材料科学基础
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A C
2 3 D 1 B
第二章 固 相 反 应
1. 镍（Ni）在 0.1 大气压的氧气中氧化，测得其重量增量（g）如下表： 时 间 温度 0C 1hr 2hr 3hr 4hr 550 9 13 15 10 600 17 23 29 36 650 29 41 50 65 700 56 75 88 106 （1） 推导出合适的反应方程； （2）计算活化能 2. 试比较杨得方程、卡特方程和金斯特林格方程的优缺点及适用条件。 3. 为观察尖晶石的形成，用过量的 MgO 粉包围 1的 Al2O3 球形颗粒。在固定 温度实验中的第一个小时有 20%的 Al2O3 反应成尖晶石。试根据（1）无球 形几何校正； （2）用杨得方程作球形校正，计算完全反应的时间。 4. 要合成镁铝尖晶石， 可供选择原料为 MgCO3、 Mg(OH)2、 MgO、 Al2O33H2O、 -Al2O3、-Al2O3。从提高反应速率角度出发，应选择什么原料？
第四章 熔融态与玻璃通性
1. 试用 lg=E+F/(T-T0)方程式，绘出下列两种熔体在 13500C ~5000C 间的粘度温度曲线(lg~1/T)： E F T0 No.1 1.631 4229 219 No.2 1.769 4690 216 2. 一种熔体在 13000C 的粘度是 3100 泊， 在 8000C 是 108 泊， 在 10500C 时其粘 度是多少？在此粘度下急冷，是否形成玻璃？ 3. 决定玻璃熔体中复合阴离子团大小和结构的主要因素是什么？试从熔体结 构概念比较以下玻璃成分的粘度大小顺序：
习
题
第一章 相 平 衡
1. 简述 SiO2 的多晶转变现象，为什么在硅酸盐产品中 SiO2 经常以介稳状态存 在？ 2. 图 1-1 示意表示出生成一个不一致熔融化合物 AmBn 和形成固溶体 SB(A)的二 元系统，试完成此相图的草图。 3. 对于图 1-2 所示的相图，试进行： （1）标出初晶区； （2）画出温度下降方向； （3）确定相界线性质； （4）确定无变量点性质； （5）分析 1，2，3 点的结 晶过程。
急冷试样
经退火试样
7. 试比较下列玻璃在某一温度下的粘度大小，并说 明原因。玻璃成分如下表所示 SiO2 Na2O CaO 玻璃 1 82.0 18.0 2 78.0 18.0 4.0 3 78.0 18.0 4 78.0 18.0 -
温度
MgO 4.0 -
BaO 4.0
28 分 子 体 积 cm3/mol 27 26 25 0 B2O3 8 16 24 32 Al2O3
R2O3
mol%
5. 试述石英晶体、石英熔体、Na2O2SiO2 熔体结构的区别，如何用实验方法区 分它们？ 6. 如右图所示同一组成的玻璃经退火处理(a)和急冷 (b)，两种试样测得的膨胀曲线，两者明显不同， 试说明原因。
1 2 3
SiO2 75 75 75
玻 璃 Al2O3 0.5 2.0 2.0
成
分 CaO 8.5 8.0 9.0
Na2O 16.0 15.0 14.0
4. 实验获得 Na2O-Al2O3-SiO2 和 Na2O-B2O3-SiO2 系统玻璃的分子体积随组成中 R2O3 含量变化如下图，试解释其原因。
AC 1
BC 2 3
A
AB 图 1-3
B
6. 氧化源自文库 AO 和 SiO2 以一定配比混合成均匀的粉状配合物，加热至熔融状态， 并按不同方式冷却，所得的试样经过观察得到以下结果
冷却方式 （1）迅速冷却 （2）熔融态保留 1 小时， 在液相线以下 800C 保温 2 小时，然后淬冷 （3）熔融态保留 3 小时， 在液相线以下 800C 保温 2 小时，然后淬冷 （4）熔融态保留 2 小时，迅速冷却到液相 线以下 2000C 保温 1 小时，在迅速冷 却至室温
观察结果 单相，无析晶迹象 表面有析晶，初晶相是 SiO2，还有玻璃相 表面有析晶，初晶相是 AOSiO2，同时有玻 璃相 没有析晶，但所得玻璃体呈雾状
请解释观察到的现象。 7. 右 图 为 含 有 一 个 三 元 化 合 物 D （AmBnCq）的三元系统相图，试判断： （ 1 ）图中各界线的温度走向和性质； （2）该三元化合物是一致熔融还是不 一致熔融化合物？（3）确定各无变量 点的性质； （4）分析图中 1、2、3 点的 析晶过程。 8. 为什么在硅砖生产中 Al2O3 是很有害 的杂质，而加入少量 CaO 能促进鳞石 英的形成而又不明显降低其耐火度。
