无机材料科学基础考研模拟试卷5
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1、画出有意义的付三角形； 2、用单、双箭头表示界线的性质； 3、说明 F、H、K 三个化合物的性质和写出各点的相平衡式； 4、分析 M#熔体的冷却平衡结晶过程并写出相变式； 5、并说明硅酸盐水泥熟料落在小圆圈内的理由； 6、为何在缓慢冷却到无变量点 K（1455℃）时再要急剧冷却到室温？（20 分） 解：1、如图所示；（1.5 分）2、如图所示；（4 分） 3、F 点低共熔点，LF→C3A+C12A7+C2S （1.5 分） H 点单转熔点，LH+CaO→C3A+C3S（1.5 分） K 点单转熔点，LK+C3S→C3A+C2S（1.5 分）
③提高γSV
去除固体表面吸附膜；（ 1.5 分）
④改变粗糙度。（1.5 分）
6、 说明高岭石和蒙脱石的结构特点，并解释为什么蒙脱石具有膨胀性和高的阳离子
交换容量，而高岭石则不具有膨胀性、阳离子交换容量也很低。（ 10 分）
答：高岭石的阳离子交换容量较小，而蒙脱石的阳离子交换容量较大。因为高岭石
是 1:1 型结构，离子的取代很少，单网层与单网层之间以氢键相连，氢键强于范氏
分解，分解产物是一种液相和一种晶相，两者组成与化合物组成皆不相同，故称不
一致熔融化合物。
晶粒生长：无应变的材料在热处理时，平均晶粒尺寸在不改变其分布的情况下，
连续增大的过程。
四、 答题（ 70 分）
4、 为什么等轴晶系有原始、面心、体心格子，而没有单面心格子？（4 分）
答：因为从结构分布看，单面心格子不符合立方格子所固有的 4L3 的对称性。（4 分）
键，水化阳离子不易进入层间，因此阳离 子交换容量较小。（5 分）而蒙脱石是为 2:1
型结 构，铝 氧八 面 体层 中大 约 1/3 的 Al3+被 Mg2+取 代，为 了平 衡 多余 的负 电 价，在结
构单位层之间有其它阳离子进入，而且以水化阳离子的形式进人结构。水化阳离子
和硅氧四面体中 O2-离ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的作用力较弱，因而，这种水化阳离子在一定条件下容易被
答：a.NaCl 溶入 CaCl2 中形成空位型固溶体
NaCl CaCl2 NaC a VCl ClCl
b．CaCl2 溶人 NaC1 中形成空位型固溶体
（3.5 分）
CaCl2
N aClCa
Na
VNa
2ClCl
6、说明影响烧结的因素？ （6 分）
（3.5 分）
（1）、粉末的粒度。细颗粒增加了烧结推动力，缩短原子扩散距离，提高颗粒在液相中的 溶解度，从而导致烧结过程的加速。 （2）、外加剂的作用。在固相烧结中，有少量外加剂可与主晶相形成固溶体，促进缺陷增 加，在液相烧结中，外加剂改变液相的性质（如粘度，组成等），促进烧结。 （3）、烧结温度：晶体中晶格能越大，离子结合也越牢固，离子扩散也越困难，烧结温度 越高。 （4）、 保温时间：高温段以体积扩散为主，以短时间为好，低温段为表面扩散为主，低温 时间越长，不仅不引起致密化，反而会因表面扩散，改变了气孔的形状而给制品性能带来损 害，要尽可能快地从低温升到高温，以创造体积扩散条件。 （5）、气氛的影响：氧化，还原，中性。 （6）、成形压力影响：一般说成型压力越大颗粒间接触越紧密，对烧结越有利。 7、试比较杨德尔方程和金斯特林格方程的优缺点及其适用条件。（8 分） 杨德尔方程在反应初期具有很好的适应性，但杨氏模型中假设球形颗粒反应截面积 始终不变，因而只适用反应初期转化率较低的情况。（4 分）而金氏模型中考虑在 反 应进程中反应截面积随反应进程变化这一事实，因而金氏方程适用范围更广，可以 适合反应初、中期。两个方程都只适用于稳定扩散的情况 。（4 分） 8、下图为 CaO-A12O3-SiO2 系统的富钙部分相图，对于硅酸盐水泥的生产有一定的参 考价值。试：
