武汉理工大学《材料科学基础》考试试题及答案-第7套

第七套试卷
武汉理工大学考试试题（材料科学基础）
共3页，共十题，答题时不必抄题，标明题目序号，相图不必重画，直接做在试题纸上）
一、判断下列叙述是否正确？若不正确，请改正（30分）
1．结晶学晶胞是反映晶体结构周期性的最小重复单元。

2．热缺陷是溢度高于绝对零度时，由于晶体组成上的不纯净性所产生的种缺陷。

3．晶面指数通常用晶面在晶轴上截距的质整数比来表示。

4．固溶体是在固态条件下，种物质以原子尺寸溶解在另种物质中所形成的单相均匀的固体5．扩散的推动力是浓度梯度，所有扩散系统中，物质都是由高浓度处向低浓度处扩散。

6．初次再结晶的推动力是晶界过剩的自由焓。

7．在热力学平衡条件下，二元凝聚系统最多可以3相平衡共存，它们是一个相、一个液相和一个气相。

8．临界冷却速率是形成玻璃所需要的最小冷却速率，临界冷却速率越大越容易形成非
9．马氏体相变是种无扩散性相变，相变时成分发生变化但结构不变
10．在临界温度、临界压力时，化学势及其阶偏导数连续，“阶偏导数不连续的相变为级相变，发生：一级相变时，体系的体积和热焓发生突变。

11．驰豫表面是指在平行于表面的方向上原子间距不同于该方向上晶格内部原子间距的表面。

12．固态反应包括界面化学反应和反应物通过产物层的扩散等过程，若化学反应速率远大于扩散速率，则动力学上处于化学动力学范围。

二、ZnS的种结构为闪锌矿型结构，已知锌离子和硫离子半径分别为
2+
Zn 0.068nm
r=
2 S 0.156nm
r
−
=，原子质量分别为65.38和32.06。

1．画出其品胞结构投影图
2．计算ZnS的晶格常数
3．试计算ZnS的晶体的理论密度。

（15分）
武汉理工大学《材料科学基础》考试试题及答案
第七套试卷参考答案及评分标准
一、2.5×12=30
1．不正确。

结晶学晶胞是反映晶体结构周期性和对称性的最小重复单元。

2．不正确。

热缺陷是温度高于绝对岺度时，由于晶体晶格热振动（或热起伏或温度波动）所产生的种缺陷
3．不正确。

晶面指数通常用晶面在晶轴上截距倒数的互质整数比来表示
4．不正确。

固溶体是在固态条件下，种物质以原子尺寸溶解在另一种物质中所形成的单相均匀的晶体。

5．不正确。

扩散的推动力是化学位梯度，在大多数扩散系统中，物质是由高浓度处向低浓度处扩散。

6．不正确。

初次再结晶的推动力是基体塑性变形所增加的能量。

7．不正确。

在热力学平衡条件下，一元凝聚系统最多可以3相平衡共作，它们是2个固相1个液相。

8．不正确。

临界冷却速是形成玻璃所需要的最小冷却速率，临界冷却速率越大（小）越难（易）形成非晶体。

9．不正确。

马氏体相变是种无扩散性相变，相变时成分不变化但结构变化。

10．不正确。

在临界温度、临界压力时，化学势及其阶偏导数连续，二阶偏导数不连续
的相变为二级相变，发生二级相变时，热容、膨胀系数、压缩系数等发生突变。

11．不正确。

驰豫表面是指在垂直于表面的方向上原子间距不同于该方向上晶格内部原子间距的表面。

12．不正确。

固态反应包括界面化学反应和反应物通过产物层的扩散等过程，若化学反应速率远大于扩散速率，则动力学上处于扩散动力学范围。

二、1．投影图如下：
2．ZnS 的晶格常数计算
()
22Zn S 4r r −−=+ )
222n s a r r =+ 0.156)
=+ 0.517nm =
3．ZnS 的晶体的理论密度计算
()332374(65.3832.06)
4.69/cm 6.02100.51710g ρ−+==⨯⨯⨯
三、
解（1）选100个原子作为计算基准，则100个原了中有52个O 2−和48个铁离子
设有3Fe +离子数为3Fe Y +则2Fe +的离子()32Fe Fe 48X Y ++=−。

