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材料科学基础(试题6)

时间:2017-02-20

无机材料科学基础试卷六 名词解释(20 分) 反萤石结构、晶胞; 肖特基缺陷、弗伦克尔缺陷; 网络形成体、网络改变体; 触变性、硼反常现象; 二、选择题(8 分) 1、 粘土泥浆胶溶必须使介质呈() A、酸性 B、碱性 C、中性 2、硅酸盐玻璃的结构是以硅氧四面体为结构单元形成的()的聚集体。 A、近程有序,远程无序 B、近程无序,远程无序 C、近程无序,远程有序 3、依据等径球体的堆积原理得出,六方密堆积的堆积系数()体心立方堆积的堆积系数。 A、大于 B、小于 C、等于 D、不确定 4、某晶体 AB,A—的电荷数为 1,A—B 键的 S=1/6,则 A+的配位数为() 。 A、4 B、12 C、8 D、6 5、在单位晶胞的 CaF2 晶体中,其八面体空隙和四面体空隙的数量分别为() 。 A、4,8 B、8,4 C、1,2 D、2,4 6、点群 L6PC 属()晶族()晶系。 A、高级等轴 B、低级正交 C、中级六方 D、高级六方 7、下列性质中()不是晶体的基本性质。 A、自限性 B、最小内能性 C、有限性 D、各向异性 8、晶体在三结晶轴上的截距分别为 1/2a、1/3b、1/6c。该晶面的晶面指数为() 。 A、 (236) B、 (326) C、 (321) D、 (123) 9、非化学计量化合物 Cd1+xO 中存在()型晶格缺陷 A、阴离子空位 B、阳离子空位 C、阴离子填隙 D、阳离子填隙 10、可以根据 3T 曲线求出熔体的临界冷却速率。熔体的临界冷却速率越大,就()形成玻 璃。 A、越难 B、越容易 C、很快 D、缓慢 11、晶体结构中一切对称要素的集合称为() 。 A、对称型 B、点群 C、微观对称的要素的集合 D、空间群 12、在 ABO3(钙钛矿)型结构中,B 离子占有() 。 A、四面体空隙 B、八面体空隙 C、立方体空隙 D、三方柱空隙晶体 三、填空(17 分) 1、在玻璃形成过程中,为避免析晶所必须的冷却速率的确定采用()的方法。 2、a=b≠c α =β =γ =900 的晶体属()晶系。 3、六方紧密堆积的原子密排面是晶体中的()面,立方紧密堆积的原子密排面是晶体中的 ()面。 4、Zn1+x O 在还原气氛中可形成()型半导体,缺陷浓度与氧分压的 1/6 次方成() ,如果 减少周围氧气的分压,Zn1+x O 的密度将() 。 5、b 与位错线()的位错称为刃位错, ;b 与位错线()的位错称为螺位错, 。 6、形成连续固溶体的条件是() 、 ()和() 。

7、在 AB2O4 型尖晶石结构中,若以氧离子作立方紧密堆积排列,在正尖晶石结构中,A 离 子占有()空隙,B 离子占有()空隙。 8、晶体的热缺陷有()和()两类,热缺陷浓度与温度的关系式为() 。 9、硅酸盐晶体分类的依据是() 。按此分类法可将硅酸盐矿物分为()结构、 ()结构、 () 结构、 ()结构和()结构。 10、陶瓷元件表面被银,为提高瓷件与银层间的润湿性,瓷面表面应() 。 11、同价阳离子饱和的黏土胶粒的ξ 电位随阳离子半径的增加而() 。 12、Ca-黏土泥浆胶溶时,加入 NaOH 和 Na2SiO3 电解质, ()效果好? 问答题(45 分) 为什么等轴晶系有原始、面心、体心格子,而没有单面心格子?(6 分) 2、用 KCl 和 CaCl2 分别稀释同一种黏土泥浆,当电解质加入量相同时,试比较两种泥浆下列 性质的差异。 (10 分) (1)泥浆的流动性(2)泥浆的触变性(3)泥浆的可塑性 (4)坯体的致密度(5)黏土的δ 电位 3、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) 4、说明熔体中聚合物形成过程?从结构上来说明在 SiO2 熔体中随着 Na2O 加入量的不同, 熔体粘度、形成玻璃能力如何变化,为什么? (9 分) 5、出下列反应的合理缺陷反应式(10 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 计算题(10 分) 在 CaF2 晶体中,肖特基缺陷的生成能为 5.5ev,计算在 1600℃时热缺陷的浓度。如果 CaF2 晶体中, 含有百万分之一的 YF3 杂质, 则在 1600℃时 CaF2 晶体中是热缺陷占优势还是杂质 缺陷占优势?(玻尔兹曼常数 k=1.38×10-23、电子的电荷 e=1.602×10-19) 无机材料科学基础试卷六答案及评分标准 名词解释(20 分) 晶胞、反萤石结构: 反萤石结构: 这种结构与萤石完全相同, 只是阴、 阳离子的个数及位置刚好与萤石中的相反, 即金属离子占有萤石结构中 F—的位置,而 02—离子或其他负离子占 Ca2+的位置,这种结 构称为反萤石结构。 (2.5 分) 晶胞:从晶体结构中取出来的以反映晶体周期性和对称性的最小重复单元。 (2.5 分) 肖特基缺陷、弗伦克尔缺陷; 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,在晶体内正常格点上留下空位,这即是肖特基缺陷。 (2.5 分) 弗伦克尔缺陷:在晶格热振动时,一些能量足够大的原子离开平衡位置后,挤到晶格点的间 隙中,形成间隙原子,而原来位置上形成空位,这种缺陷称为弗伦克尔缺陷。 (2.5 分) 网络形成体、网络改变体; 网络形成体:单键强度大于 335KJ/mol 的氧化物,可单独形成玻璃。 (2.5 分) 网络变性体:单键强度<250KJ/mol。这类氧化物不能形成玻璃,但能改变网络结构,从而 使玻璃性质改变。 (2.5 分) 触变性、硼反常现象; 触变性: 是泥浆从稀释流动状态到稠化的凝聚状态之间存在的介于两者之间的中间状态。 即 泥浆静止不动时似凝固体,一经扰动或摇动,凝固的泥浆又重新获得流动。如再静止又重新