当 CaCO3 ： MoO3＝ 15： 1， r2＜ 0.03mm 时 ， 反 应 由 升 华 控 制 ， 试 解 释 这 种 现 象 。（ 7
分）
答：当 MoO3 的粒 径 r1 为 0.036mm，CaCO3 的粒 径 r2 为 0.13mm 时, CaCO3 颗粒 大 于 MoO3，
由于产物层较厚，扩散阻力较大，反应由扩散控制，反应速率随着 CaCO3 颗粒度减
高 的 阳 离 子 交 换 容 量 ，而 高 岭 石 则 不 具 有 膨 胀 性 、阳 离 子 交 换 容 量 也 很 低。（10 分） 4、MoO3 和 CaCO3 反应时，反应机理受到 CaCO3 颗粒大小的影响。当 MoO3 ： CaCO3＝1：1，MoO3 的粒径 r1 为 0.036mm，CaCO3 的粒径 r2 为 0.13mm 时，反 应是扩散控制的；而当 CaCO3 ：MoO3＝15：1，r2＜0.03mm 时，反应由升华 控制，试解释这种现象。（7 分） 5、出下列反应的合理缺陷反应式（7 分） a．NaCl 溶入 CaCl2 中形成空位型固溶体 b．CaCl2 溶人 NaC1 中形成空位型固溶体 6、说明影响烧结的因素？ （6 分） 7、试比较杨德尔方程和金斯特林格方程的优缺点及其适用条件。（8 分） 8、下图为 CaO-A12O3-SiO2 系统的富钙部分相图，对于硅酸盐水泥的 生产有 一定的参考价值。试： （1）画出有意义的付三角形； （2）用单、双箭头表示界线的性质； （3）说明 F、H、K 三个化合物的性质和写出各点的相平衡式； （4）分析 M#熔体的冷却平衡结晶过程并写出相变式； （5）并说明硅酸盐水泥熟料落在小圆圈内的理由； （6）为何在缓慢冷却到无变量点 K（1455℃）时再要急剧冷却到室温？ （20 分）
三、 计算题（10 分）
有两种不同配比的玻璃，其组成如下：
序号
Na2O mol％
Al2O3mol％
1
10
12
2
20
6
试用玻璃结构参数说明两种玻璃高温下粘度的大小？
SiO2mol％ 78 74
无机材料科学基础试卷五标准答案及评分标准
一、名词解释（20 分）（8*2.5 分） 螺位错、同质多晶、晶胞、肖特基缺陷、聚合、非均匀成核、稳定扩散、 玻璃分相、不一致熔融化合物、晶粒生长
分）
2#玻璃：Na2O/ Al2O3=20/6>1，所以 Al3+在玻璃中起网络形成离子的作用（1 分）
R2=（20+6 *3+74*2）/（74+6*2）=2.16 （3 分）
X2=2*2.16-4=0.32 Y2=4-0.32=3.68
因而 Y1<Y2
R1>R2
即 2#玻璃桥氧分数大于 1#, O/Si 比小于 1#玻璃,
（3）液相成为玻璃相，可以提高熟料的易磨性。（3 分）
四、 计算题（10 分）
有两种不同配比的玻璃，其组成如下：
序号
Na2O mol％
Al2O3mol％
SiO2mol％
1
10
12
78
2
20
6
74
试用玻璃结构参数说明两种玻璃高温下粘度的大小？
解：1#玻璃 ：Na2O/ Al2O3=10/12<1，所以 Al3+在 玻璃 中 起网 络变 性 离子 的作 用（ 1 分 ） R1=（10+12*3+78*2）/78=2.59 X1=2*2.59-4=1.18 Y1=4-1.18=2.82 （3
5、 什么是润湿？改善润湿的方法有那些？（8 分）
