO3]三角体变成[BO4]四面体,导致B2O3玻璃结构由两度空间的层状结构部分转变为三维的架状结构,从而加强了网络,并使玻璃的各种物理性质变好,这与相同条件下的硅酸盐玻璃相比,其性质随R2O或RO加入量的变化规律相反,出现硼酸盐玻璃的硼反常现象。 3、(10分)答: (1)泥浆的流动性KCl>CaCl2(2分) (2)泥浆的触变性KCl (3)泥浆的可塑性KCll (4)坯体的致密度KCl>CaCl2(2分) (5)黏土的ζ电位KCll>NCaCl2(2分) 4、(9分)答: 在硅酸盐晶体结构中,[SiO4]四面体中的Si4+是高电价低配位的阳离子,以共棱、共面方式存在时,两个中心阳离子(Si4+)间距离较近、排斥力较大,所以不稳定,而孤立存在,或共顶连接。 十一、计算题(15分) (1)(4分) (2)(4分) (1)式固溶式为: (1.5分) (1.5分) (2)式固溶式为: (1.5分) (1.5分) 实测D=6.54g/cm3,接近D01,说明方程 (1)合理,(1分) 固溶体化学式: Ce0.85Ca0.15O1.85为氧空位型固溶体。 无机材料科学基础试卷九 一、名词解释(20分): 1.不一致熔融化合物,连线规则 2.非本征扩散,稳定扩散 3.非均匀成核,一级相变, 4.晶粒生长,二次再结晶 二、选择题(12分): 1.据范特荷夫规则,纯固相反应,反应过程是() A.放热过程B.等温过程C.吸热过程 2.在反应温度下,当固相反应的某一相发生晶型转变时,反应速度是() A.无影响B.加快C.减慢 3.表面扩散系数Ds,界面扩散系数Dg,晶格扩散系Db的关系是() A.Ds﹥Dg﹥DbB.Ds﹥Db﹥Dg C.Db﹥Ds﹥DgD.Db﹥Dg﹥Ds 4.同一种物质在晶体中的扩散系数()在玻璃中的扩散系数 A.大于B.等于C.小于D.不确定 5.A,B进行反应生成AmBn,为扩散控制的固相反应,若DB》DA,则在AmBn-A界面上,反应物B的浓度CB为() A.1B.0C.不确定 6.烧结中晶界移动的推动力是() A.表面能B.晶界两侧自由焓差C.空位浓度差 7.陶瓷经烧结后在宏观上的变化表述不正确的是() A.强度增加B.体积收缩C.气孔率降低D.致密度减少 8.金斯特林格方程采用的反应截面模型为() A.平板B.球体C.球壳D.圆柱 9.下列过程中,哪一个能使烧结体的强度增加而不引起坯体收缩? A.蒸发-凝聚B.体积扩散C.流动传质D.溶解-沉淀 10.下列属于逆扩散过程的是() A.二次再结晶B.杂质的富集于晶界C.布朗运动 11.在制造透明Al2O3陶瓷材料时,原料粉末的粒度为2μm,在烧结温度下保温30分钟,测得晶粒尺寸为10μm。 若在同一烧结温度下保温4小时,晶粒尺寸为(),为抑制晶粒生长加入0.1%MgO,此时若保温4小时,晶粒尺寸为()。 A.16μmB.20μmC.24μmD.28μm 三、填空题(18分) 1.烧结的主要传质方式有蒸发-凝聚传质、扩散传质、流动传质和溶解-沉淀传质四种,产生这四种传质的原因依次为()、()、()和()。 2.均匀成核的成核速率Iv由()和()因子所决定的。 3.菲克第一定律的应用条件是(),菲克第二定律的应用条件是()。 4.液-固相变过程的推动力为()、()和()。 5. 固体内粒子的主要迁移方式有()、()。 6.如晶体纯度降低,扩散系数与温度关系曲线中本征与非本征扩散的转折点()。 7.合成镁铝尖晶石,可选择的原料为MgCO3,MgO,γ-Al2O3,α-Al2O3,从提高反应速率的角度出发选择(),()原料较好。 8.在均匀成核时,临界成核位垒ΔGk=(),其值相当于() 具有临界半径rk的粒子数nk/N=()。 9.液-固相变时,非均匀成核位垒与接触角θ有关,当θ为()时,非均匀成核位垒与均匀成核位垒相等。 10.成核生长机理的相变过程需要有一定的过冷或过热,相变才能发生,在()情况下需要过冷。 11.在制硅砖时,加入氧化铁和氧化钙的原因(),能否加入氧化铝()。 12.在液相线以下的分相区的亚稳区内,其分解机理为(),新相成( )状,不稳定区的分解机理为(),新相成()状。 四、简答题(32分) 1.影响固相反应的因素有那些? (6分) 2.从热力学、动力学特性、形貌等对比不稳分解和均匀成核成长这两种相变过程。 如何用实验方法区分这两种过程? (9分) 3.晶界移动遇到气孔时会出现几种情况,从实现致密化目的考虑,晶界应如何移动? 怎样控制? (10分) 4.试比较杨德尔方程和金斯特林格方程的优缺点及其适用条件。 (7分) 五、相图分析(18分) 右图为生成一个三元化合物的三元相图, 1.判断三元化合物N的性质,说明理由? 2.标出边界曲线的温降方向(转熔界限用双箭头); 3.指出无变量点的性质(L、K、M); 4.分析点1,2的结晶路程; 5. 计算2点液相刚到结晶结束点和结晶结束后各相的含量 无机材料科学基础试卷九标准答案与评分标准 一、名词解释(20分): 1.不一致熔融化合物,连线规则 答: 不一致熔化合物是一种不稳定的化合物,加热到一定温度会发生分解,分解产物是一种液相和一种固相,液相和固相的组成与化合物组成都不相同。 (2.5分) 连线规则: 将一界线(或其延长线)与相应的连线(或其延长线)相交,其交点是该界线上的温度最高点。 (2.5分) 2.非本征扩散,稳定扩散 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) 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。 这种扩散称稳定扩散。 (2.5分) 3.非均匀成核,一级相变, 非均匀成核: 是指借助于表面、界面、微粒裂纹器壁以及各种催化位置等而形成晶核的过程(2.5) 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。 (2.5) 4.晶粒生长,二次再结晶 晶粒生长: 平衡晶粒尺寸在不改变其分布的情况下,连续增大的过程。 (2.5分) 二次再结晶: 是少数巨大晶粒在细晶消耗时成核长大的过程。 (2.5分) 二、选择题(12分): 每题1分 1.A2.B3.A4.C5.B6.B7.D8.B9.A10.B11.D,B 三、填空题(18分)(每空0.7分) 1.压力差、空位浓度差、应力-应变和溶解度; 2.受核化位垒影响的成核率因子、受原子扩散影响的成核率因子 3.稳定扩散、不稳定扩散 4.过冷度、过饱和浓度、过饱和蒸汽压 5. 空位机构、间隙机构 6.向左 7.MgCO3、α-Al2O3 8.1/3Akγ、新相界面能的1/3、exp(-ΔGk/RT) 9.180º 10.相变过程放热 11.作为
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