无机材料科学基础期末试题及答案.doc

无机材料科学基础试卷六一、 名词解释（20分）1、 反萤石结构、晶胞；2、 肖特基缺陷、弗伦克尔缺陷； 3、 网络形成体、网络改变体；4、 触变性、硼反常现象；二、选择题（8分）1、 粘土泥浆胶溶必须使介质呈（ ） A、酸性 B、 碱性 C、 中性2、硅酸盐玻璃的结构是以硅氧四面体为结构单元形成的（ ）的聚集体。A、近程有序，远程无序 B、近程无序，远程无序 C、近程无序，远程有序3、依据等径球体的堆积原理得出，六方密堆积的堆积系数（ ）体心立方堆积的堆积系数。A、大于 B、小于 C、等于 D、不确定4、某晶体AB，A的电荷数为1，AB键的S=1/6，则A+的配位数为（ ）。A、4 B、12 C、8 D、65、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、4，8 B、8，4 C、1，2 D、2，46、点群L6PC属（ ）晶族（ ）晶系。A、高级等轴 B、低级正交 C、中级六方 D、高级六方7、下列性质中（ ）不是晶体的基本性质。A、自限性 B、最小内能性 C、有限性 D、各向异性8、晶体在三结晶轴上的截距分别为1/2a、1/3b、1/6c。该晶面的晶面指数为（ ）。A、（236） B、（326） C、（321） D、（123）9、非化学计量化合物Cd1+xO中存在（ ）型晶格缺陷A、阴离子空位 B、阳离子空位 C、阴离子填隙 D、阳离子填隙10、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。A、越难 B、越容易 C、很快 D、缓慢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、在ABO3(钙钛矿)型结构中，B离子占有（ ）。 A、四面体空隙 B、八面体空隙 C、立方体空隙 D、三方柱空隙晶体 三、填空（17分）1、在玻璃形成过程中，为避免析晶所必须的冷却速率的确定采用（ ）的方法。2、a=bc =900的晶体属（ ）晶系。3、六方紧密堆积的原子密排面是晶体中的（ ）面，立方紧密堆积的原子密排面是晶体中的（ ）面。4、Zn1+x O在还原气氛中可形成（ ）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，Zn1+x O的密度将（ ）。5、b 与位错线（ ）的位错称为刃位错，；b 与位错线（ ）的位错称为螺位错，。6、形成连续固溶体的条件是（ ）、（ ）和（ ）。7、在AB2O4型尖晶石结构中，若以氧离子作立方紧密堆积排列，在正尖晶石结构中，A离子占有（ ）空隙，B离子占有（ ）空隙。8、晶体的热缺陷有（ ）和（ ）两类，热缺陷浓度与温度的关系式为（ ）。9、硅酸盐晶体分类的依据是（ ）。按此分类法可将硅酸盐矿物分为（ ）结构、（ ）结构、（ ）结构、（ ）结构和（ ）结构。10、陶瓷元件表面被银，为提高瓷件与银层间的润湿性，瓷面表面应（ ）。11、同价阳离子饱和的黏土胶粒的电位随阳离子半径的增加而（ ）。12、Ca-黏土泥浆胶溶时，加入NaOH和Na2SiO3电解质，（ ）效果好？四、 问答题（45分）1、 为什么等轴晶系有原始、面心、体心格子，而没有单面心格子？（6分） 2、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。（10分）（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）黏土的电位3、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）4、说明熔体中聚合物形成过程？从结构上来说明在SiO2熔体中随着Na2O加入量的不同，熔体粘度、形成玻璃能力如何变化，为什么? （9分）5、出下列反应的合理缺陷反应式（10分）aNaCl溶入CaCl2中形成空位型固溶体bCaCl2溶人NaC1中形成空位型固溶体五、 计算题（10分）在CaF2晶体中，肖特基缺陷的生成能为5.5ev，计算在1600时热缺陷的浓度。如果CaF2晶体中，含有百万分之一的YF3 杂质，则在1600时CaF2晶体中是热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势？（玻尔兹曼常数k=1.3810-23、电子的电荷e=1.60210-19）无机材料科学基础试卷六答案及评分标准二、 名词解释（20分）1、 晶胞、反萤石结构：反萤石结构：这种结构与萤石完全相同，只是阴、阳离子的个数及位置刚好与萤石中的相反，即金属离子占有萤石结构中F的位置，而02离子或其他负离子占Ca2+的位置，这种结构称为反萤石结构。（2.5分） 晶胞：从晶体结构中取出来的以反映晶体周期性和对称性的最小重复单元。