[精品]材料科學(xué)基礎(chǔ)考試題

1、1. 熔體：介于氣體和固體之間的一種物質(zhì)狀態(tài)，它具有流動(dòng)性和各向同性，和氣體相似，但又具有較大的凝聚力和很小的壓縮性和固體相似。2. 吸附：固體和液體表面存在大量不飽和鍵的原子和離子，它們都能吸引外來(lái)的原子，離 子，分子，這一現(xiàn)象稱為吸附。3. 粘土的可塑性：當(dāng)粘土與適當(dāng)比例的水混合均勻制成泥團(tuán)，該泥團(tuán)受到高于某一個(gè)數(shù)值剪切應(yīng)力作用后，可以塑造成任何形狀，當(dāng)去除應(yīng)力泥團(tuán)能保持其形狀，這種性質(zhì)稱為可塑性。4. 粘土的觸變性：泥漿靜止不動(dòng)時(shí)似凝固體，一經(jīng)擾動(dòng)或搖動(dòng)，凝固的泥漿又重新獲得流動(dòng)性。5. 擴(kuò)散：在一個(gè)相內(nèi)因分子或原子的熱激活運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致成分混合或均勻化的分子動(dòng)力學(xué)過(guò)程。6. 固相反應(yīng) 廣義：

2、凡是有固相參與的化學(xué)反應(yīng)。狹義：常指固體與固體間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成新固體產(chǎn)物的過(guò)程。7. 燒結(jié)：壓制成型后的粉狀物料在低于熔點(diǎn)的高溫作用下、通過(guò)坯體間顆粒相互粘結(jié)和物質(zhì)傳遞，氣孔排除，體積收縮，強(qiáng)度提高、逐漸變成具有一定的幾何形狀和堅(jiān)固整體的過(guò)程。&二次再結(jié)晶：坯體中少數(shù)大晶粒尺寸的異常增加，其結(jié)果是個(gè)別晶粒的尺寸增加，這是區(qū)別于正常的晶粒長(zhǎng)大的。9. 計(jì)算SiO2 （石英玻璃）的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)？解：Si4+ 離子的配位數(shù) Z=4,R=0/Si=2/l=2,貝U X=2R-Z=0, Y=2Z-2R=4,說(shuō)明結(jié)構(gòu)中所有的氧離子都是橋氧，四面體的所有頂角都被共用，玻璃結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)度達(dá)到最大10. 一

3、種玻璃的組成試 80%SiO 2和20%Na2O,試計(jì)算其非橋氧百分?jǐn)?shù)。解：將玻璃組成由質(zhì)量百分?jǐn)?shù)換算成摩爾百分?jǐn)?shù)。質(zhì)量百分?jǐn)?shù)摩爾數(shù)摩爾百分?jǐn)?shù)慮=80.6x2 + 19.4 = 22480.6SiO2801.3380.6X =27?-Z = 2.24x2-4 = 0.48NA 2O200.3219.4Y = Z X =4-0.48 = 3.52yn aq非橋氧百分?jǐn)?shù) =y X100% =可立 X100=21.5%+ X-A + 0.482 2Y-表示一個(gè)橋氧分屬兩個(gè)四面體共有。211. 有兩種不同配位的玻璃，其組成如下（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）：序號(hào)Na2OA1 2O3SiO211020702201070

4、試用玻璃結(jié)構(gòu)參數(shù)說(shuō)明兩種玻璃高溫下粘度的大??？解：將玻璃組成由質(zhì)量百分?jǐn)?shù)換算成摩爾百分?jǐn)?shù)NO.Na2OAI2O3SiO2Y質(zhì)量摩爾質(zhì)量摩爾質(zhì)量摩爾11010.62012.97076.52.7222020.4106.27073.43.66十玻璃Na20/AI 203= <1所以A嚴(yán)在玻璃中起網(wǎng)絡(luò)變性離子的作用Ri 10.6 + 12.9x3 + 76.5x2 = 2.64 Xi = 2x2.644匕=4 .28 =76J= 1.282.7220 42破璃Na2O/Al 203= >! AP+在玻璃中起網(wǎng)絡(luò)形成離子的作用“20.4 + 6.2x3 +人2 =2.17 X2 = 2x2.