C 熔点 液相 熔点 1 低共熔点 2 A 图 1-1 AmBn B A AmBn 图 1-2 C 3 B 固溶体
4. 对于图 1-3 所示的相图，试进行： （ 1） 标出初晶区； （2） 画出温度下降方向； （3） 确定相界线性质； （4）确定无变量点性 质； （5）分析 1，2，3 点的结晶过程。 5. 某种陶瓷制品以长石 K2OAl2O36SiO2 和 高 岭 土 Al2O32SiO22H2O 配 料 ， 在 12000C 烧成。 观察烧成制品的显微结构， 发现由莫来石晶体和玻璃相组成， 问： （1） 配料中，长石和高岭土各为多少？（2） 制品结构中，莫来石和玻璃相各为多 少？
5. 设固相反应 CaO+SiO2=2CaOSiO2 符合杨得方程，并测得不同温度下的反应 速度常数（K）如下，试求该反应的活化能。 反应温度 0C K值 800 6.1 x 10-4 1200 4.1 x 10-2 1400 3.1 x 10-1
第三章
烧 结 过 程
1. 烧结的推动力是什么？晶体生长的推动力是什么？试比较两者的大小。 2. 烧结过程中， 晶粒生长能使陶瓷致密吗？为什么？晶粒生长能影响烧结速率 吗？为什么？ 3. 在 15000CMgO 正常晶粒长大期间，观察到晶体在 1 小时内从 1m 直径长大 到 10m。已知晶界扩散能为 60Kcal/mol，试预测在 16000C 下 4 小时后晶粒 的大小。你估计杂质对 MgO 晶粒生长速率会有什么影响，为什么？ 4. 试解释下列名词： （1）熔融温度，烧结温度； （2）烧结与烧成； （3）液相烧 结与固相烧结； （4）晶粒生长与二次再结晶。 5. 晶界移动遇到夹杂物时会出现几种情况，从实现烧结致密化目的考虑，晶界 应如何移动，工艺上应采取什么措施？ 6. 有两个相同试样分别加热到 6000C 和 7000C，第一个试样加热到 6000C 经过 30 小时后其晶粒从 0.05mm 增加一倍变化到 0.10mm，第二个试样加热到 7000C 发生同样变化用了 30 分钟， 试问加热到 7500C 时晶粒尺寸发生这样的 变化需要多少时间？
2 3 D 1 B
第二章 固 相 反 应
1. 镍（Ni）在 0.1 大气压的氧气中氧化，测得其重量增量（g）如下表： 时 间 温度 0C 1hr 2hr 3hr 4hr 550 9 13 15 10 600 17 23 29 36 650 29 41 50 65 700 56 75 88 106 （1） 推导出合适的反应方程； （2）计算活化能 2. 试比较杨得方程、卡特方程和金斯特林格方程的优缺点及适用条件。 3. 为观察尖晶石的形成，用过量的 MgO 粉包围 1的 Al2O3 球形颗粒。在固定 温度实验中的第一个小时有 20%的 Al2O3 反应成尖晶石。试根据（1）无球 形几何校正； （2）用杨得方程作球形校正，计算完全反应的时间。 4. 要合成镁铝尖晶石， 可供选择原料为 MgCO3、 Mg(OH)2、 MgO、 Al2O33H2O、 -Al2O3、-Al2O3。从提高反应速率角度出发，应选择什么原料？
第四章 熔融态与玻璃通性
1. 试用 lg=E+F/(T-T0)方程式，绘出下列两种熔体在 13500C ~5000C 间的粘度温度曲线(lg~1/T)： E F T0 No.1 1.631 4229 219 No.2 1.769 4690 216 2. 一种熔体在 13000C 的粘度是 3100 泊， 在 8000C 是 108 泊， 在 10500C 时其粘 度是多少？在此粘度下急冷，是否形成玻璃？ 3. 决定玻璃熔体中复合阴离子团大小和结构的主要因素是什么？试从熔体结 构概念比较以下玻璃成分的粘度大小顺序：
习
题
第一章 相 平 衡
1. 简述 SiO2 的多晶转变现象，为什么在硅酸盐产品中 SiO2 经常以介稳状态存 在？ 2. 图 1-1 示意表示出生成一个不一致熔融化合物 AmBn 和形成固溶体 SB(A)的二 元系统，试完成此相图的草图。 3. 对于图 1-2 所示的相图，试进行： （1）标出初晶区； （2）画出温度下降方向； （3）确定相界线性质； （4）确定无变量点性质； （5）分析 1，2，3 点的结 晶过程。
急冷试样
经退火试样
