无机材料科学基础综合测试9.doc

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1、无机材料科学基础综合测试9测试九问答与计算1.（5分）Si和A1的原子量非常接近（分别为28.09和26.98）,但SiO2及A12O3的密度相差很大（分别为2.65g/cm3及3.96g/cm3）试运用晶体结构及鲍林规则说明这一差别。2.（15分）石墨、云母和高岭冇具有相似的结构，请分析它们结构的区别以及由此引起的性质上的差异。3.（1）（5分）在MgO晶体屮，肖特基缺陷的生成能为6ev,分别计算25C和1600°C时热缺陷的浓度。（2）（5分）如果MgO晶体中，含有百力分Z—的A1203杂质，则在1600C时，MgO晶体小是热缺陷占优势还是杂质缺陷占优

2、势？请说明原因。4・（15分）非化学计暈缺陷的浓度与周则气氛的性质、压力人小相关，如果增人周围氧气的分压，非化学计量化合物的密度将发生怎样的变化？为什么？5.（10分）在组成为16Na20.xB203.（84-x）SiO2的熔体中,当x<15mol%时,增加B203的含量使粘度升高;当x>15mol%时，增加B203的含量,反而会使粘度降低，为什么？6・（10分）用Na2C03和Na2SiO3分别稀释同一•粘十•泥浆，试比较电解质加入量相同时，两种泥浆的流动性、触变性和坯体致密度的人小。7.（10分）试说明中各项所代表的意义，并解释同样是间隙扩散机构，为什

3、么在相同的温度下，杂质在介质屮的扩散系数比介质本身形成间隙离子的扩散系数人？8.（10分）扩散系数与哪些因索有关？为什么？为什么可以认为浓度梯度人小基本上不影响D值，但浓度梯度人则扩散得快又如何解释？9.（I）（8分）当测量氧化铝一水化物的分解速率时，一个学生发现在等温实验期间，重量损失随时间线性增加到50%左右。超出50%时重量损失的速率就小于线性规律。线性等温速率随温度指数地增加，温度从451°C增加到493°C时速率增人10倍，试计算反应活化能。（2）（7分）何谓矿化剂？在固相反应屮加入少量矿化剂可促进反应加速进行，解释其原因。7.（10分）为什么在

4、成核生长机理相变中，要有一点过冷或过热才能发生相变？什么情况下需要过冷，什么情况下需要过热？8.（10分）当球形晶核在液态中形成吋，整个自由恰的变化AG二4nr2Y+4/3nr3AGv,式中r为球形晶核的半径,Y为液态中晶核的表面能,AGv为液相小单位体积晶核形成的体积H由恰变。求证晶核的临界半径rc和成核势垒AGc。如在液态屮形成边长为a的立方体晶核时，求晶核的临界立方体边长ac和成核势垒△Geo9.（10分）在1500°CMgO正常晶粒长人期间，观察到晶体在1小时内从1um玄径长大到10unio如已知晶界扩散能为60kcal/mol,试推测在1600°

5、C下4小时后晶粒的人小，并解释为什么在烧结粉末体屮加入少量添加物可促进烧结？10.如图所示为A-B-C三元系统相图，在AABC内有DI、D2、D3、D4四个化合物。（1）（2分）说明四个化合物的性质；（2）（8分）划分副三角形，分析E、F、G、H、I、J、K点的性质，并写出相平衡方程式；（3）（2分）用箭头标Q1DABC边上及各界线上的温降方向，并判断各界线性质；（3）（5分）分析点配料组成为M的熔体从高温冷却至低温的平衡析晶过程，写出相平衡表达武；（4）（3分）计算M熔体在冷却析晶过程小，其液相组成刚达到结晶结束点时，平衡共存各相的百分含量。£eie2d

6、4答案九1.（5分）Si和Al的原子量非常接近（分别为28.09和26.98）,但Si02及A1203的密度相差很人（分别为2.65g/cm3及3.96g/cm3）试运用晶体结构及鲍林规则说明这一差别。解：在A1203中，A13+的择优配位数为6,键强度为，要求四个铝原子与每个02-直接相邻；而02-采取近似六方密堆积排列，铝原子充填于三分Z二的八面体空隙中,使A1203晶体结构紧密,孔隙率低。在Si02晶体中,Si4+属于高价低配位性质的正离子，为求稳定，则整个结构以硅氧四面体［Si04］顶角相联成骨架结构，结构疏松，空隙率人。从而可知，Si02的单位晶

7、胞体积比A1203人得多。在两者原子量接近的情况下，Si02晶体的密度就会显得小得多。2・（15分）石墨、云母和高岭石具有相似的结构，请分析它们结构的区别以及由此引起的性质上的差异。解：石墨、云母和高岭石均具有层状结构，但层的形状及层间情况各不相同。石墨的每层基血•上的碳原子有强的定向共价键结合在一起形成六角形排列，层与层之间由微弱的范德华力键合，使行墨结构具有很强的方向性，表现出匝玄于层方向的线膨胀系数比层平面方向大27倍。云母具有复网层状（2：1层状）结构，其硅氧片屮有四分Z-的Si4+被A13+取代，表现出荷电性，于是在两复网层的六节环间隙屮，存在着

8、配位数为12的K+。K+呈统计分布，与硅氧层的结合能力较弱，所以云