5、17=0.3473.4 + 6.2x2場(chǎng)=4-0.34=3.6673.4x2因而嶺 < 旳Rl>R2即2#玻璃橋氧分?jǐn)?shù)大于1#但O/Si比小于訃玻璃，可以判斷在高溫下1#溶體粘度小于2#12.MgO A12O3SiO2系統(tǒng)的低共熔物放在Si3N4陶瓷片上，在低共熔溫度下，液相的表面張力為900xl0 3N/m,液體與固體的界面能為600xW 3N/m,測(cè)得接觸角為70.52 °1）求SisM的表面張力。把Si3叫在低共熔溫度下進(jìn)a行熱處理,測(cè)試其熱腐蝕的槽角60。，求 SisNq的晶界能？解：已知 YLV =900xl0-3N/m Y SL=600xl0' 3N/

6、m 0=70.52Ysv=YsL+YLvCOS0=600xl0'3+900xl0' 3xCOS70.25=900.13xl0'3N/m已知q>=60 °YSS=2YSVCOS<l>/2 =2X900X10'3XCOS60/2 =1.559N/m13. 雙點(diǎn)層，NaCl雙電層構(gòu)造，形成和影響因素對(duì)于離子晶體，表面離子失去外層離子后破壞了靜電平衡，由于極化作用，造成雙電層效 型離子晶體在表面力的作用下，離子的極化變形與位移重排過(guò)程。從晶格點(diǎn)陣排 作用力較大，極化率小的正離子應(yīng)處于穩(wěn)定的晶格位置，為降低表面能 趨于對(duì)稱，因而 M+在內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)

7、作用下向晶體內(nèi)靠攏，而易極化的 向外側(cè)，從而形成表面雙電層。14. 說(shuō)明吸附的本質(zhì)？吸附是固體表面力場(chǎng)與吸附分子發(fā)岀的力場(chǎng)相互作用的結(jié)果，它是發(fā)生在固體上的。根據(jù) 力的性質(zhì)不同，可分為物理吸附和化學(xué)吸附兩種。物理吸附：由分子間引力引起的，這時(shí)吸附物分子與吸附劑晶格可看作是兩個(gè)分立的系統(tǒng)。 附：伴隨有電子轉(zhuǎn)移的鍵合過(guò)程，這時(shí)應(yīng)把吸附分子與吸附劑晶格作為一個(gè)統(tǒng)一的15. 什么是晶界結(jié)構(gòu)？答：晶界結(jié)構(gòu)是指晶界在多晶體中的形狀、結(jié)構(gòu)和分布。應(yīng)。MX列的穩(wěn)定性考慮，,各離子周圍作用能應(yīng)盡量X-受誘導(dǎo)極化偶離子排斥而被推相互作用化學(xué)吸系統(tǒng)來(lái)處理。16.由實(shí)驗(yàn)測(cè)得膠體粒子是荷電的，試從理論上分析膠粒荷電的原

8、因?答：粘土粒子板面上的負(fù)電荷：(1)粘土晶格內(nèi)離子的類質(zhì)冋晶置換造成電價(jià)不平衡使之板面上帶負(fù)電。(2)吸附在粘土表面的腐殖質(zhì)離解而產(chǎn)生的負(fù)電荷。PH不同，導(dǎo)致粘土粒子帶粘土粒子邊棱上的正電荷：粘土粒子沿垂直層方向斷鍵時(shí)，由于不同的電荷，當(dāng)在 PH<6酸性介質(zhì)中時(shí)，粘土邊棱帶正電荷。綜上所述：粘土的正電荷和負(fù)電荷的代數(shù)和就是粘土的凈電荷，由于粘土的負(fù)電荷一般都 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正電荷，因此粘土都帶有凈負(fù)電荷。17. 畫圖解釋粘土的電動(dòng)電位彳BCA-B-吸附層，B-C擴(kuò)散層，E-熱力學(xué)電位a+V電動(dòng)電位）一吸附層與擴(kuò)散層之間電位差KL +de+A B1&已知：A-B-C三元系統(tǒng)相圖如下，試

