無(wú)機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)

1、第3章 熔體和玻璃一，玻璃的結(jié)構(gòu)參數(shù)晶子學(xué)說(shuō)：硅酸鹽玻璃是由無(wú)數(shù)“晶子”組成，“晶子”的化學(xué)性質(zhì)取決于玻璃的化學(xué)組成。所謂“晶子”不同于一般微晶，而是帶有晶格變形的有序區(qū)域，在“晶子”中心質(zhì)點(diǎn)排列較有規(guī)律，愈遠(yuǎn)離中心則變形程度愈大?！熬ё印狈稚⒃跓o(wú)定形部分的過(guò)渡是逐步完成的，兩者之間無(wú)明顯界線。晶子學(xué)說(shuō)的核心是結(jié)構(gòu)的不均勻性及進(jìn)程有序性。無(wú)規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說(shuō)：凡是成為玻璃態(tài)的物質(zhì)和相應(yīng)的晶體結(jié)構(gòu)一樣，也是由一個(gè)三度空間網(wǎng)絡(luò)所構(gòu)成。這種網(wǎng)絡(luò)是由離子多面體（三角體或四面體）構(gòu)筑起來(lái)的。晶體結(jié)構(gòu)網(wǎng)是由多面體無(wú)數(shù)次有規(guī)律重復(fù)構(gòu)成，而玻璃中結(jié)構(gòu)多面體的重復(fù)沒(méi)有規(guī)律性。試述微晶學(xué)說(shuō)與無(wú)規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說(shuō)的主要觀點(diǎn)，并

2、比較兩種學(xué)說(shuō)在解釋玻璃結(jié)構(gòu)上的共同點(diǎn)和分歧。解：微晶學(xué)說(shuō)：玻璃結(jié)構(gòu)是一種不連續(xù)的原子集合體，即無(wú)數(shù)“晶子”分散在無(wú)定形介質(zhì)中；“晶子”的化學(xué)性質(zhì)和數(shù)量取決于玻璃的化學(xué)組成，可以是獨(dú)立原子團(tuán)或一定組成的化合物和固溶體等微晶多相體，與該玻璃物系的相平衡有關(guān)；“晶子”不同于一般微晶，而是帶有晶格極度變形的微小有序區(qū)域，在“晶子”中心質(zhì)點(diǎn)排列較有規(guī)律，愈遠(yuǎn)離中心則變形程度愈大；從“晶子”部分到無(wú)定形部分的過(guò)渡是逐步完成的，兩者之間無(wú)明顯界限。無(wú)規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說(shuō)：玻璃的結(jié)構(gòu)與相應(yīng)的晶體結(jié)構(gòu)相似，同樣形成連續(xù)的三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。但玻璃的網(wǎng)絡(luò)與晶體的網(wǎng)絡(luò)不同，玻璃的網(wǎng)絡(luò)是不規(guī)則的、非周期性的，因此玻璃的內(nèi)能比晶

3、體的內(nèi)能要大。由于玻璃的強(qiáng)度與晶體的強(qiáng)度屬于同一個(gè)數(shù)量級(jí)，玻璃的內(nèi)能與相應(yīng)晶體的內(nèi)能相差并不多，因此它們的結(jié)構(gòu)單元（四面體或三角體）應(yīng)是相同的，不同之處在與排列的周期性。微晶學(xué)說(shuō)強(qiáng)調(diào)了玻璃結(jié)構(gòu)的不均勻性、不連續(xù)性及有序性等方面特征，成功地解釋了玻璃折射率在加熱過(guò)程中的突變現(xiàn)象。網(wǎng)絡(luò)學(xué)說(shuō)強(qiáng)調(diào)了玻璃中離子與多面體相互間排列的均勻性、連續(xù)性及無(wú)序性等方面結(jié)構(gòu)特征。分化過(guò)程:架狀SiO4斷裂稱為熔融石英的分化過(guò)程。縮聚過(guò)程:分化過(guò)程產(chǎn)生的低聚化合物相互發(fā)生作用，形成級(jí)次較高的聚合物，次過(guò)程為縮聚過(guò)程。二，形成體、變形體、中間體網(wǎng)絡(luò)形成劑：正離子是網(wǎng)絡(luò)形成離子，單鍵強(qiáng)度大于335 kJ/mol，能單獨(dú)形

