2020—2021學(xué)年第2學(xué)期大二材料工程專業(yè)《無機(jī)材料》考試試卷(附答案)

1、2020-2021學(xué)年第2學(xué)期大二材料工程專業(yè)無機(jī)材料考試試卷（附答案）（閉卷120分鐘）院/系：年級：專業(yè)：姓名：學(xué)號：一、名詞解釋中間相 表面能配位數(shù) 亞穩(wěn)相交滑移 再結(jié)晶彌散強(qiáng)化電子化合物品界能二、簡答題1、什么是潤濕?改善潤濕的方法有那些？2、晶界移動(dòng)到氣孔時(shí)會出現(xiàn)兒種情況,從實(shí)現(xiàn)致密化h的考慮，晶界 應(yīng)如何移動(dòng)?怎樣控制？3、試比較伊利石和蒙脫石的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。4、說明影響燒結(jié)的因素?5、說明高嶺石和蒙脫石的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并解釋為什么蒙脫石具寺膨脹性 和高的陽離子交換容量，而高嶺石則不具有膨脹性、陽離子交換容量 也很低？三、論述題1、對比不穩(wěn)分解和均勻成核成長這兩種相變過程。討論熱力學(xué)和動(dòng)

2、力學(xué)特性以及過冷度和時(shí)間對產(chǎn)物組織的影響。如何用實(shí)驗(yàn)方法區(qū)分 這兩種過程?在玻璃工業(yè)中，分相有何作用?請舉例說明。2、用圖例說明過冷度對核化、晶化速率和晶粒尺寸等的影響,如無析 晶區(qū)又要使其析晶應(yīng)采取什么措施?要使自發(fā)析晶能力大的熔體形成 玻璃應(yīng)采取什么措施？無機(jī)材料考試試卷（a卷）標(biāo)準(zhǔn)答案與評分標(biāo)準(zhǔn)一、名詞解釋中間相:兩組元a和b組成合金時(shí)，除了形成以a為基或以b為基的固溶體外，還可能形 成晶體結(jié)構(gòu)與a,b兩組元均不相同的新相。由于它們在二元相圖上的位置總是位于中間 故通常把這些相稱為中間相。配位數(shù):品體結(jié)構(gòu)中任一原子周圍最近鄰且等距離的原子數(shù)。交滑移:當(dāng)某一螺型位錯(cuò)在原滑移面上運(yùn)動(dòng)受阻時(shí)，

3、有可能從原滑移面轉(zhuǎn)移到與之相交的另 滑移面上去繼續(xù)滑移，這過程稱為交滑移。彌散強(qiáng)化:許多材料由兩相或多相構(gòu)成,如果其中一相為細(xì)小的顆粒并彌散分布在材料內(nèi)，則 這種材料的強(qiáng)度往往會增加，稱為彌散強(qiáng)化。品界能:不論是小角度品界或大角度晶界，這里的原子或多或少地偏離了平衡位置，所以相對 丁品體內(nèi)部，品界處丁較高的能量狀態(tài)，高出的那部分能贛稱為品芥能，或稱品界自由能。 表面能:表面原子處于不均勻的力場之中，所以其能量大大升高,高出的能量稱為表面自由能 （或表面能）。亞穩(wěn)相:亞穩(wěn)相指的是熱力學(xué)上不能穩(wěn)定存在,但在快速冷卻成加熱過程中，由于熱力學(xué)能壘 或動(dòng)力學(xué)的因泰造成其未能轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定相而暫時(shí)穩(wěn)定存在的一

4、種相。再結(jié)品:冷變形后的金屬加熱到一定溫度之后，在原變形組織中重新產(chǎn)生了無畸變的新品粒， 而性能也發(fā)生了明顯的變化并恢復(fù)到變形前的狀態(tài),這個(gè)過程稱為再結(jié)晶。（指出現(xiàn)無畸變的 等軸新晶粒逐步取代變形晶粒的過程）電子化合物:電子化合物是指由主要電子濃度決定其晶體結(jié)構(gòu)的一類化合物，又稱休姆羅塞 里相。凡具有相同的電子濃度,則相的晶體結(jié)構(gòu)類型相同。二、簡答題1、潤濕:固體與液體接觸后，體系（固體+液體）的吉布斯自由能降低時(shí)，就稱潤濕。（2分）改善潤濕的方法有:降低ysls、v兩相組成盡量接近:（2分 降低yv在液相中加表面活性劑;（2分） 提高y sv去除固體表面吸附膜;（2分） 改變粗糙度。（2分）

5、2、燒結(jié)初期,晶界上氣孔數(shù)目很多，此時(shí)氣孔阻止晶界移動(dòng),vb=oo （2分）燒結(jié)中、后期， 溫度控制適當(dāng)，氣孔逐漸減少。可以出現(xiàn)vb.vp,此時(shí)晶界帶動(dòng)氣孔以正常速度移動(dòng) 使氣孔保持在晶界上，氣孔可以利用晶界作為空位傳遞的快速通道而迅速匯集或消失。（2 分）繼續(xù)升溫導(dǎo)致bvp,晶界越過氣孔而向曲率中心移動(dòng)，氣孔包入晶體內(nèi)部，只能通過體積擴(kuò)散排除，這是十分困難的。（2分）從實(shí)現(xiàn)致密化目的考慮，晶界應(yīng)帶動(dòng)氣孔以正常速度移動(dòng)，使氣孔保持在晶界上,氣孔可以利用品界作為空位傳遞的快速通道而迅速匯集或消失。（2分）控制方法:控制溫度，加入外加劑等。（2分）3、伊利石和蒙脫石是2:1型結(jié)構(gòu)（1分）,其結(jié)構(gòu)皆

