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材料科学基础试题库答案

TestofFundamentalsofMaterialsScience

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_________。

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）－；

（2）－－;（3）－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_________。

0021.0.2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。

0026.离子晶体生成Schttky缺陷时，正离子空位和负离子空位是同时成对产生的，同时伴随_________的增加。

0027.多种聚合物同时并存而不是一种独存这就是熔体结构_________的实质。

在熔体组成不变时，各级聚合物的数量还与温度有关，温度升高，低聚物浓度增加。

0028.系统中每一个能单独分离出来并_________的化学均匀物质，称为物种或组元，即组份。

例如，对于食盐的水溶液来说，NaCl与H2O都是组元。

而Na+、Cl－、H+、OH－等离子却不能算是组元，因为它们都不能作为独立的物质存在。

0029.在弯曲表面效应中，附加压力ΔP总是指向曲面的_________，当曲面为凸面时，ΔP为正值。

0030.矿化剂在硅酸盐工业中使用普遍，其作用机理各异，例在硅砖中加入1-3％[Fe2O3＋Ca2（OH）2]做矿化剂，能使大部分a-石英不断溶解同时不断析出a-磷石英，从而促进a-石英向磷石英的转化。

水泥生产中用_______作矿化剂，可以降低熟料中液相生成温度和降低液相粘度，提高离子扩散速率，加速CaO•SiO2的形成。

0031.一级相变是指体系由一相变为另一相时，两相的化学势相等但化学势的________不相等，有相变潜热，并伴随有体积改变。

0032.在固体介质中，做无规则布朗运动的大量质点的扩散系数取决于质点的_________和迁移自由程r平方的乘积。

0033.烧结的推动力是_________，它可凭下列方式推动物质的迁移：

蒸发-凝聚传质，扩散传质，流动传质，溶解-沉淀传质。

0034.固体质点扩散的推动力是_________。

0035.固相分解反应的特点是：

（1）_________；

（2）________;（3）________。

0036.在MoO3+CaCO3CaMoO4+CO2反应中，当CaCO3：

MoO3＝15，时，由于产物层_______和扩散阻力______,反应由____________控制，并随___________减小而加速。

0037.本征扩散是指：

__________，其扩散系数D＝___________,其扩散活化能由__________和____________组成。

0038.杂质原子在其它晶格中扩散时的推动力为_______，同种原子在自己晶格中自扩散的推动力为_____。

0039.晶体中五种扩散机制为___、____、____、____和____，其中___是离子晶体中最常见的扩散机制，其扩散活化能包括__和___。

0040.析晶过程分两个阶段，先______后______。

在析晶作用曲线上_______速率曲线在高温区。

0041.玻璃分相的两种机理是__________机理和__________机理。

前者分相时质点作___扩散，分相速率____;后者分相后具有______结构，分相开始界面____突变。

0042.将下面四个概念的序号a、b、c、d分别填入各分相特点前的括号内。

a.稳定分相b.介稳分相c.成核-长大分相d.旋节分相

（c）第二相组成不随时间变化；（a）分相区在液相线上；（d）分相开始界面呈弥散状，并逐渐明显；

（c）分相后具有液滴状孤立结构；（c）分相速度慢；（b）分相后的两相均为热力学介稳相；

（c）有分相势垒；（d）分相时质点作负扩散；（d）

（b）分相区在液相线下;

0043.液－固相变中的非均匀成核是指_____________形成晶核的过程。

它的成核位垒随接触角的_______而降低，当由0～900时，成核位垒GK*与均匀成核位垒GK的关系为___。

0044.MgO具有______型结构，其对称型______，空间群______，属于______晶族和______晶系，正负离子配位数为______，单个晶胞占有正负离子的数目为______。

AgCl和Cu2S极化程度的大小顺序是___，极化结果改变配位数的是___，不极化结果改变配位数的是___。

0046.下列化合物属于什么结构

（1）蓝维矿BaTi[Si3O9]______，

（2）透辉石CaMg[Si2O6]______，（3）滑石Mg3[Si4O10]（OH）2______，（4）石英SiO2______，（5）镁橄榄石Mg2[SiO4]______

0047.液相烧结与固相烧结相同的是其过程都由____，____，____等三个阶段组成，不同点是____，_____，_____。

0048.烧结有______，______，______，______等四种传质方式，产生的原因分别是______，______，______，______。

0049.在烧结初期，若x/r与t1/3成正比，其属于______传质过程，这种烧结的推动力是______，收缩率为______。

0050.一种扩散过程：

lnD与1/T的变化关系如图所示，该扩散属于______扩散过程，图中各部分线段的斜率分别是

（1）______

（2）______（3）______，各部分线段所表示的扩散类型是

（1）______

（2）______（3）______。

0051.造成二次再结晶的原因主要是______，及______，其次是______，及______等。

晶胞中Cl-离子作最紧密堆积，Na＋填充面体空隙的100%，以（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，正负离子配位数为_____，配位多面体之间共______连接，单个晶胞占有正负离子的数目为______。