答 ：润 湿 ：固 体 与 液 体 接 触 后 ，体 系（ 固 体 +液 体 ）的 吉 布 斯 自 由 能 降 低 时 ，就 称 润
湿。（2 分）
改善润湿的方法有：① 降低γSL S、V 两相组成尽量接近；（ 1.5 分）
②降低γLV
在液相中加表面活性剂；（ 1.5 分）
5、因为硅酸盐水泥熟料中三个主要矿物是 C3S、C2S、C3A。根据三角形规则，只有
当组成点落在 C3S-C2S-C3A 付三角形中，烧成以后才能得到这三种矿物。从早期强
度和后期强度、水化速度、矿物的形成条件等因素考虑，水泥熟料 C3S 的含量应当
最高，C2S 次之，C3A 最少。根据杠杆规则，水泥熟料的组成点应当位于 C3S-C2S-C3A
交换出来。 C 轴可膨胀以及阳离子交换容量大，是蒙脱石结构上的特征。（ 5 分）
4、MoO3 和 CaCO3 反应 时 ，反应 机 理 受到 CaCO3 颗粒 大 小的 影响 。当 MoO3 ：CaCO3＝1：
1，MoO3 的粒径 r1 为 0.036mm，CaCO3 的粒径 r2 为 0.13mm 时，反应是扩散控制的；而
小而 加 速，（ 3.5 分 ） 当 r2<r1 时 存在 过 量 CaCO3，， 反 应 由 MoO3 粒径升华控制，并随
着 MoO3 粒径减小而加剧。（ 3.5 分）
5、出下列反应的合理缺陷反应式（7 分）
a．NaCl 溶入 CaCl2 中形成空位型固溶体
b．CaCl2 溶人 NaC1 中形成空位型固溶体
稳定扩散：扩散质点浓度分布不随时间变化。
玻 璃 分 相 ：一 个 均 匀 的 玻 璃 相 在 一 定 的 温 度 和 组 成 范 围 内 有 可 能 分 成 两 个 互 不 溶
解或部分溶解的玻璃相 (或液相)，并相互共存的现象称为玻璃的分相 (或称液相 不混
溶现象)。
不一致熔融化合物：是一种不稳定的化合物。加热这种化合物到 某一温度便发生
4、M 点：
L→C2S L→C2S+C3S L+C2S→C3S
液：M---→a--------→y---------→K 始(LK+C3S→C2S+C3A)→K 终
f=2
f=1
f=1
f=0
C2S C2S+C3S C2S+C3S C2S+C3S+C3A
固：D---→D----→b----→d---------→M （4 分）
螺位错：柏格斯矢量与位错线平行的位错。 同质多晶：同一化学组成在不同热力学条件下形成结构不同的晶体的现象。 晶 胞 ：指 晶 体 结 构 中 的 平 行 六 面 体 单 位 ，其 形 状 大 小 与 对 应 的 空 间 格 子 中 的 单 位 平行六面体一致。 肖 特 基 缺 陷 ：如 果 正 常 格 点 上 的 原 子 ，热 起 伏 过 程 中 获 得 能 量 离 开 平 衡 位 置 ，迁 移到晶体的表面，在晶格内正常格点上留下空位，即为肖特基缺陷。 聚 合 ：由 分 化 过 程 产 生 的 低 聚 合 物 ，相 互 作 用 ，形 成 级 次 较 高 的 聚 合 物 ，同 时 释 放出部分 Na2O，这个过程称为缩聚，也即聚合。 非 均 匀 成 核 ：借 助 于 表 面 、界 面 、微 粒 裂 纹 、器 壁 以 及 各 种 催 化 位 置 而 形 成 晶 核 的过程。
所以在高温下 1#熔体黏度小于 2#. （2 分）
付三角形中小圆圈内。（3 分）
6、因为缓慢冷却到 K 点，可以通过转熔反应 L+C2S→C3S 得到尽可能多的 C3S。到
达 K 点后，急剧冷却到室温，可以（1）防止 C3S 含量降低，因为 K 点的转熔反应
LK+C3S→C2S+C3A；（2）使 C2S 生成水硬性的 β-C2S，而不是非水硬性的 γ-C2S；
无机材料科学基础试卷五
