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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<

O/Si<

2.5的碱和硅石混合物可以形成玻璃,而O/Si=3的碱和硅石混合物结晶而不形成玻璃?

（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）

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。

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。

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。

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。

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。

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<

2.5的碱和硅石混合物中，氧硅比较低，在高温熔体中高聚物含量较高，熔体黏度较高，不易析晶，所以可以形成玻璃；

（4分）而在O/Si=3的碱和硅石混合物中，氧硅比较高，在高温熔体中低聚物含量较高，熔体黏度较低，所以易析晶，而不形成玻璃。

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；

③提高γSV去除固体表面吸附膜；

④改变粗糙度。

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<

Y2R1>

R2即2#玻璃桥氧分数大于1#,O/Si比小于1#玻璃,所以在高温下1#熔体黏度小于2#.（2分）

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；

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。

3、下列性质中（）不是晶体的基本性质。

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：

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（）。

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。

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。

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？

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。

（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。

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）

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。

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。

点缺陷：

三维方向上缺陷尺寸都处于原子大小的数量级上。

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。

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。

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。

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。

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。

五、选择题（10分）

1、A；

4、A；

5、D，D；

6、D；

7、B；

8、B、A、B；

9、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

一十、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。

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。

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<

CaCl2（2分）

（3）泥浆的可塑性KCll<

CaCl2（2分）

（4）坯体的致密度KCl>

（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。

一十一、计算题（15分）

（1）（4分）

（2）（4分）

（1）式固溶式为：

（1.5分）

（2）式固溶式为：

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？

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？

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

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。

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.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。

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。

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。

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。

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

空位机构、间隙机构

6.向左

7.MgCO3、α-Al2O3

8.1