4、成玻璃的氧化物。網(wǎng)絡(luò)變性劑：正離子是網(wǎng)絡(luò)變性離子，單鍵強(qiáng)度小于250KJ/mol，不能單獨(dú)形成玻璃，但能改變玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的氧化物。按照在形成氧化物玻璃中的作用，把下列氧化物分為網(wǎng)絡(luò)變體，中間體和網(wǎng)絡(luò)形成體： SiO2，Na2O，B2O3，CaO，Al2O3，P2O5，K2O，BaO。解：網(wǎng)絡(luò)變行體Na2O CaO K2O BaO 中間體 Al2O3 網(wǎng)絡(luò)形成體 SiO2 B2O3 P2O5三，硼反?，F(xiàn)象什么是硼反常現(xiàn)象? 為什么會(huì)產(chǎn)生這些現(xiàn)象? 解：當(dāng)數(shù)量不多的堿金屬氧化物同B2O3一起熔融時(shí)，堿金屬所提供的氧不像熔融SiO2玻璃中作為非橋氧出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)中，而是使硼氧三角體轉(zhuǎn)變?yōu)橛蓸蜓踅M成

5、的硼氧四面體，致使B2O3玻璃從原來(lái)兩度空間的層狀結(jié)構(gòu)部分轉(zhuǎn)變?yōu)槿瓤臻g的架狀結(jié)構(gòu)，從而加強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并使 玻璃的各種物理性能變好。這與相同條件下的硅酸鹽玻璃相比，其性能隨堿金屬或堿土金屬加入量的變化規(guī)律相反，所以稱之為硼反?，F(xiàn)象。四，粘度及其影響因素粘度：使相距一定距離的兩個(gè)平行平面以一定速度相對(duì)移動(dòng)所需的力硅酸鹽熔體粘度與組成的關(guān)系-粘度的大小由熔體中硅氧四面體網(wǎng)絡(luò)連接程度決定堿金屬、堿土金屬：熔體分化，網(wǎng)絡(luò)斷裂程度增加，粘度降低堿金屬的硅酸鹽熔體中加入Al2O3：當(dāng)Al2O3/Na2O1時(shí)，Al進(jìn)入AlO6位置中，粘度降低 堿金屬的硅酸鹽熔體中加入B2O3：最初加入的B2O3，處于BO

6、4中結(jié)構(gòu)聚集緊粘度升高；隨著硼含量增加，硼處于三角體中網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)疏松，粘度下降 R+對(duì)粘度的影響：濃度:O/Si低時(shí)，Si-O鍵決定粘度隨R+半徑減小，熔體粘度減小 。O/Si高時(shí)，SiO4靠鍵力R-O相連隨R+半徑減小，熔體粘度增大 堿土金屬離子：R2+濃度的影響：O/Si比 離子極化對(duì)粘度的影響：離子變形，共價(jià)鍵成分增加減弱了Si-O鍵力，粘度降低 Pb2+Ba2+Cd2+Zn2+Ca2+Mg2+五，熔體中聚合物形成過(guò)程 說(shuō)明熔體中聚合物形成過(guò)程？ 答：聚合物的形成是以硅氧四面體為基礎(chǔ)單位，組成大小不同的聚合體。 可分為三個(gè)階段 初期：石英的分化； 中期：縮聚并伴隨變形。后期：在一定時(shí)間和一

7、定溫度下，聚合和解聚達(dá)到平衡。六，玻璃結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算根據(jù)玻璃類型確定Z,先計(jì)算R,在計(jì)算X(非橋氧） Y （橋氧）6-5 玻璃的組成是13wt%Na2O、13wt%CaO、74wt%SiO2，計(jì)算橋氧分?jǐn)?shù)？ 解： Na2O CaO SiO2 wt% 13 13 74 mol 0.21 0.23 1.23 mol% 12.6 13.8 73.6 R=(12.6+13.8+73.6 2)/ 73.6=2.39 Z=4 X=2RZ=2.3924=0.72 Y=ZX= 40.72=3.28 氧橋%=3.28/（3.280.5+0.72） =69.5%6-6 有兩種不同配比的玻璃，其組成如下： 序號(hào) N