一、名词解释（20 分）（10*2 分） 螺位错、同质多晶、晶胞、肖特基缺陷、非均匀成核、稳定扩散、 玻璃分相、晶粒生长 二、 答题（ 70 分） 1、 为什么等轴晶系有原始、面心、体心格子，而没有单面心格子？（4
分） 2、 什么是润湿？改善润湿的方法有那些？（8 分） 3、 说明高岭石和蒙脱石的结构特点，并解释为什么蒙脱石具有膨胀性和
③提高γSV
去除固体表面吸附膜；（ 1.5 分）
④改变粗糙度。（1.5 分）
6、 说明高岭石和蒙脱石的结构特点，并解释为什么蒙脱石具有膨胀性和高的阳离子
交换容量，而高岭石则不具有膨胀性、阳离子交换容量也很低。（ 10 分）
答：高岭石的阳离子交换容量较小，而蒙脱石的阳离子交换容量较大。因为高岭石
是 1:1 型结构，离子的取代很少，单网层与单网层之间以氢键相连，氢键强于范氏
分解，分解产物是一种液相和一种晶相，两者组成与化合物组成皆不相同，故称不
一致熔融化合物。
晶粒生长：无应变的材料在热处理时，平均晶粒尺寸在不改变其分布的情况下，
连续增大的过程。
四、 答题（ 70 分）
4、 为什么等轴晶系有原始、面心、体心格子，而没有单面心格子？（4 分）
答：因为从结构分布看，单面心格子不符合立方格子所固有的 4L3 的对称性。（4 分）
键，水化阳离子不易进入层间，因此阳离 子交换容量较小。（5 分）而蒙脱石是为 2:1
型结 构，铝 氧八 面 体层 中大 约 1/3 的 Al3+被 Mg2+取 代，为 了平 衡 多余 的负 电 价，在结
构单位层之间有其它阳离子进入，而且以水化阳离子的形式进人结构。水化阳离子
和硅氧四面体中 O2-离ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的作用力较弱，因而，这种水化阳离子在一定条件下容易被
答：a.NaCl 溶入 CaCl2 中形成空位型固溶体
NaCl CaCl2 NaC a VCl ClCl
b．CaCl2 溶人 NaC1 中形成空位型固溶体
（3.5 分）
CaCl2
N aClCa
Na
VNa
2ClCl
6、说明影响烧结的因素？ （6 分）
（3.5 分）
（1）、粉末的粒度。细颗粒增加了烧结推动力，缩短原子扩散距离，提高颗粒在液相中的 溶解度，从而导致烧结过程的加速。 （2）、外加剂的作用。在固相烧结中，有少量外加剂可与主晶相形成固溶体，促进缺陷增 加，在液相烧结中，外加剂改变液相的性质（如粘度，组成等），促进烧结。 （3）、烧结温度：晶体中晶格能越大，离子结合也越牢固，离子扩散也越困难，烧结温度 越高。 （4）、 保温时间：高温段以体积扩散为主，以短时间为好，低温段为表面扩散为主，低温 时间越长，不仅不引起致密化，反而会因表面扩散，改变了气孔的形状而给制品性能带来损 害，要尽可能快地从低温升到高温，以创造体积扩散条件。 （5）、气氛的影响：氧化，还原，中性。 （6）、成形压力影响：一般说成型压力越大颗粒间接触越紧密，对烧结越有利。 7、试比较杨德尔方程和金斯特林格方程的优缺点及其适用条件。（8 分） 杨德尔方程在反应初期具有很好的适应性，但杨氏模型中假设球形颗粒反应截面积 始终不变，因而只适用反应初期转化率较低的情况。（4 分）而金氏模型中考虑在 反 应进程中反应截面积随反应进程变化这一事实，因而金氏方程适用范围更广，可以 适合反应初、中期。两个方程都只适用于稳定扩散的情况 。（4 分） 8、下图为 CaO-A12O3-SiO2 系统的富钙部分相图，对于硅酸盐水泥的生产有一定的参 考价值。试：
当 CaCO3 ： MoO3＝ 15： 1， r2＜ 0.03mm 时 ， 反 应 由 升 华 控 制 ， 试 解 释 这 种 现 象 。（ 7
