材料科學基礎考試題

2022-10-01 14:45:07 字數 4597 閱讀 1987

1. 熔體:介於氣體和固體之間的一種物質狀態,它具有流動性和各向同性,和氣體相似,但又具有較大的凝聚力和很小的壓縮性和固體相似。

2. 吸附:固體和液體表面存在大量不飽和鍵的原子和離子,它們都能吸引外來的原子,離子,分子,這一現象稱為吸附。

3. 粘土的可塑性:當粘土與適當比例的水混合均勻製成泥團,該泥團受到高於某乙個數值剪下應力作用後,可以塑造成任何形狀,當去除應力泥團能保持其形狀,這種性質稱為可塑性。

4. 粘土的觸變性:泥漿靜止不動時似凝固體,一經擾動或搖動,凝固的泥漿又重新獲得流動性。

5. 擴散:在乙個相內因分子或原子的熱啟用運動導致成分混合或均勻化的分子動力學過程。

6. 固相反應廣義:凡是有固相參與的化學反應。狹義:常指固體與固體間發生化學反應生成新固體產物的過程。

7. 燒結:壓制成型後的粉狀物料在低於熔點的高溫作用下、通過坯體間顆粒相互粘結和物質傳遞,氣孔排除,體積收縮,強度提高、逐漸變成具有一定的幾何形狀和堅固整體的過程。

8. 二次再結晶:坯體中少數大晶粒尺寸的異常增加,其結果是個別晶粒的尺寸增加,這是區別於正常的晶粒長大的。

9. 計算sio2(石英玻璃)的網路引數?

解:si4+離子的配位數z=4, r=o/si=2/1=2,則x=2r-z=0,y=2z-2r=4,說明結構中所有的氧離子都是橋氧,四面體的所有頂角都被共用,玻璃結構網路強度達到最大

10. 一種玻璃的組成試80%sio2和20%na2o,試計算其非橋氧百分數。

解:將玻璃組成由質量百分數換算成摩爾百分數。

非橋氧百分數=×100%=×100=21.5%

表示乙個橋氧分屬兩個四面體共有。

11.有兩種不同配位的玻璃,其組成如下(質量百分數):

序號 na2o al2o3 sio2

1102070

2201070

試用玻璃結構引數說明兩種玻璃高溫下粘度的大小?

解:將玻璃組成由質量百分數換算成摩爾百分數

1#玻璃 na2o/al2o3=所以al3+在玻璃中起網路變性離子的作用

2#玻璃 na2o/al2o3=>1 al3+在玻璃中起網路形成離子的作用

y2=4-0.34=3.66

因而y1r2

即2#玻璃橋氧分數大於1#,但o/si比小於1#玻璃,可以判斷在高溫下1#溶體粘度小於2#

系統的低共熔物放在si3n4 陶瓷片上,在低共熔溫度下,液相的表面張力為900×10-3n/m,液體與固體的介面能為600×10-3n/m,測得接觸角為70.52°, ⑴ 求si3n4的表面張力。⑵ 把si3n4在低共熔溫度下進a行熱處理,測試其熱腐蝕的槽角60°,求si3n4的晶界能?

解:⑴已知γlv=900×10-3n/m γsl=600×10-3n/m θ=70.52°

γsv=γsl+γlvcosθ=600×10-3+900×10-3×cos70.25=900.13×10-3n/m

⑵已知φ=60°

γss=2γsv cosф/2 =2×900×10-3×cos60/2 =1.559n/m

13.雙點層,nacl雙電層構造,形成和影響因素

對於離子晶體,表面離子失去外層離子後破壞了靜電平衡,由於極化作用,造成雙電層效應。mx型離子晶體在表面力的作用下,離子的極化變形與位移重排過程。從晶格點陣排列的穩定性考慮,作用力較大,極化率小的正離子應處於穩定的晶格位置,為降低表面能,各離子周圍作用能應盡量趨於對稱,因而m+在內部質點作用下向晶體內靠攏,而易極化的x-受誘導極化偶離子排斥而被推向外側,從而形成表面雙電層。

14.說明吸附的本質?

吸附是固體表面力場與吸附分子發出的力場相互作用的結果,它是發生在固體上的。根據相互作用力的性質不同,可分為物理吸附和化學吸附兩種。

物理吸附:由分子間引力引起的,這時吸附物分子與吸附劑晶格可看作是兩個分立的系統。

化學吸附:伴隨有電子轉移的鍵合過程,這時應把吸附分子與吸附劑晶格作為乙個統一的系統來處理。

15.什麼是晶界結構? 答:晶界結構是指晶界在多晶體中的形狀、結構和分布。

16.由實驗測得膠體粒子是荷電的,試從理論上分析膠粒荷電的原因?

答:粘土粒子板麵上的負電荷:(1)粘土晶格內離子的類質同晶置換造成電價不平衡使之板麵上帶負電。(2)吸附在粘土表面的腐殖質離解而產生的負電荷。

粘土粒子邊稜上的正電荷:粘土粒子沿垂直層方向斷鍵時,由於ph不同,導致粘土粒子帶不同的電荷,當在ph<6酸性介質中時,粘土邊稜帶正電荷。

綜上所述:粘土的正電荷和負電荷的代數和就是粘土的淨電荷,由於粘土的負電荷一般都遠遠大於正電荷,因此粘土都帶有淨負電荷。

17.畫**釋粘土的電動電位

a-b—吸附層,b-c擴散層,e—熱力學電位,ζ(電動電位)—吸附層與擴散層之間電位差。

18.已知:a-b-c三元系統相圖如下,試回答下列問題

①寫出各化合物性質; ②畫出此相圖的副三角形?並說明根據是什麼?③用箭頭表示界線溫度下降方向及各界線性質,並說明根據什麼?

