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材料科学基础试题 ⼀. 图1是Na2O的理想晶胞结构⽰意图，试回答： 1．晶胞分⼦数是多少；1：4 ； 2．结构中何种离⼦做何种密堆积；何种离⼦填充何种空隙，所占⽐例是多少；（O2-离⼦做⾯⼼⽴⽅密堆积，Na+填全部四 ⾯体空隙）； 3．结构中各离⼦的配位数为多少，写出其配位多⾯体； CN Na+=4 ；CN O2-=8 [NaO4][ONa8] 4 ．计算说明O2-的电价是否饱和； O2-电价饱和，因为O2-的电价= （Na+的电价/Na+的配位数）×O2的配位数； 5．画出Na2O结构在（001）⾯上的投影图。 ⼆. 图2是⾼岭⽯(Al2O3·2SiO2·2H2O)结构⽰意图，试回答： 1．请以结构式写法写出⾼岭⽯的化学式；Al4[Si4O10](OH)8 2．⾼岭⽯属于哪种硅酸盐结构类型；单⽹层状结构 3．分析层的构成和层的堆积⽅向；⼀层硅氧层⼀层⽔铝⽯层且沿C轴⽅向堆积4 ．分析结构中的作⽤⼒；层内是共价键，层间 是氢键 5．根据其结构特点推测⾼岭⽯具有什么性质。⽚状微晶解理 三. 简答题： 1.晶体中的结构缺陷按⼏何尺⼨可分为哪⼏类？点缺陷，线缺陷，⾯缺陷 2.什么是负扩散？由低浓度向⾼浓度的扩散 3．烧结初期的特征是什么？坯体间颗粒重排，接触处产⽣键合，⼤⽓孔消失，但固-⽓总表⾯积变化不⼤ 4.硅酸盐晶体的分类原则是什么？按硅氧⽐值分类或按硅氧聚和体的⼤⼩分类 5.烧结推动⼒是什么？表⾯能的降低它可凭哪些⽅式推动物质的迁移？流动传质、扩散传质、⽓相传质和溶解-沉淀传质 6.相变的含义是什么？从热⼒学⾓度来划分，相变可以分为哪⼏类？随⾃由能的变化⽽发⽣的相的结构的变化，分为⼀级相 变、⼆级相变和三级相变。 四. 出下列缺陷反应式： 1.NaCl形成肖特基缺陷；O←→VNa ′+VCl˙ 2.AgI形成弗仑克尔缺陷 （Ag+进⼊间隙）；AgAg→Agi˙+VAg′ 3.TiO 2掺⼊到Nb 2 O 3 中，请写出⼆个合理的⽅程 ，并判断可能成⽴的⽅程是哪⼀ 种？再写出每个⽅程的固溶体的化学式。3TiO 23Ti Nb˙ +V Nb˙ +6O O 2TiO 22Ti Nb˙ +O i′′ +3O Nb 2-x Ti 3x O 3 可能成⽴Nb 2-2x Ti 2x O 3+x 4.NaCl溶⼊CaCl 2 中形成空位型固溶体NaCl NaCa′+ClCl+VCl˙ 五. 表⾯⼒的存在使固体表⾯处于⾼能量状态，然⽽，能量愈⾼系统愈不稳定，那么固体是通过何种⽅式降低其过剩的表⾯能 以达到热⼒学稳定状态的。（⼀是通过表⾯质点的极化、变形、重排来降低表⾯能，⼆是通过吸附来降低表⾯能。） 六.粒径为1µ的球状Al 2O 3 由过量的MgO微粒包围，观察尖晶⽯的形成，在恒定 温度下，第⼀个⼩时有20%的Al 2O 3 起了反应，计算完全反应的时间：⑴⽤杨德 ⽅程计算；⑵⽤⾦斯特林格⽅程计算。（1：t=195h2 ：t=68h） 七.请分析熔体结构中负离⼦团的堆积⽅式、聚合度及对称性等与玻璃形成之关系。当O/Si由2→4时，熔体中负离⼦团的堆积 形式由三维架状转化为孤⽴的岛状，负离⼦团的聚合度相应的降⾄最低。⼀般情况下，熔体中负离⼦团的聚合度越⾼，特别是 形成三维架状的空间⽹络时，这些⼤的聚合离⼦团位移、转动、重排都⽐较困难，故质点不易调整成规则排列的晶体结构，易 形成玻璃。熔体中负离⼦团的对称性越好，转变成晶体越容易，则形成玻璃愈难，反之亦然。 ⼋.试从结构和能量的观点解释为什么D晶界D晶内？ 晶界上质点排列结构不同于内部，较晶体内疏松，原⼦排列混乱，存在着许多空位、位错、键变形等缺陷，使之处于应⼒畸变 状态，具有较⾼能量，质点在晶界迁移所需活化能较晶内为⼩，扩散系数为⼤。 九.试分析⼆次再结晶过程对材料性能有何影响？⼯艺上如何防⽌或延缓⼆次再结晶的发⽣？ ⼆次再结晶出现后，由于个别晶粒异常长⼤，使⽓孔不能排除，坯体不在致密，加之⼤晶粒的晶界上有应⼒存在，使其内 部易出现隐裂纹，继续烧结时坯体易膨胀⽽开裂，使烧结体的机械、电学性能下降。⼯艺上常采⽤引⼊适当的添加剂，以减缓 晶界的移动速度，使⽓孔及时沿晶界排除，从⽽防⽌或延缓⼆次再结晶的发⽣。 ⼗.图3是A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题： 1．写出点P，R，S的成分； 2．设有2kgP，问需要多少何种成分的合⾦Z才可混熔成6kg成分为R的合⾦。 ⼗⼀.图4是A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题： 1．在图上划分副三⾓形、⽤箭头表⽰各条线上温度下降⽅向及界线的性质；2．判断化合物D、F的性