8、a2O(wt%) Al2O3(wt%) SiO2(wt%) 1 8 12 80 2 12 8 80 試用玻璃結(jié)構(gòu)參數(shù)說(shuō)明兩種玻璃高溫下粘度的大?。?解：對(duì)于1：Z=4 R1=O/Si=2.55 X1=2R14=1.1 Y1=ZX1= 41.1=2.9 對(duì)于2：R2= O/Si=2.45 X2=2R24=0.9 Y2= 4X2= 40.9=3.1 Y1Y2 序號(hào)1的玻璃組成的粘度比序號(hào)2的玻璃小。6-7 在SiO2中應(yīng)加入多少Na2O，使玻璃的O/Si=2.5，此時(shí)析晶能力是增強(qiáng)還是削弱？ 解：設(shè)加入x mol的Na2O，而SiO2的量為y mol。 則O/Si=（x+2y）/ y =2.5 x

9、=y/2 即二者的物質(zhì)量比為1:2時(shí)，O/Si=2.5。 因?yàn)镺/Si增加了，粘度下降，析晶能力增強(qiáng)了。第5章 熱力學(xué)應(yīng)用一，熱力學(xué)在凝聚態(tài)系中應(yīng)用的特點(diǎn)二，計(jì)算方法三，純固相參與的固相反應(yīng)第6章 相平衡一，獨(dú)立析晶二，三元相圖分析圖（）是最簡(jiǎn)單的三元系統(tǒng)投影圖，圖中等溫線從高溫到低溫的次序是 t6 t5 t4 t3 t2 t1 根據(jù)此投影圖回答： (1) 三個(gè)組分 A 、B 、C 熔點(diǎn)的高低次序是怎樣排列的。 (2) 各液相面下降的陡勢(shì)如何 ? 那一個(gè)最陡 ? 那一個(gè)最平坦 ? (3) 指出組成為 65 A ， 15 B ， 20 C 的系統(tǒng)的相組成點(diǎn)，此系統(tǒng)在什么溫度下開(kāi)始結(jié)晶 ? 結(jié)晶過(guò)

10、程怎樣 ? （表明液、固相組成點(diǎn)的變化及結(jié)晶過(guò)程各階段中發(fā)生的變化過(guò)程）。 (4) 計(jì)算第一次析晶過(guò)程析出晶相的百分?jǐn)?shù)是多少 ? 第二次析晶過(guò)程 結(jié)束時(shí)，系統(tǒng)的相組成如何 ? 結(jié)晶結(jié)束時(shí)系統(tǒng)的相組成又如何 ? 解：(1)高低 BCA (2)B最陡，C次之，A最次； (3)在 M 點(diǎn)所在的溫度下開(kāi)始析晶， 液相組成點(diǎn) MM1E （結(jié)晶結(jié)束） 固相組成點(diǎn) A A D M (4)第一次析晶僅析出晶相 A ，到 M 1 時(shí)第一次析晶結(jié)束，晶相 A 的百分?jǐn)?shù)為 65% ， 結(jié)晶結(jié)束時(shí)，析晶相 A 、 B 、 C ，液相消失，固相組成點(diǎn)在 M 點(diǎn)。 三，復(fù)習(xí)提綱(1) 基本概念：相圖、自由度、組元數(shù)與獨(dú)立

11、組元數(shù)、吉布斯向律、杠桿規(guī)則、初晶區(qū)規(guī)則、三角形規(guī)則、背向線規(guī)則、切線規(guī)則； (2)掌握相圖的表示方法，包括單元系統(tǒng)相圖、二元系統(tǒng)相圖、三元系統(tǒng)相圖； 對(duì)于單元系統(tǒng)相圖，要求掌握點(diǎn)、線、區(qū)間的性質(zhì)，會(huì)寫(xiě)無(wú)變量點(diǎn)的平衡式子；對(duì)于二元系統(tǒng)相圖，要求掌握點(diǎn)、線、區(qū)間的性質(zhì)，會(huì)寫(xiě)無(wú)變量點(diǎn)的平衡式子，掌握冷卻結(jié)晶過(guò)程的分析以及過(guò)程量的計(jì)算；對(duì)于三元系統(tǒng)相圖，要求掌握點(diǎn)、線、區(qū)間的性質(zhì)，會(huì)寫(xiě)無(wú)變量點(diǎn)的平衡式子，掌握冷卻結(jié)晶過(guò)程的分析以及過(guò)程量的計(jì)算。 典型三元相圖第7章 擴(kuò)散與固相反應(yīng)一，基本概念非穩(wěn)定擴(kuò)散：擴(kuò)散物質(zhì)濃度分布隨時(shí)間變化的一類擴(kuò)散。穩(wěn)定擴(kuò)散：擴(kuò)散物質(zhì)濃度分布不隨時(shí)間變化的擴(kuò)散過(guò)程。無(wú)序擴(kuò)散：