分）
答：当 MoO3 的粒 径 r1 为 0.036mm，CaCO3 的粒 径 r2 为 0.13mm 时, CaCO3 颗粒 大 于 MoO3，
由于产物层较厚，扩散阻力较大，反应由扩散控制，反应速率随着 CaCO3 颗粒度减
高 的 阳 离 子 交 换 容 量 ，而 高 岭 石 则 不 具 有 膨 胀 性 、阳 离 子 交 换 容 量 也 很 低。（10 分） 4、MoO3 和 CaCO3 反应时，反应机理受到 CaCO3 颗粒大小的影响。当 MoO3 ： CaCO3＝1：1，MoO3 的粒径 r1 为 0.036mm，CaCO3 的粒径 r2 为 0.13mm 时，反 应是扩散控制的；而当 CaCO3 ：MoO3＝15：1，r2＜0.03mm 时，反应由升华 控制，试解释这种现象。（7 分） 5、出下列反应的合理缺陷反应式（7 分） a．NaCl 溶入 CaCl2 中形成空位型固溶体 b．CaCl2 溶人 NaC1 中形成空位型固溶体 6、说明影响烧结的因素？ （6 分） 7、试比较杨德尔方程和金斯特林格方程的优缺点及其适用条件。（8 分） 8、下图为 CaO-A12O3-SiO2 系统的富钙部分相图，对于硅酸盐水泥的 生产有 一定的参考价值。试： （1）画出有意义的付三角形； （2）用单、双箭头表示界线的性质； （3）说明 F、H、K 三个化合物的性质和写出各点的相平衡式； （4）分析 M#熔体的冷却平衡结晶过程并写出相变式； （5）并说明硅酸盐水泥熟料落在小圆圈内的理由； （6）为何在缓慢冷却到无变量点 K（1455℃）时再要急剧冷却到室温？ （20 分）
三、 计算题（10 分）
有两种不同配比的玻璃，其组成如下：
序号
Na2O mol％
Al2O3mol％
1
10
12
2
20
6
试用玻璃结构参数说明两种玻璃高温下粘度的大小？
SiO2mol％ 78 74
无机材料科学基础试卷五标准答案及评分标准
一、名词解释（20 分）（8*2.5 分） 螺位错、同质多晶、晶胞、肖特基缺陷、聚合、非均匀成核、稳定扩散、 玻璃分相、不一致熔融化合物、晶粒生长
分）
2#玻璃：Na2O/ Al2O3=20/6>1，所以 Al3+在玻璃中起网络形成离子的作用（1 分）
R2=（20+6 *3+74*2）/（74+6*2）=2.16 （3 分）
X2=2*2.16-4=0.32 Y2=4-0.32=3.68
因而 Y1<Y2
R1>R2
即 2#玻璃桥氧分数大于 1#, O/Si 比小于 1#玻璃,
（3）液相成为玻璃相，可以提高熟料的易磨性。（3 分）
四、 计算题（10 分）
有两种不同配比的玻璃，其组成如下：
序号
Na2O mol％
Al2O3mol％
SiO2mol％
1
10
12
78
2
20
6
74
试用玻璃结构参数说明两种玻璃高温下粘度的大小？
解：1#玻璃 ：Na2O/ Al2O3=10/12<1，所以 Al3+在 玻璃 中 起网 络变 性 离子 的作 用（ 1 分 ） R1=（10+12*3+78*2）/78=2.59 X1=2*2.59-4=1.18 Y1=4-1.18=2.82 （3
5、 什么是润湿？改善润湿的方法有那些？（8 分）
答 ：润 湿 ：固 体 与 液 体 接 触 后 ，体 系（ 固 体 +液 体 ）的 吉 布 斯 自 由 能 降 低 时 ，就 称 润
湿。（2 分）
改善润湿的方法有：① 降低γSL S、V 两相组成尽量接近；（ 1.5 分）
②降低γLV
在液相中加表面活性剂；（ 1.5 分）
5、因为硅酸盐水泥熟料中三个主要矿物是 C3S、C2S、C3A。根据三角形规则，只有
