材料科学基础(试题12)
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无机材料科学基础卷12
一、名词解释(24分)(8*3分)
晶胞、晶子假说、正尖晶石、肖特基缺陷、非均匀成核、本征扩散、晶粒生长、液相独立析晶
二、问答题(60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。(10
分)
2、说明高岭石和蒙脱石的结构特点,并解释为什么蒙脱石具有膨胀性和
高的阳离子交换容量,而高岭石则不具有膨胀性、阳离子交换容量也很低。(10分)
3、网络变性体(如Na
2
O)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 4、什么是润湿?改善润湿的方法有那些?(10分) 5、说明影响扩散的因素?(10分) 6、MoO 3和CaCO 3 反应时,反应机理受到CaCO 3 颗粒大小的影响。当MoO 3 : CaCO 3=1:1,MoO 3 的粒径r 1 为0.036mm,CaCO 3 的粒径r 2 为0.13mm时,反 应是扩散控制的;而当CaCO 3:MoO 3 =15:1,r 2 <0.03mm时,反应由升华 控制,试解释这种现象。(10分) 三、相图分析(16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A m B 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(E、N); E N 4.分析点1,2的结晶路程。 无机材料科学基础试卷十二标准答案及评分标准 一、名词解释(24分)(8*3分) 晶胞:指晶体结构中的平行六面体单位,其形状大小与对应的空间格子中的单位平行六面体一致。 晶子假说:苏联学者列别捷夫提出晶子假说,他认为玻璃是高分散晶体(晶子)的结合体,硅酸盐玻璃的晶子的化学性质取决于玻璃的化学组成,玻璃的结构特征为微不均匀性和近程有序性。 正尖晶石;二价阳离子分布在1/8四面体空隙中,三价阳离子分布在l/2八面体空隙的尖晶石。 肖特基缺陷:如果正常格点上的原子,热起伏过程中获得能量离开平衡位置,迁移到晶体的表面,在晶格内正常格点上留下空位,即为肖特基缺陷。 非均匀成核:借助于表面、界面、微粒裂纹、器壁以及各种催化位置而形成晶核的过程。 本征扩散:是指空位来源于晶体结构中本征热缺陷而引起质点的迁移。 晶粒生长:无应变的材料在热处理时,平均晶粒尺寸在不改变其分布的情况下,连续增大的过程。 液相独立析晶:是在转熔过程中发生的,由于冷却速度较快,被回收的晶相有可能会被新析出的固相包裹起来,使转熔过程不能继续进行,从而使液相进行另一个单独的析晶过程,就是液相独立析晶。 二、问答题(60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。(10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。(2.5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;(1.5分)双四面体、三节环、四节环和六节环;(1.5分)链状结构:单链、双链;(1.5分)层状结构:平面层;(1.5分)架状结构:三维空间延伸的骨架。(1.5分) 2.说明高岭石和蒙脱石的结构特点,并解释为什么蒙脱石具有膨胀性和高的阳离子交换容量,而高岭石则不具有膨胀性、阳离子交换容量也很低。(10分)答:高岭石的阳离子交换容量较小,而蒙脱石的阳离子交换容量较大。因为高岭石是1:1型结构,离子的取代很少,单网层与单网层之间以氢键相连,氢键强于范氏键,水化阳离子不易进入层间,因此阳离子交换容量较小。(5分)而蒙脱石是为2:1型结构,铝氧八面体层中大约1/3的Al3+被Mg2+取代,为了平衡多余的负电价,在结构单位层之间有其它阳离子进入,而且以水化阳离子的形式进人结构。水化阳离子和硅氧四面体中O2-离子的作用力较弱,因而,这种水化阳离子在一定条件下容易被交换出来。C轴可膨胀以及阳离子交换容量大,是蒙脱石结构上的特征。(5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 4.什么是润湿?改善润湿的方法有那些?(10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。(2分) 改善润湿的方法有:①降低γSL S、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.说明影响扩散的因素?(10分) 答:(1)化学键:共价键方向性限制不利间隙扩散,空位扩散为主。金属键离子键以空位扩散为主,间隙离子较小时以间隙扩散为主。(2分) (2)缺陷:缺陷部位会成为质点扩散的快速通道,有利扩散。(2分) (3)温度:D=D0exp(-Q/RT)Q不变,温度升高扩散系数增大有利扩散。Q越大温度变化对扩散系数越敏感。(2分) (4)杂质:杂质与介质形成化合物降低扩散速度;杂质与空位缔合有利扩散;杂质含量大本征扩散和非本征扩散的温度转折点升高。(2分) (5)扩散物质的性质和扩散介质的结构:扩散质点和介质的性质差异大利于扩散。(2分) 6.MoO3和CaCO3反应时,反应机理受到CaCO3颗粒大小的影响。当MoO3 :CaCO3=1:1,MoO3的粒径r1为0.036mm,CaCO3的粒径r2为0.13mm时,反应是扩散控制的;而当CaCO3:MoO3=15:1,r2<0.03mm时,反应由升华控制,试解释这种现象。(10分) 4.答:当MoO3的粒径r1为0.036mm,CaCO3的粒径r2为0.13mm时, CaCO3颗粒大于 MoO3,由于产物层较厚,扩散阻力较大,反应由扩散控制,反应速率随着CaCO3颗粒度减小而加速,(5分)当r2 判断三元化合物A m B n的性质,说明理由? 三、相图分析(16分) 1.判断三元化合物A m B n的性质 不一致熔融二元化合物。(1分) 2.标出边界曲线的温降方向(转熔界限用双箭头); 见下图(5分) 3.指出无变量点的性质(E、N);(2分) E :单转熔点 F :低共溶点 分析点1,2的结晶路程;(8分)