构成氧化物时，总电荷应为零。

由电
荷平衡知
52(2)(3)(48)(2)0Y y ⨯−+++−+=
得3+23+Fe Fe Fe 8,4840Y X Y +==−=
2+3+Fe Fe /5X Y =
（2）由氧化铁的结构知道，52个O 2−离子需要13个单位晶胞但只存在48个铁离子（和4 个空位）
()()3239(1855.85216)/13
6.0210/g 0.42910m / ρ−⨯+⨯==⨯⨯单位晶胞单位晶胞
5.()337Mg /m 5.7g /cm =
四、因为大多数陶瓷主要由晶相和玻璃相组成，这两种相的热膨胀系数相差较大，由高温很快冷却吋，每种相的收缩不同，所造成的内应力足以使陶瓷器件开裂或破碎。

可以从改变膨胀系数、弹性模量、强度等方面入手来改善材料抗热震性能。

五、从本质上：讲，高聚物的老化可分为化学老化与物理老化两类。

化学老化是指化学介质或化学介质与其他因索（如力、光、热等）共同作用下所发生的高分子材料被破坏现象，主要发生主链的断裂，有时次价键的破坏也属化学老化。

因此，化学老化又可分为化学过程和物理过
程引起的两种老化形式。

前者发生了化学反应，所导致的：链断裂是不可逆的，如： ..
22222222CH CH CH CH CH CH CH CH −−−−→−−+−−（11-l ）
物理过程引起的化学老化没有化学反应发生，多数是次价键被破坏，主要有溶胀与溶解，环境应力开裂，渗透破坏等
高聚物的物理老化仅指由于物理作用而发生的可逆性的变化，不涉及分子结构的改变。

由于玻璃态高聚物多数处于非平衡态，其凝聚态结构是不稳定的。

这种不稳定结构在玻璃化转变温度T g 以下存放过程中会逐渐趋向稳定的平衡态，从而引起高聚物材料的物理力学性能随存放或使用时间而变化，这种现象被称为物理老化或“存放效应”
六、
粉末冶金制晶、陶瓷材料中晶粒的大小与烧结温度、时间、烧结助剂的种类及含量等因素有关。

金属中晶粒的大小与热处理工艺有关。

晶粒的大小主要影响材料的力学性能，对光学性能也有较大影响。

金属、陶瓷材料的细晶强化就是利用控制晶粒大小提高强度和韧性的通过控制烧结温度、时间、加入适当外加剂等途径控制晶粒大小。

七、
形成玻璃的能力由小到大序列如下：
22222Cu NaCl Na O SiO Na O 2SiO SiO <<⋅<⋅< 可从组成、化学键、结构基团大校等方面解释。

八、
金属材料中有位错，陶瓷材料中有晶界，多晶，缺陷等原因。

九、
1．()2435822/2,357732610exp 1.1210m /s n n r o D RT −−⎛⎫=⨯−=⨯ ⎪⎝
⎭ (243552/3389048.510exp 1.3710/r ZnCr O D m s RT −−⎛⎫=⨯−=⨯ ⎪⎝
⎭ 2．因为2424Zn/ZnCr O Cr/ZnCr O D D <，所以铂丝向ZnCr 2O 4方向移动
3．在界面S 1上由于Cr 3+扩散通过S 1反应如下
32242Cr 4ZnO=ZnCr O 3Zn ++++
在界面S2上由于Mg2+扩散通过S2反应如下:
2+3+23243Zn +4Cr O 3Zn O =Cr +2Cr
十、
1．副三角形、温度下降方向及界线的性质见图
2．D 、F 分别为致熔融三元化合物和不致熔融三元化合物
3．三元变量点的性质及其对应的平衡关系式见图
4．组成点G 在完全平衡条件下的冷却结晶过程，略
5．当液相组成点刚到达E 4点和结晶结束时各相的百分含量，略。