④判斷各無變數點性質,並寫出相應相平衡關係式,並說明根據什麼? ⑤畫出熔體p的冷卻析晶路線; ⑥熔體p的最終析晶產物是什麼,開始析晶產物是什麼?根據什麼判斷?

①s:不一至熔二元化合物;e:不一至熔三元化②;根據三角形化規則③見圖;根據連線規則和切線規則。

④3點:單轉熔點 ;4點:雙轉熔點 ;5點:

單轉熔點 ;6點:低共熔點 ;根據重心規則⑤見圖⑥最終析晶產物:e+b+c,根據系統組成點在哪個副三角形內最終析晶產物為這個三角形三個頂點所代表的物質;開始析晶產物為:

a,根據系統組成點在哪個初晶區,就開始析出該初晶區對應的物質。

19.說明影響擴散的因素?

化學鍵:共價鍵方向性限制不利間隙擴散,空位擴散為主。金屬鍵離子鍵以空位擴散為主,間隙離子較小時以間隙擴散為主。

缺陷:缺陷部位會成為質點擴散的快速通道,有利擴散。

溫度:d=d0exp(-q/rt)q不變,溫度公升高擴散係數增大有利擴散。q越大溫度變化對擴散係數越敏感。

雜質:雜質與介質形成化合物降低擴散速度;雜質與空位締合有利擴散;雜質含量大本徵擴散和非本徵擴散的溫度轉折點公升高。

擴散物質的性質:擴散質點和介質的性質差異大利於擴散

擴散介質的結構:結構緊密不利擴散。

20.指出圖中的固體擴散的微觀機構,請排出擴散的難易程度,並解釋原因?

答:(a)空位擴散;(b)間隙擴散;(c)準間隙擴散;(d)易位擴散;(e)環形擴散。

從易到難的順序為:空位擴散>間隙擴散>準間隙擴散>環形擴散>易位擴散。

對於離子晶體來說,負離子做緊密堆積,正離子填充空隙,處於晶格位置的粒子勢能最低,所以說易位擴散所需活化能最大,在擴散過程是最難的;環形擴散,是正離子互相配合一起運動,在理論上可能的,但在實際擴散機構中正離子之間要同時運動,也需要較大活化能;準間隙擴散是間隙內的離子將正常格點的離子擠出,需要較大活化能;在間隙位置和空位處的粒子勢能較高,故空位擴散所需活化能最小,因而空位擴散是最常見的擴散機理,其次是間隙擴散。

21.粒徑為1μm球狀al2o3由過量的mgo微粒包圍,觀察尖晶石的形成,在恆定溫度下,第乙個小時有20%的al2o3起了反應,計算完全反應的時間?(1) 用楊德爾方程計算;(2) 用金斯特林格方程計算;

解:(1)將t1=1h,g1=20%,g2=100%代入上式中,求得t2=194.6h(2)將t1=1h,g1=20%,g2=100%代入上式中,求得t2=68h

22.試比較楊德爾方程、金斯特林格方程的優缺點及適用條件?

楊德爾方程存在的問題: ①由於楊德爾在推導過程中,把球形反應面作為平面處理,反應開始或反應產物層很薄時還可以,但隨時間延長,反應產物層厚度增加,不合適。②測定產物量往往是重量,只有當反應物與反應產物體密相等時,計算轉化率才準確。

(重量比=體積比)

楊德爾方程適用範圍: 反應產物層較薄,轉化率較小,反應初期,反應物密度和產物密度相等時適用。

金斯特林格方程侷限性:沒有考慮反應物密度和產物密度的差別,在推導過程中認為重量比=體積比

適用範圍: ①擴散控制的過程②轉化率大時,金斯特林格方程與實際相符③產物密度與反應物密度相等。

23.影響固相反應因素

(1)反應物化學組成的影響(2)反應物顆粒及均勻性的影響(3)反應溫度的影響(4)壓力和氣氛的影響(5)反應物活性的影響(6)礦化劑及其他影響因素

24.簡要敘述蒸發—凝聚燒結機理及其特點?

機理:由於顆粒表面各處的曲率不同,按開爾文公式可知,各處相應的蒸氣壓大小也不同。故質點容易從高能階的凸處(如表面)蒸發,然後通過氣相傳遞到低能階的凹處(如頸部)凝結,使顆粒的接觸面增大,顆粒和空隙形狀改變而使成型體變成具有一定幾何形狀和效能的燒結體。

特點:燒結時頸部區域擴大,球的形狀改變為橢圓,氣孔形狀改變,但球與球之間的中心距不變,也就是在這種傳質過程中坯體不發生收縮,氣孔形狀的變化對坯體的一些巨集觀性質有可觀的影響,但不影響坯體密度

25.分析二次再結晶過程對材料效能有何種影響?

答:二次再結晶發生後,由於個別晶粒異常長大,氣孔進入晶粒內部,成為孤立閉氣孔,不易排除,使燒結速率降低甚至停止,坯體不再緻密;加之大晶粒的晶界上有應力存在,使其內部易出現隱裂紋,繼續燒結時坯體易膨脹而開裂,使燒結體的機械,電學效能下降。

26.簡述晶粒長大時,當遇到第二相及氣孔時晶界的移動情況?

①晶界移動被氣孔或雜質所阻止,正常晶粒長大終止。②晶界帶動雜質、氣孔繼續以正常速度移動,使氣孔保持在晶界上,並可利用晶界快速通道排除,坯體繼續緻密化。③晶界越過氣孔或雜質,產生二次再結晶,把氣孔等包入晶粒內部,這種情況使氣孔形成封閉氣孔,無法排除,燒結停止,致密度不再提高。

無機材料科學基礎試題

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