9、回答下列問(wèn)題寫岀各化合物性質(zhì)；畫岀此相圖的副三角形？并說(shuō)明根據(jù)是什么？用箭頭表示界線溫度下降方向及各界線性質(zhì)，并說(shuō)明根據(jù)什么？判斷各無(wú)變量點(diǎn)性質(zhì)，并寫岀相應(yīng)相平衡關(guān)系式，并說(shuō)明根據(jù)什么？畫岀熔體p的冷卻析晶路線；熔體 P的最終析晶產(chǎn)物是什么，開(kāi)始析晶產(chǎn)物是什么？根據(jù)什么判斷？S:不一至熔二元化合物；E:不一至熔三元化AACE, AAES, AESB, EBC;根據(jù)三角形化規(guī)則見(jiàn)圖；根據(jù)連線規(guī)則和切線規(guī)則。3點(diǎn)：?jiǎn)无D(zhuǎn)熔點(diǎn)厶 3 + S <=> E + B ；4點(diǎn)：雙轉(zhuǎn)熔點(diǎn)厶 4 + 4 + SE ；5點(diǎn)：?jiǎn)无D(zhuǎn)熔點(diǎn)厶 5 + A E + C ；6點(diǎn)：低共熔點(diǎn)LeOE + C + B ；

10、根據(jù)重心規(guī)則見(jiàn)圖最終析晶產(chǎn)物：E+B+C,根據(jù)系統(tǒng)組成點(diǎn)在哪個(gè)副三角形內(nèi)最終析晶產(chǎn)物為這個(gè)三角形三個(gè)頂點(diǎn)所代表的物質(zhì)；開(kāi)始析晶產(chǎn)物為：A,根 據(jù)系統(tǒng)組成點(diǎn)在哪個(gè)初晶區(qū)，就開(kāi)始析岀該初晶區(qū)對(duì)應(yīng)的物質(zhì)。19. 說(shuō)明影響擴(kuò)散的因素？化學(xué)鍵：共價(jià)鍵方向性限制不利間隙擴(kuò)散，空位擴(kuò)散為主。金屬鍵離子鍵以空位擴(kuò)散為主，間隙離子較小時(shí)以間隙擴(kuò)散為主。缺陷：缺陷部位會(huì)成為質(zhì)點(diǎn)擴(kuò)散的快速通道，有利擴(kuò)散。溫度：D=DOexp （-Q/RT） Q 不變，溫度升高擴(kuò)散系數(shù)增大有利擴(kuò)散。Q越大溫度變化對(duì)擴(kuò)散系數(shù)越敏感。雜質(zhì)：雜質(zhì)與介質(zhì)形成化合物降低擴(kuò)散速度；雜質(zhì)與空位締合有利擴(kuò)散；雜質(zhì)含量大本征擴(kuò)散和非本征擴(kuò)散的溫度轉(zhuǎn)折

11、點(diǎn)升高。擴(kuò)散物質(zhì)的性質(zhì)：擴(kuò)散質(zhì)點(diǎn)和介質(zhì)的性質(zhì)差異大利于擴(kuò)散擴(kuò)散介質(zhì)的結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)緊密不利擴(kuò)散。20. 指岀圖中的固體擴(kuò)散的微觀機(jī)構(gòu)，請(qǐng)排岀擴(kuò)散的難易程度，并解釋原因?0*0答：空位擴(kuò)散；（b）間隙擴(kuò)散；（c）準(zhǔn)間隙擴(kuò)散;（d）易位擴(kuò)?Q,散；（e）環(huán)形擴(kuò)散。從易到難的順序?yàn)椋嚎瘴粩U(kuò)散間隙擴(kuò)散準(zhǔn)間隙擴(kuò)散環(huán)形擴(kuò)散易位擴(kuò)散。對(duì)于離子晶體來(lái)說(shuō)，負(fù)離子做緊密堆積，正離子填空隙，處于晶格位置的粒子勢(shì)能最低，所以說(shuō)易位擴(kuò)散所需活化能最大，在擴(kuò)散過(guò)程是最 難的；環(huán)形擴(kuò)散，是正離子互相配合一起運(yùn)動(dòng)，在理論上可能的，但在實(shí)際擴(kuò)散機(jī)構(gòu)中正 離子之間要同時(shí)運(yùn)動(dòng)，也需要較大活化能；準(zhǔn)間隙擴(kuò)散是間隙內(nèi)的離子將正常格點(diǎn)的離子