12、無(wú)化學(xué)位梯度、濃度梯度。無(wú)外場(chǎng)推動(dòng)力，由熱起伏引起的擴(kuò)散。質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散是無(wú)序的、隨機(jī)的。互擴(kuò)散推動(dòng)力：多元系統(tǒng)中幾種離子同時(shí)進(jìn)行擴(kuò)散，擴(kuò)散過(guò)程中化學(xué)位梯度的變化。間隙擴(kuò)散：質(zhì)點(diǎn)從一個(gè)間隙到另一個(gè)間隙。本征擴(kuò)散：主要出現(xiàn)肖特基和弗蘭克爾點(diǎn)缺陷，由此點(diǎn)缺陷引起的擴(kuò)散稱為本征擴(kuò)散。非本征擴(kuò)散：因擴(kuò)散受固溶引入的雜質(zhì)離子的電價(jià)和濃度等外界因素所控制，故稱為非本征擴(kuò)散。菲克第一定律：在擴(kuò)散體系中，參與擴(kuò)散質(zhì)點(diǎn)的濃度因位置而異，且可隨時(shí)間而變化。正擴(kuò)散：受熱力學(xué)因子作用，物質(zhì)由高濃度處流向低濃度處，擴(kuò)散結(jié)果使溶質(zhì)趨于均勻化，D0。逆擴(kuò)散：受熱力學(xué)因子作用，物質(zhì)由低濃度處流向高濃度處，擴(kuò)散結(jié)果使溶質(zhì)趨于均勻化

13、，DD晶面D晶內(nèi)解：固體表面質(zhì)點(diǎn)在表面力作用下，導(dǎo)致表面質(zhì)點(diǎn)的極化、變形、重排并引起原來(lái)的晶格畸變，表面結(jié)構(gòu)不同于內(nèi)部，并使表面處于較高的能量狀態(tài)。晶體的內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)排列有周期性，每個(gè)質(zhì)點(diǎn)力場(chǎng)是對(duì)稱的，質(zhì)點(diǎn)在表面遷移所需活化能較晶體內(nèi)部小，則相應(yīng)的擴(kuò)散系數(shù)大。同理，晶界上質(zhì)點(diǎn)排列方式不同 于內(nèi)部，排列混亂，存在著空位、位錯(cuò)等缺陷，使之處于應(yīng)力畸變狀態(tài)，具 有較高能量，質(zhì)點(diǎn)在晶界遷移所需的活化能較晶內(nèi)小，擴(kuò)散系數(shù)大。 但晶界 上質(zhì)點(diǎn)與晶體內(nèi)部相比，由于晶界上質(zhì)點(diǎn)受兩個(gè)晶粒作用達(dá)到平衡態(tài)，處于 某種過(guò)渡的排列方式，其能量較晶體表面質(zhì)點(diǎn)低，質(zhì)點(diǎn)遷移阻力較大因而D 晶界鏈狀層狀架狀當(dāng)堿金屬氧化物含量相同時(shí)

14、，隨著陽(yáng)離子半徑增大，析晶能力增強(qiáng)熔體結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)破壞比較嚴(yán)重時(shí)，加入中間體氧化物時(shí)熔體析晶能力下降熔體中所含網(wǎng)絡(luò)變性體及中間體氧化物的作用電場(chǎng)強(qiáng)度較大的（Z/r21.5）網(wǎng)絡(luò)變性離子（Li+、Mg2+、La3+、Zr4+）使熔體析晶容易易極化的陽(yáng)離子（Pb2+、Bi3+）使熔體析晶能力降低中間體氧化物Al2O3、Ga2O3使熔體析晶能力減弱第10章 燒結(jié)10-1 名詞解釋：燒結(jié) 燒結(jié)溫度 泰曼溫度 液相燒結(jié) 固相燒結(jié) 初次再結(jié)晶 晶粒長(zhǎng)大 二次再結(jié)晶 （1）燒結(jié)：粉末或壓坯在低于主要組分熔點(diǎn)的溫度下的熱處理，目的在于通過(guò)顆粒間的冶金結(jié)合以提高其強(qiáng)度。（2）燒結(jié)溫度：坯體在高溫作用下，發(fā)生一系列物

