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1、2 0 1 9 年 湖 北 武 汉 科 技 大 学 无 机 材 料 科 学 基 础 考 研 真 题 及 答案一、名 词 解 释(共 3 小 题，每 小 题 1 0 分，共 3 0 分)1.晶 体 结 构（说 明 和 空 间 点 阵 区 别）2.非 化 学 计 量 化 合 物（举 例 说 明）3.非 本 征 扩 散二、填 空 题（每 空 1 分，共 1 5 分）1.粘 土 分 别 吸 附 S r2+、M g2+、N H4+、K+这 四 种 不 同 阳 离 子 后 的 性 能 变 化 规 律 为：离 子 置 换 能力（1），泥 浆 的 稳 定 性（2），泥 团 的 滤 水 性（3），泥 浆 的 流
2、 动 性（4）。（请 填 写增 大 或 减 小）2.凝 聚 系 统 的 相 律 为：(5)。3.镁 橄 榄 石 中 M g2+离 子 的 配 位 数 是（6），占 据（7）空 隙，S i4+配 位 数 是（8），占 据(9)空隙。4.固 态 反 应 包 括 界 面 化 学 反 应 和 反 应 物 通 过 产 物 层 的 扩 散 等 过 程，若 化 学 反 应 速 率 远 小 于扩 散 速 率，则 动 力 学 上 处 于（1 0）范 围。5.析 晶 过 程 包 含（1 1）和（1 2）两 个 过 程。6.在 相 同 条 件 下，碳 在 体 心 立 方 铁 中 的 扩 散 系 数 比 在 面 心
3、立 方 铁 中 的（1 3）。7.每 增 加 单 位 的 表 面 积 时，体 系 自 由 能 的 增 量 为（1 4）。8.随 着 N a2O 的 增 加，熔 体 的 黏 度 是（1 5）。三、简 答 题(共 3 小 题，每 小 题 1 0 分，共 3 0 分)1.在 面 心 立 方 和 体 心 立 方 中，最 密 排 平 面 的 米 氏 符 号 是 什 么?2.将 少 量 的 M g O 外 加 到 Z r O2中 生 成 固 溶 体，试 写 出 所 有 可 能 的 缺 陷 反 应 方 程 及 相 应 的 固 溶分 子 式，并 说 明 如 何 鉴 别 其 固 溶 体 类 型。3.简 述 外
4、加 剂 在 烧 结 中 的 作 用。四、计 算 题(共 3 小 题，每 小 题 1 5 分，共 4 5 分)1.一 种 玻 璃 的 组 成 是 3 3 m o l%的 N a2O 和 6 4 m o l%的 S i O2，请 计 算 该 玻 璃 的 结 构 参 数 及 非 桥 氧的 体 积 分 数。2.金 属 铝 的 冶 炼 温 度 为 1 2 5 0，试 分 析 是 否 可 以 用 M g O 材 料 做 冶 炼 金 属 铝 的 内 衬，已 知 有如 下 反 应 且 M g(g)易 挥 发 易 氧 化。4/3 A l(l)+O2(g)=2/3 A l2O3(s)Go1=-1 1 1 9 4
5、0 4+2 1 4.0 T(J/m o l)2 M g(g)+O2(g)=2 M g O(s)Go2=-1 4 2 7 4 7 0+3 8 7.1 T(J/m o l)3.如 在 液 相 中 形 成 边 长 为 a 的 立 方 体 晶 核 时，求 出“临 界 核 胚”立 方 体 边 长 a 和 G。为 什么 立 方 体 的 G 大 于 球 形 G?五、相 图 分 析(3 0 分)（画 图 请 作 于 答 题 册 上！）有 一 三 元 相 图 如 图 所 示：1 划 分 副 三 角 形，标 明 初 晶 区；2 标 出 图 中 各 条 界 线 上 温 度 下 降 方 向；3 判 断 各 无 变 点