当组成点落在 C3S-C2S-C3A 付三角形中，烧成以后才能得到这三种矿物。从早期强
度和后期强度、水化速度、矿物的形成条件等因素考虑，水泥熟料 C3S 的含量应当
最高，C2S 次之，C3A 最少。根据杠杆规则，水泥熟料的组成点应当位于 C3S-C2S-C3A
交换出来。 C 轴可膨胀以及阳离子交换容量大，是蒙脱石结构上的特征。（ 5 分）
4、MoO3 和 CaCO3 反应 时 ，反应 机 理 受到 CaCO3 颗粒 大 小的 影响 。当 MoO3 ：CaCO3＝1：
1，MoO3 的粒径 r1 为 0.036mm，CaCO3 的粒径 r2 为 0.13mm 时，反应是扩散控制的；而
小而 加 速，（ 3.5 分 ） 当 r2<r1 时 存在 过 量 CaCO3，， 反 应 由 MoO3 粒径升华控制，并随
着 MoO3 粒径减小而加剧。（ 3.5 分）
5、出下列反应的合理缺陷反应式（7 分）
a．NaCl 溶入 CaCl2 中形成空位型固溶体
b．CaCl2 溶人 NaC1 中形成空位型固溶体
稳定扩散：扩散质点浓度分布不随时间变化。
玻 璃 分 相 ：一 个 均 匀 的 玻 璃 相 在 一 定 的 温 度 和 组 成 范 围 内 有 可 能 分 成 两 个 互 不 溶
解或部分溶解的玻璃相 (或液相)，并相互共存的现象称为玻璃的分相 (或称液相 不混
溶现象)。
不一致熔融化合物：是一种不稳定的化合物。加热这种化合物到 某一温度便发生
4、M 点：
L→C2S L→C2S+C3S L+C2S→C3S
液：M---→a--------→y---------→K 始(LK+C3S→C2S+C3A)→K 终
f=2
f=1
f=1
f=0
C2S C2S+C3S C2S+C3S C2S+C3S+C3A
固：D---→D----→b----→d---------→M （4 分）
螺位错：柏格斯矢量与位错线平行的位错。 同质多晶：同一化学组成在不同热力学条件下形成结构不同的晶体的现象。 晶 胞 ：指 晶 体 结 构 中 的 平 行 六 面 体 单 位 ，其 形 状 大 小 与 对 应 的 空 间 格 子 中 的 单 位 平行六面体一致。 肖 特 基 缺 陷 ：如 果 正 常 格 点 上 的 原 子 ，热 起 伏 过 程 中 获 得 能 量 离 开 平 衡 位 置 ，迁 移到晶体的表面，在晶格内正常格点上留下空位，即为肖特基缺陷。 聚 合 ：由 分 化 过 程 产 生 的 低 聚 合 物 ，相 互 作 用 ，形 成 级 次 较 高 的 聚 合 物 ，同 时 释 放出部分 Na2O，这个过程称为缩聚，也即聚合。 非 均 匀 成 核 ：借 助 于 表 面 、界 面 、微 粒 裂 纹 、器 壁 以 及 各 种 催 化 位 置 而 形 成 晶 核 的过程。
所以在高温下 1#熔体黏度小于 2#. （2 分）
付三角形中小圆圈内。（3 分）
6、因为缓慢冷却到 K 点，可以通过转熔反应 L+C2S→C3S 得到尽可能多的 C3S。到
达 K 点后，急剧冷却到室温，可以（1）防止 C3S 含量降低，因为 K 点的转熔反应
LK+C3S→C2S+C3A；（2）使 C2S 生成水硬性的 β-C2S，而不是非水硬性的 γ-C2S；
无机材料科学基础试卷五
一、名词解释（20 分）（10*2 分） 螺位错、同质多晶、晶胞、肖特基缺陷、非均匀成核、稳定扩散、 玻璃分相、晶粒生长 二、 答题（ 70 分） 1、 为什么等轴晶系有原始、面心、体心格子，而没有单面心格子？（4
分） 2、 什么是润湿？改善润湿的方法有那些？（8 分） 3、 说明高岭石和蒙脱石的结构特点，并解释为什么蒙脱石具有膨胀性和