無機材料科學基礎試卷

2022-09-12 22:30:09 字數 2766 閱讀 5225

晶子假說:蘇聯學者列別捷夫提出晶子假說,他認為玻璃是高分散晶體(晶子)的結合體,矽酸鹽玻璃的晶子的化學性質取決於玻璃的化學組成,玻璃的結構特徵為微不均勻性和近程有序性。

正尖晶石;二價陽離子分布在1/8四面體空隙中,三價陽離子分布在l/2八面體空隙的尖晶石。

網路變性劑:單鍵強度<250kj/mol。這類氧化物不能形成玻璃,但能改變網路結構,從而使玻璃性質改變。

液相獨立析晶:是在轉熔過程中發生的,由於冷卻速度較快,被**的晶相有可能會被新析出的固相包裹起來,使轉熔過程不能繼續進行,從而使液相進行另乙個單獨的析晶過程,就是液相獨立析晶。

本徵擴散:是指空位**於晶體結構中本徵熱缺陷而引起質點的遷移。

二級相變:相變時兩相化學勢相等,其一級偏微商也相等,但二級偏微商不等的稱為二級相變。

液相燒結:凡有液相參加的燒結過程稱為液相燒結。

二、問答題(70分)

1、試寫出少量mgo摻雜到a12o3中和少量yf3摻雜到caf2中的缺陷反應方程與對應的固溶式。(7分)

解:少量mgo摻雜到a12o3中缺陷反應方程及固溶式為:

, (3.5分)

少量yf3摻雜到caf2中缺陷反應方程及固溶式如下:

3.5分)

2、試比較楊德爾方程和金斯特林格方程的優缺點及其適用條件。(8分)

答:楊德爾方程在反應初期具有很好的適應性,但楊氏模型中假設球形顆粒反應截面積始終不變,因而只適用反應初期轉化率較低的情況。(4分)而金氏模型中考慮在反應程序中反應截面積隨反應程序變化這一事實,因而金氏方程適用範圍更廣,可以適合反應初、中期。

兩個方程都只適用於穩定擴散的情況。(4分)

3、moo3和caco3反應時,反應機理受到caco3顆粒大小的影響。當moo3 :caco3=1:

1,moo3的粒徑r1為0.036mm,caco3的粒徑r2為0.13mm時,反應是擴散控制的;而當caco3 :

moo3=15:1,r2<0.03mm時,反應由昇華控制,試解釋這種現象。

(7分)

答:當moo3的粒徑r1為0.036mm,caco3的粒徑r2為0.

13mm時, caco3顆粒大於moo3,由於產物層較厚,擴散阻力較大,反應由擴散控制,反應速率隨著caco3顆粒度減小而加速,(3.5分)當r24、 什麼是潤濕?改善潤濕的方法有那些?

(8分)

答:潤濕:固體與液體接觸後,體系(固體+液體)的吉布斯自由能降低時,就稱潤濕。(2分)

改善潤濕的方法有:①降低γsl s、v 兩相組成盡量接近;(1.5分)

②降低γlv 在液相中加表面活性劑;(1.5分)

③提高γsv 去除固體表面吸附膜;(1.5分)

④改變粗糙度。(1.5分)

5、為什麼等軸晶系有原始、麵心、體心格仔,而沒有單面心格仔?(4分)

答:因為從結構分布看,單面心格仔不符合立方格仔所固有的4l3的對稱性。(4分)

6、二次再結晶與晶粒生長有何異同?生產中避免二次再結晶的方法有哪些?(6分)

答:相同點:(1)兩者推動力均為介面兩側質點的吉布斯自由能之差;(2)進行方式都是通過介面遷移。(1分)

不同點:(1)前者是個別晶粒異常生長,後者是晶粒尺寸均勻生長;(2)前者氣孔被包裹到晶粒內部,後者氣孔維持在晶界交匯處。(2分)

生產中避免二次再結晶的方法有:(1)合理選擇原料的細度,提高粉料粒度的均勻性;(2)控制溫度;(3)引入新增劑。(3分)

7、說明高嶺石和蒙脫石的結構特點,並解釋為什麼蒙脫石具有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。(10分)

答: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。因為高嶺石是1:

1型結構,離子的取代很少,單網層與單網層之間以氫鍵相連,氫鍵強於范氏鍵,水化陽離子不易進入層間,因此陽離子交換容量較小。(5分)而蒙脫石是為2:1型結構,鋁氧八面體層中大約1/3的al3+被mg2+取代,為了平衡多餘的負電價,在結構單位層之間有其它陽離子進入,而且以水化陽離子的形式進人結構。

水化陽離子和矽氧四面體中o2-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,是蒙脫石結構上的特徵。(5分)

8、相圖分析(20分)

右圖為生成乙個三元化合物的三元相圖,

(1)判斷三元化合物d的性質,說明理由?

不一致熔融三元化合物,因其組成點不在其初晶區內。(2分)

(2)標出邊界曲線的溫降方向**熔界限用雙箭頭);

見圖 (3分)

(3)指出無變數點的性質(e、f、g);(3分)

e :單轉熔點 f :低共溶點 g :單轉熔點

(4)分析點m1,m2的結晶路程;(6分)

(5)計算m2點液相剛到結晶結束點和結晶結束後各相的含量。

m2點液相剛到結晶結束點時存在c、d、液相l

l%= fm2/ffc%=(fm2/ff)(df/dc) d%=(fm2/ff)(cf/dc) (3分)

結晶結束後存在a、d、c,各相的含量過m2點作平行線或用雙線法求得,

c%=ag a%=chd%=gh3分)

四、 計算題(10分)

在製造透明al2o3材料時,原始粉料粒度為2μm,燒結至最高溫度保溫半小時,測得晶粒尺寸為10μm,試問保溫2小時,晶粒尺寸多大?為抑制晶粒生長加入0.1%mgo,此時若保溫2小時,晶粒尺寸又有多大?

解:(1)g2-g02=kt 102-22 =k.0.5 得k=192

g2-22=192*2 g 20μm (4分)

(2) g3-g03=kt k=1984

g3 –8=1984*2 g 15.84μm (4分)

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