15、理化學(xué)反應(yīng)，最后顯氣孔率接近于零，達(dá)到致密程度最大值時(shí)，工藝上稱此種狀態(tài)為燒結(jié)，達(dá)到燒結(jié)時(shí)相應(yīng)的溫度，稱為燒結(jié)溫度。（3）泰曼溫度：固體晶格開(kāi)始明顯流動(dòng)的溫度，一般在固體熔點(diǎn)（絕對(duì)溫度）的2/3處的溫度。在煅燒時(shí)，固體粒子在塔曼溫度之前主要是離子或分子沿晶體表面遷移，在晶格內(nèi)部空間擴(kuò)散（容積擴(kuò)散）和再結(jié)晶。而在塔曼溫度以上，主要為燒結(jié)，結(jié)晶黏結(jié)長(zhǎng)大。（4）液相燒結(jié)：燒結(jié)溫度高于被燒結(jié)體中熔點(diǎn)低的組分從而有液相出現(xiàn)的燒結(jié)。（5）固相燒結(jié)：在固態(tài)狀態(tài)下進(jìn)行的燒結(jié)。（6）初次再結(jié)晶：初次再結(jié)晶是在已發(fā)生塑性變形的基質(zhì)中出現(xiàn)新生的無(wú)應(yīng)變晶粒的成核和長(zhǎng)大過(guò)程。（7）晶粒長(zhǎng)大：是指多晶體材料在高溫保溫過(guò)程

16、中系統(tǒng)平均晶粒尺寸逐步上升的現(xiàn)象.（8）二次再結(jié)晶：再結(jié)晶結(jié)束后正常長(zhǎng)大被抑制而發(fā)生的少數(shù)晶粒異常長(zhǎng)大的現(xiàn)象。10-2 燒結(jié)推動(dòng)力是什么？它可憑哪些方式推動(dòng)物質(zhì)的遷移，各適用于何種燒結(jié)機(jī)理?解：推動(dòng)力有：（1）粉狀物料的表面能與多晶燒結(jié)體的晶界能的差值，燒結(jié)推動(dòng)力與相變和化學(xué)反應(yīng)的能量相比很小，因而不能自發(fā)進(jìn)行，必須加熱! （2）顆粒堆積后，有很多細(xì)小氣孔彎曲表面由于表面張力而產(chǎn)生壓力差，（3）表面能與顆粒之間形成的毛細(xì)管力。傳質(zhì)方式：（1）擴(kuò)散（表面擴(kuò)散、界面擴(kuò)散、體積擴(kuò)散）；（2）蒸發(fā)與凝聚；（3）溶解與沉淀；（4）黏滯流動(dòng)和塑性流動(dòng)等，一般燒結(jié)過(guò)程中各不同階段有不同的傳質(zhì)機(jī)理，即燒結(jié)過(guò)程

17、中往往有幾種傳質(zhì)機(jī)理在起作用。10-3 下列過(guò)程中，哪一個(gè)能使燒結(jié)體強(qiáng)度增大，而不產(chǎn)生坯體宏觀上的收縮? 試說(shuō)明理由。（1）蒸發(fā)冷凝；（2）體積擴(kuò)散；（3）粘性流動(dòng)；（4）晶界擴(kuò)散；（5）表面擴(kuò)散；（6）溶解沉淀解：蒸發(fā)凝聚機(jī)理（凝聚速率頸部體積增加）燒結(jié)時(shí)頸部擴(kuò)大，氣孔形狀改變，但雙球之間中心距不變，因此坯體不發(fā)生收縮，密度不變。10-4 什么是燒結(jié)過(guò)程？燒結(jié)過(guò)程分為哪三個(gè)階段？各有何特點(diǎn)？解：燒結(jié)過(guò)程：粉末或壓坯在低于主要組分熔點(diǎn)的溫度下的熱處理，目的在于通過(guò)顆粒間的粘結(jié)結(jié)合以提高其強(qiáng)度。燒結(jié)過(guò)程大致可以分為三個(gè)界線不十分明顯的階段。（1）液相流動(dòng)與顆粒重排階段：溫度升高，出現(xiàn)足夠量液相，