0053.晶体结构中的点缺陷类型共分、和三种，CaO加入到ZrO2中形成间隙式固溶体的的缺陷反应式为，固溶式分子式：

。

形成置换式固溶体的的缺陷反应式为，固溶式分子式：

。

填空题答案

0001.蒸发－冷凝，扩散，溶解－沉淀，流动；1/3，1/5，1/6，1/2。

0002.对称面、对称中心、对称轴，旋转反伸轴；滑移面、螺旋轴；C、m。

0003.3、7、32、146、47、14、230。

0004.单形、聚形。

0005.内部质点在三维空间成周期性重复排列的固体。

0006.1，2

0007.自限性、均一性、异向性、对称性、最小内能。

0008.（143）

0009.小于90°，越小；大于90°，越大

0010.增大，减少

0011.间隙原子、空位、杂质原子；CaCl2+2+2ClCl。

0012.化学位梯度

0013.由晶体内本身的热缺陷引起质点迁移的扩散，D＝D0exp（-Q/RT），空位形成能，空位迁移能

0014.成核，长大

0015不变，不变，变大，变小，Schtty缺陷，Frankel缺陷

0016.

0017.玻璃形成温度高小大

0018.

（2）>（3）>

（1）

0019.时间－温度－相转变

0020.大（小）大（小）结构参数Y

0021.降低

0022.降低

3

0024.立方面心格子。

0025.共顶方式。

0026.晶体体积。

0027.远程无序。

0028.独立存在。

0029.曲率中心。

0030.萤石。

0031.一级偏微商。

0032.有效跃迁频率。

0033.表面能的降低。

0034.化学位梯度

0035.