6、 的 性 质，并 写 出 相 平 衡 方 程；4 指 出 化 合 物 A m B n 的 性 质，高 温 下 发 生 什 么 反 应？5 分 析 图 中 点 1 和 2 的 析 晶 路 线，并 在 图 中 作 图 进 行 标 明。答 案一、名 词 解 释(共 3 小 题，每 小 题 1 0 分，共 3 0 分)1.晶 体 结 构（和 空 间 点 阵 区 别）晶 体 中 原 子（离 子 或 分 子）在 三 维 空 间 的 重 复 排 列 构 成 晶 体 结 构。空 间 点 阵 是 晶 体 结 构 的 具体 抽 象，点 阵 结 点 位 置 放 置 具 体 原 子（离 子 或 分 子）即 构 成 晶
7、 体 结 构。2.非 化 学 计 量 化 合 物（举 例 说 明）实 际 中 一 些 化 合 物 不 遵 守 定 比 定 律，出 现 小 数 情 况，即 为 非 化 学 计 量 化 合 物。如 T i O 2 在 缺氧 条 件 下 失 去 部 分 氧 形 成 氧 离 子 空 位 型 非 化 学 计 量 化 合 物 T i O2-x。3.非 本 征 扩 散由 于 掺 入 与 晶 体 中 离 子 不 等 价 的 杂 质 离 子 而 产 生 的 掺 杂 点 缺 陷 引 起 的 扩 散。二、填 空 题（每 空 1 分，共 1 5 分）1.粘 土 分 别 吸 附 S r2+、M g2+、N H4+、K+
8、这 四 种 不 同 阳 离 子 后 的 性 能 变 化 规 律 为：离 子 置 换 能力（1），泥 浆 的 稳 定 性（2），泥 团 的 滤 水 性（3），泥 浆 的 流 动 性（4）。（请 填 写增 大 或 减 小）（1）减 小、（2）增 大、(3)减 小、(4)增 大2.凝 聚 系 统 的 相 律 为：(5)。（5）F=C-P+n（或 F=C-P+2 亦 可）3.镁 橄 榄 石 中 M g2+离 子 的 配 位 数 是（6），占 据（7）空 隙，S i4+配 位 数 是（8），占 据(9)空隙。（6）6、（7）八 面 体、(8)4、(9)四 面 体4.固 态 反 应 包 括 界 面 化 学
9、 反 应 和 反 应 物 通 过 产 物 层 的 扩 散 等 过 程，若 化 学 反 应 速 率 远 小 于扩 散 速 率，则 动 力 学 上 处 于（1 0）范 围。（1 0）化 学 反 应 动 力 学5.析 晶 过 程 包 含（1 1）和（1 2）两 个 过 程。（1 1）成 核、（1 2）长 大6.在 相 同 条 件 下，碳 在 体 心 立 方 铁 中 的 扩 散 系 数 比 在 面 心 立 方 铁 中 的（1 3）。（1 3）大7.每 增 加 单 位 的 表 面 积 时，体 系 自 由 能 的 增 量 为（1 4）。（1 4）表 面 能8.随 着 N a2O 的 增 加，熔 体 的 黏
10、 度 是（1 5）。（1 5）降 低（或 减 小）三、简 答 题(共 3 小 题，每 小 题 1 0 分，共 3 0 分)1.在 面 心 立 方 和 体 心 立 方 中，最 密 排 平 面 的 米 氏 符 号 是 什 么?在 面 心 立 方 堆 积 中，由（1 0 0）、（0 1 0）和（0 0 1）三 个 面 的 对 角 线 所 构 成 的 平 面 是 最 密 排 面，其 米 氏 符 号 为（1 1 1）.(5 分)在 体 心 立 方 密 堆 中，由（0 0 1）面 的 对 角 线 和 c 轴 构 成 的 平 面 是 最 密 排 面，其 米 氏 符 号 为（1 1 0）。（5 分）2.将 少
11、 量 的 M g O 外 加 到 Z r O2中 生 成 固 溶 体，试 写 出 所 有 可 能 的 缺 陷 反 应 方 程 及 相 应 的 固 溶分 子 式，并 说 明 如 何 鉴 别 其 固 溶 体 类 型。答：(2 分)则 置 换 式 固 溶 体 分 子 式 为 Z r1-xC axO2-x(2 分)（2 分)则 间 隙 式 固 溶 体 分 子 式 为 Z r1-x/2C a3 x/2O2(2 分)究 竟 形 成 那 种 固 溶 体，可 通 过 计 算 并 与 实 测 固 溶 体 密 度 对 比 来 判 定。(2 分)3.简 述 外 加 剂 在 烧 结 中 的 作 用。答：（1）外 加