18、固相顆粒在DP 作用下重新排列，顆粒堆積更緊密； （2）固相溶解與再析出：接觸點(diǎn)處高的局部應(yīng)力 塑性變形和蠕變 顆粒進(jìn)一步重排；（3）固相的的燒結(jié)：小顆粒接觸點(diǎn)處被溶解較大顆?；蜃杂杀砻娉练e晶粒長(zhǎng)大形狀變化不斷重排而致密化。10-5燒結(jié)的模型有哪幾種？各適用于哪些典型傳質(zhì)過(guò)程？解： 粉體壓塊：蒸發(fā)凝聚 雙球模型：有液相參與的粘性蠕變 擴(kuò)散 Kingery和 LSW ：溶解-沉淀 9、試述燒結(jié)與固相反應(yīng)的異同點(diǎn)。（5分）相同之處：都在低于材料熔點(diǎn)或熔融溫度之下進(jìn)行，在過(guò)程的自始至終至少有一相是固態(tài)。不同之處：燒結(jié)：可以只有單組元，或者兩組元參加，但兩組元并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，僅僅是在表面能驅(qū)動(dòng)下，由

19、粉體變成致密體（顯微組織排列致密、結(jié)晶程度完善），伴隨著物理性能的變化。固相反應(yīng)必須至少有兩組元參加，并且發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成結(jié)構(gòu)、性能不同于原組元的化合物。（2分）無(wú)機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)試卷十一一、名詞解釋（20分）：1. 液相獨(dú)立析晶，切線規(guī)則2. 本征擴(kuò)散，不穩(wěn)定擴(kuò)散， 3. 均勻成核，二級(jí)相變,4. 燒結(jié)，泰曼溫度二、選擇題（12分）：1. 陶瓷經(jīng)燒結(jié)后在宏觀上的變化表述不正確的是（ ）A.強(qiáng)度增加 B.體積收縮 C.氣孔率降低 D.致密度減少 2. 在反應(yīng)溫度下，當(dāng)固相反應(yīng)的某一相發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變時(shí)，反應(yīng)速度是（ ）A. 無(wú)影響 B. 加快 C. 減慢3. 表面擴(kuò)散系數(shù)Ds，界面擴(kuò)散系數(shù)Dg，晶

20、格擴(kuò)散系Db的關(guān)系是（ ）A.DsDgDb B. DsDbDgC.DbDsDg D. DbDgDs4. 下列屬于逆擴(kuò)散過(guò)程的是（ ）A. 二次再結(jié)晶 B.雜質(zhì)的富集于晶界 C.布朗運(yùn)動(dòng) 5. A，B進(jìn)行反應(yīng)生成AmBn,為擴(kuò)散控制的固相反應(yīng)，若DBDA，則在AmBn-A界面上，反應(yīng)物B的濃度CB為（ ）A.1 B.0 C.不確定6. 燒結(jié)中晶界移動(dòng)的推動(dòng)力是（ ）A.表面能 B.晶界兩側(cè)自由焓差 C.空位濃度差7. 同一種物質(zhì)在晶體中的擴(kuò)散系數(shù)（ ）在玻璃中的擴(kuò)散系數(shù)A大于 B等于 C小于 D不確定8. 金斯特林格方程采用的反應(yīng)截面模型為（ ）A.平板 B.球體 C.球殼 D.圓柱9. 下列過(guò)

21、程中，哪一個(gè)能使燒結(jié)體的強(qiáng)度增加而不引起坯體收縮？A.蒸發(fā)-凝聚 B.體積擴(kuò)散 C.流動(dòng)傳質(zhì) D.溶解-沉淀10.純固相反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程是（ ）A.放熱過(guò)程 B.等溫過(guò)程 C.吸熱過(guò)程11. 在制造透明Al2O3陶瓷材料時(shí)，原料粉末的粒度為2m，在燒結(jié)溫度下保溫30分鐘，測(cè)得晶粒尺寸為10m。若在同一燒結(jié)溫度下保溫4小時(shí)，晶粒尺寸為（ ）, 為抑制晶粒生長(zhǎng)加入0.1MgO，此時(shí)若保溫4小時(shí)，晶粒尺寸為（ ）。 A. 16m B. 20m C. 24m D. 28m 三、填空題（18分）1. 燒結(jié)的主要傳質(zhì)方式有蒸發(fā)-凝聚傳質(zhì)、擴(kuò)散傳質(zhì)、流動(dòng)傳質(zhì)和溶解-沉淀傳質(zhì)四種，產(chǎn)生這四種傳質(zhì)的原因依次為（