12、 擠岀，需要較大活化能；在間隙位置和空位處的粒子勢(shì)能較高，故空位擴(kuò)散所需活化能最 小，因而空位擴(kuò)散是最常見(jiàn)的擴(kuò)散機(jī)理，其次是間隙擴(kuò)散。21. 粒徑為lgm球狀A(yù)12O3由過(guò)量的MgO微粒包圍，觀察尖晶石的形成，在恒定溫度下，第一個(gè)小時(shí)有20%的AI2O3起了反應(yīng)，計(jì)算完全反應(yīng)的時(shí)間？（1）用楊德?tīng)柗匠逃?jì)算；（2）用金斯特林格方程計(jì)算；解：(=旦 將 tl=ih, Gi=20%, G 2=100% 代入上式中，求得t2=194.6h 1-(1-G2)32陸2 21-qG-(1-GJ? Kf(2) =將 ti=lh, Gi=20%, G 2=100% 代入上式中，求得 t2=68h1-|G2-(1

13、-G2r 弧22. 試比較楊德?tīng)柗匠?、金斯特林格方程的?yōu)缺點(diǎn)及適用條件？丄楊德?tīng)柗匠蘁2(G) = (1-(1-G) j)2=a2?存在的問(wèn)題：由于楊德?tīng)栐谕茖?dǎo)過(guò)程中，把球形反應(yīng)面作為平面處理，反應(yīng)開(kāi)始或反應(yīng)產(chǎn)物層很薄時(shí)還可以，但隨時(shí)間延長(zhǎng)，反應(yīng)產(chǎn)物層厚度增加，不合適。測(cè)定產(chǎn)物量往往是重量，只有當(dāng)反應(yīng)物與反應(yīng)產(chǎn)物體密相等時(shí)，計(jì)算轉(zhuǎn)化率才準(zhǔn)確。(重量比=體積比 ) 楊德?tīng)柗匠踢m用范圍：反應(yīng)產(chǎn)物層較薄，轉(zhuǎn)化率較小，反應(yīng)初期，反應(yīng)物密度和產(chǎn)物密度相等時(shí)適用。2 -金斯特林格方程 F <( G) = 1 - §G - (1 - G) 3 = K, / 局限性 :沒(méi)有考慮反應(yīng)物密度和產(chǎn)物

14、密度的差別，在推導(dǎo)過(guò)程中認(rèn)為重量比 =體積比適用范圍：擴(kuò)散控制的過(guò)程轉(zhuǎn)化率大時(shí)，金斯特林格方程與實(shí)際相符產(chǎn)物密度與反應(yīng)物密度相等。23. 影響固相反應(yīng)因素反應(yīng)物化學(xué)組成的影響反應(yīng)物顆粒及均勻性的影響反應(yīng)溫度的影響(4)壓力和氣氛的影響 (5)反應(yīng)物活性的影響 (6)礦化劑及其他影響因素24. 簡(jiǎn)要敘述蒸發(fā)一凝聚燒結(jié)機(jī)理及其特點(diǎn)？機(jī)理：由于顆粒表面各處的曲率不同，按開(kāi)爾文公式可知，各處相應(yīng)的蒸氣壓大小也不同。故質(zhì)點(diǎn)容易從高能階的凸處 (如表面 ) 蒸發(fā)，然后通過(guò)氣相傳遞到低能階的凹處 (如頸部 ) 凝結(jié)，使顆粒的接 觸面增大，顆粒和空隙形狀改變而使成型體變成具有一定幾何形狀和性能的燒結(jié)體。特點(diǎn)：燒結(jié)時(shí)頸部區(qū)域擴(kuò)大，球的形狀改變?yōu)闄E圓，氣孔形狀改變，但球與球之間的中心距不變，也就是在這種傳質(zhì)過(guò)程中坯體不發(fā)生收縮，氣孔形狀的變化對(duì)坯體的一些宏觀性質(zhì)有可觀的影響，但不影響坯體密度25. 分析二次再結(jié)晶過(guò)程對(duì)材料性能有何種影響？答：二次再結(jié)晶發(fā)生后，由于個(gè)別晶粒異常長(zhǎng)大，氣孔進(jìn)入晶粒內(nèi)部，成為孤立閉氣孔，不易排除，使燒結(jié)速率降低甚至