6、屬于單斜晶系:都存在同晶取代，蒙脫 石同晶取代主要發(fā)生在八面體層中（2分），而伊利石是發(fā)生在硅氧面體層中（2分）蒙脫石的電荷不平衡由進(jìn)入層間的水化陽離了補(bǔ)償，這種水化陽離了在層問無固定位置， 結(jié)合力弱，容易被交換出來（2分）;伊利石的電荷不平衡山進(jìn)入層間的k離子補(bǔ)償， k離子們固定位置和配位數(shù)，結(jié)合較牢固（2分），因此蒙脫石的陽離子交換能力比什利 石強(qiáng)，蒙脫石結(jié)構(gòu)中有層間水，并有膨脹性，而伊利石沒有（1分）。4、（1）、粉末的粒度。細(xì)顆粒增加丁燒結(jié)推動(dòng)力，縮短原子擴(kuò)散距離，提高顆粒在液相中的溶解度，從而導(dǎo)致燒結(jié)過程的加速。（2）、外加劑的作用。在固相燒結(jié)中，有少量外加劑可與主晶相形成固溶體，促

7、進(jìn)缺陷增加，在液相燒結(jié)中,外加劑改變液相的性質(zhì)（如粘度，組成等），促進(jìn)燒纖（3）、燒結(jié)溫度:品體中晶格能越大，離子結(jié)合也越牢固，離子擴(kuò)散也越困難，燒結(jié)溫度 越高。、保溫時(shí)間:高溫段以體積擴(kuò)散為主,以短時(shí)間為好，低溫段為表面擴(kuò)散為主，低溫 nt間越長，不僅不引起致密化，反而會因表面擴(kuò)散，改變了氣孔的形狀而給制品性能帶來 損害，要盡可能快地從低溫升到高溫，以創(chuàng)造體積擴(kuò)散條件。（5）、氣氛的影響:氧化，還原，中性。（6）、成形壓力影響:一般說成型壓力越大顆粒間接觸越緊密，對燒結(jié)越有利。5、高嶺石的陽離子交換容量較小,而蒙脫石的陽離子交換容量較大。因?yàn)楦邘X石是1:1型結(jié) 構(gòu)，離子的取代很少，單網(wǎng)層與單

8、網(wǎng)層之間以氫鍵相連，氫鍵強(qiáng)于范氏鍵,水化陽離子不 易進(jìn)入層間,因此陽離子交換容量較小。（5分）而蒙脫石是為2:1型結(jié)構(gòu)，鋁氧八面體層 中大約1/3的ap被mg2取代，為了平衡多余的負(fù)電價(jià)，在結(jié)構(gòu)單位層之間有其它陽離子 進(jìn)入，而且以水化陽離子的形式進(jìn)人結(jié)構(gòu)。水化陽離子和硅氧四面體中02離子的作用力較 弱，因而，這種水化陽離子在一定條件下容易被交換出來。c軸可膨脹以及陽離子交換容 量大，是蒙脫石結(jié)構(gòu)上的特征。（5分）三、論述題1、不穩(wěn)分解:在此區(qū)域內(nèi)，液相會自發(fā)分相，不需要克服熱力學(xué)勢壘;無成核長大過 程，分相所需時(shí)間極短，第二相組成隨時(shí)間連續(xù)變化。在不穩(wěn)分解分相區(qū)內(nèi)，隨著 溫度的降低、時(shí)間的延長

9、，析出的第二相在母液中相互貫通，形成蠕蟲狀結(jié)構(gòu)。（4 分）成核生成:在此區(qū)域內(nèi)，在熱力學(xué)上，系統(tǒng)對微小的組成起伏是亞穩(wěn)的，形成新相 需要做功，即存在成核勢壘，新相形成如同結(jié)品過程的成核長大機(jī)理，分相所需時(shí) 間長，分出的第二相組成不隨時(shí)間變化。隨著溫度的降低、時(shí)間的延長，析出的第 二相在母液中逐漸長大，形成孤立球狀結(jié)構(gòu)用tem觀察分相以后形貌，若兩相無明顯的連續(xù)性，第二相呈孤立球狀，則為成核 生長分相;若兩相形成互相交織的“蠕蟲狀”，則為不穩(wěn)分解相變過程。（4分） 在玻璃工業(yè)中，利用玻璃分相可以改進(jìn)結(jié)構(gòu)和玻璃性能，制備新型玻璃。例如通過 硼硅酸鹽玻璃分相制備微孔玻璃、高硅氧玻璃,通過分相促進(jìn)鋰鋁硅微品玻璃的核 化和品化,通過磷硅酸鹽玻璃的分相制備乳濁玻等。（1分）2、過冷度過大或過小對成核與生長速率均不利，只有在一定過冷度下才能有最大成核 和生長速率，如下圖。（4分）a hxtiwj溫重區(qū) t大，控制在成核率較大處析晶，易得晶粒多而尺寸小的細(xì)晶;（1分）若at小,控制在生長速率較大處析晶則容易獲得晶粒少而尺寸大的粗晶:（1分） 如果成核與生長兩曲線完全分開而不重疊，則無析晶區(qū)，該熔體易形成玻