22、）、（ ）、（ ）和（ ）。2. 均勻成核的成核速率Iv由 （ ） 和 （ ） 因子所決定的。3. 菲克第一定律的應(yīng)用條件是（ ），菲克第二定律的應(yīng)用條件是（ ）4. 液-固相變過(guò)程的推動(dòng)力為（ ） 、 （ ） 和 （ ）。5. 固體內(nèi)粒子的主要遷移方式有（ ） 、 （ ）。6. 如雜質(zhì)的量增加，擴(kuò)散系數(shù)與溫度關(guān)系曲線中本征與非本征擴(kuò)散的轉(zhuǎn)折點(diǎn)（ ）。7. 合成鎂鋁尖晶石，可選擇的原料為MgCO3 , MgO, -Al2O3, -Al2O3, 從提高反應(yīng)速率的角度出發(fā)選擇（ ），（ ）原料較好。8. 在均勻成核時(shí)，臨界成核位壘Gk=（ ）,其值相當(dāng)于（ ） 具有臨界半徑rk的粒子數(shù)nk/N=

23、（ ）。9. 液-固相變時(shí)，非均勻成核位壘與接觸角有關(guān)，當(dāng)為（ ）時(shí)，非均勻成核位壘為零。10. 成核生長(zhǎng)機(jī)理的相變過(guò)程需要有一定的過(guò)冷或過(guò)熱，相變才能發(fā)生，在（ ）情況下需要過(guò)冷。11. 在制硅磚時(shí)，加入氧化鐵和氧化鈣的原因（ ），能否加入氧化鋁（ ）。12. 在液相線以下的分相區(qū)的亞穩(wěn)區(qū)內(nèi)，其分解機(jī)理為（ ），新相成（ ）狀，不穩(wěn)定區(qū)的分解機(jī)理為（ ），新相成（ ）狀。四、簡(jiǎn)答題（32分）1. MoO3和CaCO3反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)機(jī)理受到CaCO3顆粒大小的影響，當(dāng)MoO3：CaCO3 =1：1，r MoO3 =0.036, r CaCO3 =0.13時(shí), 反應(yīng)是擴(kuò)散控制的。當(dāng)MoO3：CaC

24、O3 =1：15，r CaCO30.03時(shí)，反應(yīng)由升華控制，試解釋這種現(xiàn)象。（8分）2. 試用圖例說(shuō)明過(guò)冷度對(duì)核化、晶化速率和晶粒尺寸等的影響，如無(wú)析晶區(qū)又要使其析晶應(yīng)采取什么措施？（8分）3簡(jiǎn)述晶粒生長(zhǎng)與二次再結(jié)晶的特點(diǎn)，以及造成二次再結(jié)晶的原因和控制二次再結(jié)晶的方法。（10分）4.說(shuō)明影響擴(kuò)散的因素？（6分）五、相圖分析（18分）右圖為生成一個(gè)三元化合物的三元相圖，1. 判斷三元化合物D的性質(zhì)，說(shuō)明理由？2. 標(biāo)出邊界曲線的溫降方向（轉(zhuǎn)熔界限用雙箭頭）；3. 指出無(wú)變量點(diǎn)的性質(zhì)（E、F、G）；4. 分析點(diǎn)M1，M2的結(jié)晶路程；5. 計(jì)算M2點(diǎn)液相剛到結(jié)晶結(jié)束點(diǎn)和結(jié)晶結(jié)束后各相的含量。無(wú)機(jī)材

25、料科學(xué)基礎(chǔ)試卷十一標(biāo)準(zhǔn)答案與評(píng)分標(biāo)準(zhǔn) 一、名詞解釋（15分）：1答：液相獨(dú)立析晶：是在轉(zhuǎn)熔過(guò)程中發(fā)生的，由于冷卻速度較快，被回收的晶相有可能會(huì)被新析出的固相包裹起來(lái)，使轉(zhuǎn)熔過(guò)程不能繼續(xù)進(jìn)行，從而使液相進(jìn)行另一個(gè)單獨(dú)的析晶過(guò)程，就是液相獨(dú)立析晶。（2.5）切線規(guī)則：將界線上某一點(diǎn)所作的切線與相應(yīng)的連線相交，如交點(diǎn)在連線上，則表示界線上該處具有共熔性質(zhì)；如交點(diǎn)在連線的延長(zhǎng)線上，則表示界線上該處具有轉(zhuǎn)熔性質(zhì)，遠(yuǎn)離交點(diǎn)的晶相被回吸。2答：本征擴(kuò)散：空位來(lái)源于晶體結(jié)構(gòu)中本征熱缺陷，由此而引起的質(zhì)點(diǎn)遷移。（2.5） 不穩(wěn)定擴(kuò)散：擴(kuò)散物質(zhì)在擴(kuò)散層dx內(nèi)的濃度隨時(shí)間而變化，即dc/dt0。這種擴(kuò)散稱為不穩(wěn)定擴(kuò)