凝固,可重复无数次。 (2.5 分) 硼反常现象:硼酸盐玻璃与相同条件下的硅酸盐玻璃相比,其性质随 R2O 或 RO 加入量的变 化规律相反,这种现象称硼反常现象。 (2.5 分) 二、选择题(8 分,3 个空 2 分) 1、B;2、A;3、A;4、D;5、A;6、C、C;7、C;8、A;9、D;10、A;11、D; 12、B 三、填空(17 分,3 个空 2 分) 1、绘制 3T 曲线 2、四方 (0001) 、 (111) 4、n、反比、增大 5、垂直、平行 6、│(rl-r2)/rl│<15%、相同的晶体结构类型、离子价相同或离子价总和相等 7、四面体、八面体 8、肖特基缺陷、弗伦克尔缺陷、n/N=exp(-?Gf/2kT) 9、硅氧四面体的连接方式、岛状结构、组群状结构、链状结构、层状结构、架状结构 10、抛光 11、降低 12、Na2SiO3 问答题(45 分) (6 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。 2、 (10 分)答: (1)泥浆的流动性 KCl >CaCl2 (2 分) (2)泥浆的触变性 KCl < CaCl2 (2 分) (3)泥浆的可塑性 KCl < CaCl2 (2 分) (4)坯体的致密度 KCl > CaCl2 (2 分) (5)黏土的δ 电位 KCl > CaCl2 (2 分) 3、 (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-离子 的作用力较弱,因而,这种水化阳离子在一定条件下容易被交换出来。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、 (9 分)答:熔体中聚合物形成分三个阶段。初期:主要是石英颗粒的分化;中期:缩聚 并伴随变形;后期:在一定时间和一定温度下,聚合和解聚达到平衡。 (3 分) 在 SiO2 熔体中随着 Na2O 加入量的增加,分化的不断进行,熔体中高聚合度的聚合物的含 量不断减少,低聚合度的聚合物的含量不断增加,导致熔体粘度降低、形成玻璃能力下降。 (6 分) 5、 (10 分)答:a.NaCl 溶入 CaCl2 中形成空位型固溶体 (5 分) b.CaCl2 溶人 NaC1 中形成空位型固溶体 (5 分) 计算题(10 分) 解:因为 n/N=exp(-?Gf/2kT)

?Gf=5.5×1.602×10-19=8.817×10-19J

T=1600+273=1873K

所以 n/N=exp(-8.817×10-19/2×1.38×10-23×1873)= exp(-17.056)=3.9×10-8 (5 分) 在 CaF2 晶体中,含有百分之一的 YF3 杂质,缺陷方程如下: 此时产生的缺陷为,=10-6 大于热缺陷浓度 3.9×10-8,故在 1873K 时杂质缺陷占优势 或) 此时产生的缺陷为,=5.5×10-7 大于热缺陷浓度 3.9×10-8,故在 1873K 时杂质缺陷占优势 (5 分)


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