（2.5分）2、 肖特基缺陷、弗伦克尔缺陷； 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，在晶体内正常格点上留下空位，这即是肖特基缺陷。（2.5分）弗伦克尔缺陷：在晶格热振动时，一些能量足够大的原子离开平衡位置后，挤到晶格点的间隙中，形成间隙原子，而原来位置上形成空位，这种缺陷称为弗伦克尔缺陷。（2.5分）3、 网络形成体、网络改变体； 网络形成体：单键强度大于335KJ/mol的氧化物，可单独形成玻璃。（2.5分）网络变性体：单键强度250KJ/mol。这类氧化物不能形成玻璃，但能改变网络结构，从而使玻璃性质改变。（2.5分）4、 触变性、硼反常现象； 触变性：是泥浆从稀释流动状态到稠化的凝聚状态之间存在的介于两者之间的中间状态。即泥浆静止不动时似凝固体，一经扰动或摇动，凝固的泥浆又重新获得流动。如再静止又重新凝固，可重复无数次。（2.5分）硼反常现象：硼酸盐玻璃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，这种现象称硼反常现象。（2.5分）二、选择题（8分，3个空2分） 1、B；2、A；3、A；4、D；5、A；6、C、C；7、C；8、A；9、D；10、A；11、D；12、B三、填空（17分，3个空2分） 1、绘制3T曲线2、四方1、 （0001）、（111）4、n、反比、增大5、垂直、平行6、（rl-r2）/rlCaCl2 （2分）（2）泥浆的触变性 KCl CaCl2 （2分）（3）泥浆的可塑性 KCl CaCl2 （2分）（5）黏土的电位 KCl CaCl2 （2分）3、（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）4、（9分）答：熔体中聚合物形成分三个阶段。初期：主要是石英颗粒的分化；中期：缩聚并伴随变形；后期：在一定时间和一定温度下，聚合和解聚达到平衡。（3分）在SiO2熔体中随着Na2O加入量的增加，分化的不断进行，熔体中高聚合度的聚合物的含量不断减少，低聚合度的聚合物的含量不断增加，导致熔体粘度降低、形成玻璃能力下降。（6分）5、（10分）答：a.NaCl溶入CaCl2中形成空位型固溶体（5分）bCaCl2溶人NaC1中形成空位型固溶体 （5分）七、 计算题（10分）解：因为n/N=exp（-Gf/2kT）Gf=5.51.60210-19=8.81710-19J T=1600+273=1873K所以 n/N=exp（-8.81710-19/21.3810-231873）= exp（-17.056）=3.910-8 （5分）在CaF2晶体中，含有百分之一的YF3 杂质，缺陷方程如下： 此时产生的缺陷为，=10-6大于热缺陷浓度3.910-8，故在1873K时杂质缺陷占优势或 ）此时产生的缺陷为 ，=5.510-7大于热缺陷浓度3.910-8，故在1873K时杂质缺陷占优势 （5分）1螺位错：柏格斯矢量与位错线平行的位错。2同质多晶：同一化学组成在不同热力学条件下形成结构不同的晶体的现象。 3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。4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。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。5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。6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。7稳定扩散：扩散质点浓度分布不随时间变化。8玻璃分相：一个均匀的玻璃相在一定的温度和组成范围内有可能分成两个互不溶解或部分溶解的玻璃相(或液相)，并相互共存的现象称为玻璃的分相(或称液相不混溶现象)。9不一致熔融化合物：是一种不稳定的化合物。加热这种化合物到某一温度便发生分解，分解产物是一种液相和一种晶相，两者组成与化合物组成皆不相同，故称不一致熔融化合物。10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。 11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）本征扩散：空位来源于晶体结构中本征热缺陷，由此而引起的质点迁移。12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。不稳定扩散：扩散物质在扩散层dx内的浓度随时间而变化，即dc/dt0。这种扩散称为不稳定扩散。（2.5分）（2.5分）13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。