26、散。（2.5分）3答：均勻成核是晶核從均勻的單相熔體中產(chǎn)生的過(guò)程。（2.5分）相變時(shí)兩相化學(xué)勢(shì)相等，其一級(jí)偏微商也相等，但二級(jí)偏微商不等的相變。（2.5分）4答：燒結(jié)：由于固態(tài)中分子（或原子）的相互吸引，通過(guò)加熱，使粉末體產(chǎn)生顆粒粘結(jié)，經(jīng)過(guò)物質(zhì)遷移使粉末體產(chǎn)生強(qiáng)度并導(dǎo)致致密化和再結(jié)晶的過(guò)程。（2.5） 泰曼溫度：反應(yīng)物開(kāi)始呈現(xiàn)顯著擴(kuò)散作用的溫度。（2.5）二、選擇題（12分）：每題1分1. D 2.B 3. A 4.B 5.B 6.B 7.C 8.B 9.A 10.A 11.D, B三、填空題（18分）（每空0.7分）1. 壓力差、空位濃度差、應(yīng)力-應(yīng)變和溶解度；2. 受核化位壘影響的成核率因

27、子、受原子擴(kuò)散影響的成核率因子 3. 穩(wěn)定擴(kuò)散、不穩(wěn)定擴(kuò)散4. 過(guò)冷度、過(guò)飽和濃度、過(guò)飽和蒸汽壓5. 空位機(jī)構(gòu)、間隙機(jī)構(gòu)6. 向左7. MgCO3、 -Al2O38. 1/3Ak、新相界面能的1/3、exp（-Gk/RT） 9. 0 10. 相變過(guò)程放熱11. 作為礦化劑，產(chǎn)生不同晶型石英溶解度不同的液相，不能12. 成核-生長(zhǎng)機(jī)理、孤立的球形顆粒、旋節(jié)分解區(qū)（Spinodale）、高度連續(xù)性的非球形顆粒。五、簡(jiǎn)答題（32分）1（8分）答：當(dāng)MoO3的粒徑r1為0.036mm，CaCO3的粒徑r2為0.13mm時(shí), CaCO3顆粒較大且大于MoO3，生成的產(chǎn)物層較厚，擴(kuò)散阻力較大，所以反應(yīng)由擴(kuò)

28、散控制，反應(yīng)速率隨著CaCO3顆粒度減小而加速，（4分）當(dāng)r2r1時(shí)存在過(guò)量CaCO3，由于產(chǎn)物層變薄，擴(kuò)散阻力減小，反應(yīng)由MoO3粒徑升華控制，并隨著MoO3粒徑減小而加劇。（4分）2（8分）答：過(guò)冷度過(guò)大或過(guò)小對(duì)成核與生長(zhǎng)速率均不利，只有在一定過(guò)冷度下才能有最大成核和生長(zhǎng)速率。（2分）若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T小，控制在生長(zhǎng)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(zhǎng)兩曲線完全分開(kāi)而不重疊，則無(wú)析晶區(qū)，該熔體易形成玻璃而不易析晶；若要使其在一定過(guò)冷度下析晶，一般采用移動(dòng)成核曲線的位置，使它向生長(zhǎng)曲線靠攏?？梢杂眉尤诉m當(dāng)?shù)暮嘶瘎钩珊宋粔窘档?，用非均勻成核代替均勻成核。使兩曲線重疊而容易析晶。（2分）要使自發(fā)析晶能力大的熔體形成玻璃，采取增加冷卻速度以迅速越過(guò)析晶區(qū)的方法，使熔體來(lái)不及析晶而玻璃化。（2分）3（10分）答：晶粒生長(zhǎng)：坯體內(nèi)晶粒尺寸均勻地生長(zhǎng)，服從Dldf公式；平均尺寸增長(zhǎng)，不存在晶核，界面處于平衡狀態(tài)，