（1）属非均相反应，参与反应的固相相互接触是反应发生化学作用和物质输送的先决条件。

（2）固相反应开始温度远低于反应物的熔点或系统低共熔点温度。

（泰曼温度）。

（3）存在多晶转变时，此转变也常是反应开始变得明显的温度。

（海德华温度）

0036.变薄，减少，MoO3的升化过程，MoO3粒径

0036.由晶体内本身的热缺陷引起质点迁移的扩散,D＝D0exp（-Q/RT），空位形成能，空位迁移能

0038.缺陷浓度，0

0039.易位，环形扩散，空位扩散，间隙扩散，准间隙扩散，空位扩散，空位形成能，空位迁移能

0040.成核，生长，生长

0041.成长—成核，调幅分解，正，慢，连续非球形，不稳定

0042.略

0043.，减少，GK*=1/2GK

，m3m，Fm3m，高级，立方，6，4

0045.AgCl＜KCl＜Cu2S，Cu2S，AgCl

0046.组群状，链状，层状，架状，岛状。

0047.颗粒重排，气孔填充，晶粒生长；传质方式不同，传质速率不同，达到相同致密烧结体的温度不同。

0048.蒸发-凝聚，扩散，流动，溶解-沉淀；压力差，空位浓度差，应力-应变，溶解度差。

0049.蒸发-凝聚，粉末体球形颗粒凸面与颗粒接触点颈部之间的蒸气压差，零。

0050.缺氧条件下非计量化合物空位扩散,

本征扩散,非化学计量扩散,非本征扩散或杂质扩散

0051.，原始物料粒度不均匀，烧结温度偏高，成型压力不均匀，局部有不均匀。

0052.面心立方，八，1，2，6,棱，4。

0053.间隙原子、空位、杂质原子；

，

，

二、判断题

0001．Na2O-SiO2系统中随SiO2含量的增加，熔体的粘度将降低。

（）

0002．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。

（）

0003．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。

（）

0004．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。

（）

0005．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。

（）

0006．纯物质在一定压力下的熔点是定值。

（）

0007．纯液体在一定温度下的蒸汽压为定值。

（）

0008．纯物质在一定温度下，固、液、气可以三相平衡共存。

（）

0009．粉状物料的表面能大于多晶烧结体的晶界能，这是烧结过程的推动力。

（）

0010．烧结过程中，如果晶界移动速率等于气孔扩散速率，可达到烧结体致密化。

（）

0011.逆扩散的推动力是浓度梯度.（）

0012.成核--生成相变亚稳区Ｇ"<0，斯宾那多分解的不稳区Ｇ">0.（）

0013.分开单位面积的粘附表面所需的功。

粘附性越好，粘附功越小。

（）

0014.问：

螺位错可以攀移。

（）

0015.浓度差会引起扩散，扩散总是从高浓度处向低浓度处进行。

（）

0016.多晶转变点一定不会是析晶终点，过渡点一定不会是析晶终点。

（）

0001．答：

不正确。

粘度增加。

0002．答：

不正确。

扩散也可以从低浓度向高浓度进行。

0003．答：

不正确。

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。

0004．答：

正确。

0005.答：

不正确。

两个固相和一个液相。

0006．答：

正确。

根据相律F=C-P+2，C=1。

熔化时P=2，F=1-2+2，当压力确定后温度就确定了。

0007．答：

正确。

0008．答：

不正确。

固、液、气可以三相平衡时，自由度F=0，这是外界条件（温度和压力）都是确定的特定值，不能随意变化，因此温度不能任意指定。

0009．答：

正确。

0010．答：

不正确。

晶粒正常生长时，晶界移动受到杂质或气孔的牵制，为了利用晶界作为原子移动的快速通道，希望气孔维持在晶界或三个晶粒的交汇点上，晶界移动速率等于气孔扩散速率，晶界在牵制气孔移动的同时，气孔作为空位源而快速向烧结体外排除。

随着烧结进行，气孔率逐渐减小，气孔内气压不断提高，当内气压增至2γ/r时，即其孔内气压等于烧结推动力，烧结就停止了，继续升高温度，气孔内气压＞2γ/r，气孔膨胀而出现反致密化过程。