（2.5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、即为晶胞参数。14一级相变：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。15二次再结晶：是液相独立析晶：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。（2.5）16泰曼温度：反应物开始呈现显著扩散作用的温度。（2.5）17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。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。18正尖晶石；二价阳离子分布在18四面体空隙中，三价阳离子分布在l2八面体空隙的尖晶石。19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。 20触变性：是泥浆从稀释流动状态到稠化的凝聚状态之间存在的介于两者之间的中间状态。即泥浆静止不动时似凝固体，一经扰动或摇动，凝固的泥浆又重新获得流动。如再静止又重新凝固，可重复无数次。 21固相烧结：固态粉末在适当的温度、压力、气氛和时间条件下，通过物质与气孔之间的传质，变为坚硬、致密烧结体的过程。24点缺陷：三维方向上缺陷尺寸都处于原子大小的数量级上。（2.5分）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。（2.5分）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。（2.5分）25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。（2.5分）26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。（2.5分）27硼反常现象：硼酸盐玻璃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，这种现象称硼反常现象。28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。1、 粘土泥浆胶溶必须使介质呈（ ） A、酸性 B、 碱性 C、 中性2、硅酸盐玻璃的结构是以硅氧四面体为结构单元形成的（ ）的聚集体。A、近程有序，远程无序 B、近程无序，远程无序 C、近程无序，远程有序3、依据等径球体的堆积原理得出，六方密堆积的堆积系数（ ）体心立方堆积的堆积系数。A、大于 B、小于 C、等于 D、不确定4、某晶体AB，A的电荷数为1，AB键的S=1/6，则A+的配位数为（ ）。A、4 B、12 C、8 D、65、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、4，8 B、8，4 C、1，2 D、2，46、点群L6PC属（ ）晶族（ ）晶系。A、高级等轴 B、低级正交 C、中级六方 D、高级六方7、下列性质中（ ）不是晶体的基本性质。A、自限性 B、最小内能性 C、有限性 D、各向异性8、晶体在三结晶轴上的截距分别为1/2a、1/3b、1/6c。该晶面的晶面指数为（ ）。A、（236） B、（326） C、（321） D、（123）9、非化学计量化合物Cd1+xO中存在（ ）型晶格缺陷A、阴离子空位 B、阳离子空位 C、阴离子填隙 D、阳离子填隙10、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。A、越难 B、越容易 C、很快 D、缓慢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、在ABO3(钙钛矿)型结构中，B离子占有（ ）。 A、四面体空隙 B、八面体空隙 C、立方体空隙 D、三方柱空隙晶体 三、填空（17分）1、在玻璃形成过程中，为避免析晶所必须的冷却速率的确定采用（ ）的方法。2、a=bc =900的晶体属（ ）晶系。3、六方紧密堆积的原子密排面是晶体中的（ ）面，立方紧密堆积的原子密排面是晶体中的（ ）面。4、Zn1+x O在还原气氛中可形成（ ）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，Zn1+x O的密度将（ ）。5、b 与位错线（ ）的位错称为刃位错，；b 与位错线（ ）的位错称为螺位错，。6、形成连续固溶体的条件是（ ）、（ ）和（ ）。7、在AB2O4型尖晶石结构中，若以氧离子作立方紧密堆积排列，在正尖晶石结构中，A离子占有（ ）空隙，B离子占有（ ）空隙。8、晶体的热缺陷有（ ）和（ ）两类，热缺陷浓度与温度的关系式为（ ）。9、硅酸盐晶体分类的依据是（ ）。