12、剂 与 烧 结 主 体 形 成 固 溶 体（导 致 晶 格 畸 变，缺 陷 增 加，便 于 结 构 基 元 移 动）（2分）（2）外 加 剂 与 烧 结 主 体 形 成 液 相（液 相 中 扩 散 传 质 阻 力 小，流 动 传 质 速 度 快）（2 分）（3）外 加 剂 与 烧 结 主 体 形 成 化 合 物（抑 制 晶 界 移 动 速 率，充 分 排 除 气 孔）（2 分）（4）外 加 剂 阻 止 多 晶 转 变（防 止 体 积 效 应）（2 分）（5）外 加 剂 起 扩 大 烧 结 范 围 的 作 用（改 变 液 相 性 质）（2 分）四、计 算 题(共 3 小 题，每 小 题 1 5
13、分，共 4 5 分)1.一 种 玻 璃 的 组 成 是 3 3 m o l%的 N a2O 和 6 4 m o l%的 S i O2，请 计 算 该 玻 璃 的 结 构 参 数 及 非 桥 氧的 体 积 分 数。解：R=（3 3+6 4*2）/6 4=1 6 1/6 4=2.5 2（3 分）Z=4（3 分）X=2 R-Z=1.0 3（3 分）Y=2 Z-2 R=2.9 6（3 分）非 桥 氧 的 体 积 分 数 为 X/R=1.0 3/2.5 2=4 0.8 7%（3 分）2.金 属 铝 的 冶 炼 温 度 为 1 2 5 0，试 分 析 是 否 可 以 用 M g O 材 料 做 冶 炼 金
14、 属 铝 的 内 衬，已 知 有如 下 反 应 且 M g(g)易 挥 发 易 氧 化。4/3 A l(l)+O2(g)=2/3 A l2O3(s)Go1=-1 1 1 9 4 0 4+2 1 4.0 T(J/m o l)2 M g(g)+O2(g)=2 M g O(s)Go2=-1 4 2 7 4 7 0+3 8 7.1 T(J/m o l)解：4/3 A l(l）+2 M g O（s）=2/3 A l2O3+2 M g(g)（5 分）G=3 0 8 0 6 6-1 7 3 1 T（3 分）T=1 5 2 3 K 时，T=4 4 5 0 9 J（3 分）虽 然 自 由 能 大 于 0，标 准
15、 状 况 下 反 应 不 能 进 行，但 是 由 于 M g（g）易 挥 发，因 此 反 应 可 以向 右 进 行，所 以 M g O 不 适 合 用 作 冶 炼 金 属 铝 的 内 衬。（4 分）3.如 在 液 相 中 形 成 边 长 为 a 的 立 方 体 晶 核 时，求 出“临 界 核 胚”立 方 体 边 长 a 和 G。为 什么 立 方 体 的 G 大 于 球 形 G?解：o o Z rZ r OO V C a C a O 2x x xx x/2 x/2o i Z rZ r OO C a C a C a O 2 2 2 所 以 立 方 体 的 G 大 于 球 形 G五、相 图 分 析(
16、3 0 分)1 划 分 副 三 角 形，标 出 初 晶 区；（如 图，8 分）2 标 出 图 中 各 条 界 线 上 温 度 下 降 方 向；（如 图，4 分）3 判 断 各 无 变 点 的 性 质，并 写 出 相 平 衡 方 程；（E 为 低 共 熔 点，P 为 单 转 熔 点，6 分）4 指 出 化 合 物 A m B n 的 性 质，分 解 为 液 相 和 A；（不 一 致 熔 二 元 化 合 物，4 分）5 分 析 图 中 点 1 和 2 的 析 晶 路 线，并 在 图 中 作 图 进 行 标 明。（如 图，8 分）点 1：S 相：1A C A C A m B nA g L 相：1()L A L A CPh P L A A m B n C 点 2：S 相：2A A m B n C A m B n B C A m B nA A m B n f L 相：2()L A L A A m B n L A m B n L A m B n CEc d e E L A m B n B C（3 分）（3 分）（3 分）(3 分)（3 分）