0011答：

不对，是化学位梯度。

0012.答：

不对。

相反。

0013.答：

不对。

WAB=γA+γB-γAB，粘附性越好，粘附功越大。

0014.答：

不正确。

螺型位错只能滑移。

螺型位错运动时，螺型位错的移动方向与位错线垂直，也与柏氏矢量垂直。

对于螺型位错，由于位错线与柏氏矢量平行，故它的滑移不限于单一的滑移面上。

对于螺型位错，另一滑移面上去继续滑移，这一过程称为交滑移。

0015.答：

不正确。

扩散的基本推动力是化学位梯度，只不过在一般情况下以浓度梯度的方式表现出来；扩散是从高化学位处流向低化学位处，最终系统各处的化学位相等。

如果低浓度处化学势高，则可进行负扩散，如玻璃的分相过程。

0016.答：

正确。

三、名词解释

0001晶体0002等同点0003空间点阵0004结点

0005晶体定向0006晶体常数0007对称0008对称型

0009晶类0010单形0011聚形0012布拉菲格子

0013晶胞0014空间群015单键强0016分化和缩聚

0017网络形成体、网络中间体、网络改性体0018凝聚系统0019介稳平衡

0020低共熔点0021双升点0022双降点0023马鞍点

0024连线规则0025切线规则0026三角形规则0027重心规则

0028稳定扩散与不稳定扩散0029本征扩散与非本征扩散

0030自扩散与互扩散0031扩散系数与扩散通量

0032配位数与配位体0033同质多晶与多晶转变

0034位移性转变与重建性转变0035弗伦克尔缺陷与肖特基缺陷

0036刃型位错和螺型位错0037晶子学说和无规则网络学说

0038晶体场理论0039配位场理论0040萤石型和反萤石型

0041类质同晶和同质多晶0042二八面体型与三八面体型

0043同晶取代与阳离子交换0044尖晶石与反尖晶石

0045米勒指数0046离子晶体的晶格能0047离子极化0048铁电效应

0049压电效应0050硼反常现象0051熔体、玻璃体0052界核半径

0053无序扩散0054烧结宏观定义0055非均相成核0056矿化剂

0057晶界结构0058桥氧离子0059吸附0060表面能：

0061初次再结晶0062二次再结晶0063晶粒长大

名词解释参考答案

0001．晶体是内部质点在三维空间成周期性重复排列的固体。

或晶体是具格子构造的固体。

0002．等同点晶体结构中在同一取向上几何环境和物质环境皆相同的点称为等同点。

0003．空间点阵是表示晶体结构中各类等同点排列规律的几何图形。

或是表示晶体内部结构中质点重复规律的几何图形。

0004．空间点阵中的阵点，称为结点。

0005．晶体定向就是在晶体中确定坐标轴（称晶轴）及轴单位或轴率（轴单位之比）。

0006．晶体常数：

晶轴轴率或轴单位，轴角。

表示晶体结构特征的参数（a、b、c，α（b∧c）、β（a∧c）、γ（a∧b））称为晶胞常数，晶胞参数也即晶体常数。

0007．对称是指物体相同部分作有规律的重复。

0008．对称型晶体结构中所有点对称要素（对称面、对称中心、对称轴和旋转反伸轴）的集合称为对称型，也称点群。

0009．晶类将对称型相同的晶体归为一类，称为晶类。

0010．单形是由一组同形等大的晶面所组成，这些晶面可以借助其所属对称型的对称要素彼此实现重复。

也就是说，单形是由对称要素联系起来的一组晶面的集合。

0011．聚形含有两个或两个以上单形的晶形称为聚形。

0012．所有晶体结构的空间点阵可划分成十四种类型的空间格子，这14种空间格子称布拉菲格子。

0013．任何晶体都对应一种布拉菲格子，因此任何晶体都可划分出与此种布拉菲格子平行六面体相对应的部分，这一部分晶体就称为晶胞。

晶胞是能够反映晶体结构特征的最小单位。

0014．空间群是指一个晶体结构中所有对称要素集合。

0015．单键强即为各种化合物分解能与该种化合物配位数的商。

0016．分化过程：

架状[SiO4]断裂称为熔融石英的分化过程。

缩聚过程：

分化过程产生的低聚化合物相互发生作用，形成级次较高的聚合物，次过程为缩聚过程。

0017．网络形成体、网络中间体、网络改性体

网络形成体：

正离子是网络形成离子，对应氧化物能单独形成玻璃。

即凡氧化物的单键强度＞335kJ/mol者称为网络形成体，这类氧化物能单独行成玻璃。

网络变性体：

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，即称为网络变形体。

网络中间体：

单键强度介于250～335kJ/mol，这类氧化物的作用介于网络形成体和网络改性体之间，称为网络中间体。

0018．凝聚系统：

不含气相或气相可以忽略的系统。

0019．介稳平衡：

即热力学非平衡态，能量处于较高状态，经常出现于硅酸盐系统中。

0020．低共熔点：

是一种无变量点，系统冷却时几种晶相同时从熔液中析出，或加热时同时融化。

0021．双升点：

处于交叉位的单转熔点。

0022．双降点：

处于共轭位的双转熔点。

0023．马鞍点：

三元相图界线上温度最高点，同时又是二元系统温度的最低点。

0024．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。

0025．切线规则：

将界线上某一点所作的切线与相应的连线相交，如交点在连线上，则表示界线上该处具有共熔性质；如交点在连线的延长线上，则表示界线上该处具有转熔性质，远离交点的晶相被回吸。

0026．三角形规则：

原始熔体组成点所在副三角形的三个顶点表示的物质即为其结晶产物；与这三个物质相应的初初晶区所包围的三元无变量点是其结晶结束点。

0027．重心规则：

如无变点处于其相应副三角形的重心位，则该无变点为低共熔点：

如无变点处于其相应副三角形的交叉位，则该无变点为单转熔点；如无变点处于其相应副三角形的共轭位，则该无变点为双转熔点。

0028．稳定扩散与不稳定扩散：

扩散过程中任一点浓度随时间变化称为不稳定扩散。

0029．本征扩散与非本征扩散：

由此点缺陷引起的扩散为本征扩散，主要出现了肖特基和弗兰克尔点缺陷。

由不等价离子造成晶格空位，由此引起的质点迁移称为非本征扩散。

0030．自扩散：

互扩散：

0031．扩散系数：

扩散通量：

0032．配位数：

晶体结构中与一个离子直接相邻的异号离子数。

配位体：

晶体结构中与某一个阳离子直接相邻、形成配位关系的各个阴离子中心连线所构成的多面体。

0033．同质多晶：

同一化学组成在不同外界条件下（温度、压力、pH值等），结晶成为两种以上不同结构晶体的现象。

多晶转变：

当外界条件改变到一定程度时，各种变体之间发生结构转变，从一种变体转变成为另一种变体的现象。

0034．位移性转变：

不打开任何键，也不改变原子最邻近的配位数，仅仅使结构发生畸变，原子从原来位置发生少许位移，使次级配位有所改变的一种多晶转变形式。

重建性转变：

破坏原有原子间化学键，改变原子最邻近配位数，使晶体结构完全改变原样的一种多晶转变形式。

0035．当晶体热振动时，一些能量足够大的原子离开平衡位置而挤到晶格点的间隙中，形成间隙原子，而原来位置上形成空位，这种缺陷称为弗伦克尔缺陷。

如果正常格点上原子，热起伏后获得能量离开平衡位置，跃迁到晶体的表面，在原正常格点上留下空位，这种缺陷称为肖特基缺陷。

0036．滑移方向与位错线垂直的位错称为刃型位错。

位错线与滑移方向相互平行的位错称为螺型位错。

0037．晶子学说：

玻璃内部是由无数“晶子”组成，微晶子是带有晶格变形的有序区域。

它们分散在无定形介中质，晶子向无定形部分过渡是逐渐完成时，二者没有明显界限。

无规则网络学说：

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