按此分类法可将硅酸盐矿物分为（ ）结构、（ ）结构、（ ）结构、（ ）结构和（ ）结构。10、陶瓷元件表面被银，为提高瓷件与银层间的润湿性，瓷面表面应（ ）。11、同价阳离子饱和的黏土胶粒的电位随阳离子半径的增加而（ ）。12、Ca-黏土泥浆胶溶时，加入NaOH和Na2SiO3电解质，（ ）效果好？ 1、B；2、A；3、A；4、D；5、A；6、C、C；7、C；8、A；9、D；10、A；11、D；12、B三、填空（17分，3个空2分） 1、绘制3T曲线2、四方3（0001）、（111）4、 n、反比、增大5、 5、垂直、平行6、（rl-r2）/rl15、相同的晶体结构类型、离子价相同或离子价总和相等7、四面体、八面体8、肖特基缺陷、弗伦克尔缺陷、n/N=exp（-Gf/2kT）9、硅氧四面体的连接方式、岛状结构、组群状结构、链状结构、层状结构、架状结构10、抛光11、降低12Na2SiO3、2、晶体在三结晶轴上的截距分别为2a、3b、6c。该晶面的晶面指数为（ ）。A、（236） B、（326） C、（321） D、（123）4、某晶体AB，A的电荷数为1，AB键的S=1/6，则A+的配位数为（ ）。A、4 B、12 C、8 D、65、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、4，8 B、8，4 C、1，2 D、2，46、在ABO3(钙钛矿)型结构中，B离子占有（ ）。 A、四面体空隙 B、八面体空隙 C、立方体空隙 D、三方柱空隙晶体7、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（ ）。A、增大 B、减小 C、不变 D、不确定8、当固体表面能为1.2J/m2，液体表面能为0.9 J/m2，液固界面能为1.1 J/m2时，降低固体表面粗糙度，（）润湿性能。A、降低B、改善C、不影响9、一种玻璃的组成为32.8%CaO，6.0 Al2O3%，61.2 SiO2%，此玻璃中的Al3+可视为网络（ ），玻璃结构参数Y=（ ）。A、变性离子，3.26 B、形成离子，3.26 C、变性离子，2.34 D、形成离子，2.3412、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、空间群三、填空（15分）1、a=bc = 900，=1200的晶体属（ ）晶系。2、晶体的对称要素中宏观晶体中可能出现的对称要素种类有（ ）、（ ）、（ ）、（ ）。3、六方紧密堆积的原子密排面是晶体中的（ ）面，立方紧密堆积的原子密排面是晶体中的（ ）面。4、TiO2在还原气氛中可形成（ ）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，TiO2-x的密度将（ ）。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（ ）。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 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）/rlCaCl2（1分）（2）泥浆的触变性 KCl CaCl2 （1分）（3）泥浆的可塑性 KCl l CaCl2 （1分）（5）黏土的电位 KCl l N CaCl2 （1分）（6）泥浆的稳定性 KCl CaCl2 （1分3在扩散传质的烧结过程中，使坯体致密的推动力是什么？哪些方法可促进烧结？说明原因。（8分）答：在扩散传质的烧结过程中，系统内不同部位（颈部、颗粒接触点、颗粒内部）空位浓度不同，导致原子或质点由颗粒接触点向颈部迁移，填充到气孔中。因此使坯体致密化的推动力是空位浓度差。（4分）对于扩散传质：（1）控制原料的起始粒度非常重要，颗粒细小的原料可促进烧结，因为颈部增长速率x/r与原料起始粒度r的3/5次方成反比；（2）温度对烧结过程有决定性作用，扩散系数与温度呈指数关系，因此提高温度可加速烧结。4试解释说明为什么在硅酸盐结硅酸盐晶体结构分类依据是什么？可分为哪几类，每类的结构特点是什么？（9分）答：硅酸盐晶体结构分类依据是：结构中硅氧四面体的连接方式。（1.5分）可分为岛状：硅氧四面体孤立存在；（1.5分）组群状：硅氧四面体以两个、三个、四个或六个，通过共用氧相连成硅氧四面体群体，群体之间由其它阳离子连接；（1.5分）链状：硅氧四面体通过共用氧相连，在一维方向延伸成链状，链与链之间由其它阳离子连接；（1.5分）层状：硅氧四面体通过三个共用氧在两维平面内延伸成硅氧四面体层；（1.5分）架状：每个硅氧四面体的四个顶角都与相邻的硅氧四面体共顶，形成三维空间结构。（1.5分）5、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，S1