7. 试比较下列玻璃在某一温度下的粘度大小，并说 明原因。玻璃成分如下表所示 SiO2 Na2O CaO 玻璃 1 82.0 18.0 2 78.0 18.0 4.0 3 78.0 18.0 4 78.0 18.0 -
温度
MgO 4.0 -
BaO 4.0
28 分 子 体 积 cm3/mol 27 26 25 0 B2O3 8 16 24 32 Al2O3
R2O3
mol%
5. 试述石英晶体、石英熔体、Na2O2SiO2 熔体结构的区别，如何用实验方法区 分它们？ 6. 如右图所示同一组成的玻璃经退火处理(a)和急冷 (b)，两种试样测得的膨胀曲线，两者明显不同， 试说明原因。
1 2 3
SiO2 75 75 75
玻 璃 Al2O3 0.5 2.0 2.0
成
分 CaO 8.5 8.0 9.0
Na2O 16.0 15.0 14.0
4. 实验获得 Na2O-Al2O3-SiO2 和 Na2O-B2O3-SiO2 系统玻璃的分子体积随组成中 R2O3 含量变化如下图，试解释其原因。
AC 1
BC 2 3
A
AB 图 1-3
B
6. 氧化源自文库 AO 和 SiO2 以一定配比混合成均匀的粉状配合物，加热至熔融状态， 并按不同方式冷却，所得的试样经过观察得到以下结果
冷却方式 （1）迅速冷却 （2）熔融态保留 1 小时， 在液相线以下 800C 保温 2 小时，然后淬冷 （3）熔融态保留 3 小时， 在液相线以下 800C 保温 2 小时，然后淬冷 （4）熔融态保留 2 小时，迅速冷却到液相 线以下 2000C 保温 1 小时，在迅速冷 却至室温
观察结果 单相，无析晶迹象 表面有析晶，初晶相是 SiO2，还有玻璃相 表面有析晶，初晶相是 AOSiO2，同时有玻 璃相 没有析晶，但所得玻璃体呈雾状
请解释观察到的现象。 7. 右 图 为 含 有 一 个 三 元 化 合 物 D （AmBnCq）的三元系统相图，试判断： （ 1 ）图中各界线的温度走向和性质； （2）该三元化合物是一致熔融还是不 一致熔融化合物？（3）确定各无变量 点的性质； （4）分析图中 1、2、3 点的 析晶过程。 8. 为什么在硅砖生产中 Al2O3 是很有害 的杂质，而加入少量 CaO 能促进鳞石 英的形成而又不明显降低其耐火度。
C 熔点 液相 熔点 1 低共熔点 2 A 图 1-1 AmBn B A AmBn 图 1-2 C 3 B 固溶体
4. 对于图 1-3 所示的相图，试进行： （ 1） 标出初晶区； （2） 画出温度下降方向； （3） 确定相界线性质； （4）确定无变量点性 质； （5）分析 1，2，3 点的结晶过程。 5. 某种陶瓷制品以长石 K2OAl2O36SiO2 和 高 岭 土 Al2O32SiO22H2O 配 料 ， 在 12000C 烧成。 观察烧成制品的显微结构， 发现由莫来石晶体和玻璃相组成， 问： （1） 配料中，长石和高岭土各为多少？（2） 制品结构中，莫来石和玻璃相各为多 少？
5. 设固相反应 CaO+SiO2=2CaOSiO2 符合杨得方程，并测得不同温度下的反应 速度常数（K）如下，试求该反应的活化能。 反应温度 0C K值 800 6.1 x 10-4 1200 4.1 x 10-2 1400 3.1 x 10-1
第三章
烧 结 过 程
1. 烧结的推动力是什么？晶体生长的推动力是什么？试比较两者的大小。 2. 烧结过程中， 晶粒生长能使陶瓷致密吗？为什么？晶粒生长能影响烧结速率 吗？为什么？ 3. 在 15000CMgO 正常晶粒长大期间，观察到晶体在 1 小时内从 1m 直径长大 到 10m。已知晶界扩散能为 60Kcal/mol，试预测在 16000C 下 4 小时后晶粒 的大小。你估计杂质对 MgO 晶粒生长速率会有什么影响，为什么？ 4. 试解释下列名词： （1）熔融温度，烧结温度； （2）烧结与烧成； （3）液相烧 结与固相烧结； （4）晶粒生长与二次再结晶。 5. 晶界移动遇到夹杂物时会出现几种情况，从实现烧结致密化目的考虑，晶界 应如何移动，工艺上应采取什么措施？ 6. 有两个相同试样分别加热到 6000C 和 7000C，第一个试样加热到 6000C 经过 30 小时后其晶粒从 0.05mm 增加一倍变化到 0.10mm，第二个试样加热到 7000C 发生同样变化用了 30 分钟， 试问加热到 7500C 时晶粒尺寸发生这样的 变化需要多少时间？