1、實用文檔無機材料物理化學試題1、填空題（每空1分，共20分）1 .晶體結構中的熱缺陷有 和 二類。2 .三T圖中三個 T代表、和。3 .玻璃具有下列通性： 、和。4 .固體中質點擴散的推動力是 ,液一固相變過程的推動力是 ,燒結過程的 推動力是。標準文案5 .試驗測得NaCl的擴散系數與溫度關系如圖所示，直線（1）屬 擴散，直線（2）屬 擴散；如果提高 NaCl的純度，兩直線的轉折點向 方向移動。1（翡化學計量擴1/T6 .組成Na2O . 1/2A1 2O3.2SiO2的玻璃中氧多面體平均非橋氧數為7 .在硅酸鹽熔體中，當以低聚物為主時，體系的粘度 、析晶能力8 .寫出缺陷反應式La2O3

2、CeO2 （負離子空位）ZrO2 Y2O3 （負離子間隙）二.（10分）已知。2溶解在FeO晶體中形成貧鐵氧化物Fe1-x的反應如下：一 1?2FeFe 2O（g）=0o VFe 2FeFe試用擴散的微觀理論推導Fe2 +的擴散系數DFe2+與氧分壓PO2的關系式。三.（10分）寫出楊德爾模型要點及動力學關系式，為什么在轉化率高時出現偏差？金斯特 林格主要在楊德爾模型的基礎上考慮了什么影響?四（15分）說明影響擴散的因素？五（15分）試述熔體粘度對玻璃形成的影響？在硅酸鹽熔體中，分析加入一價堿金屬氧化物、二價金屬氧化物或 B2O3后熔體粘度的變化？為什么？六 （10分）簡要說明：（1）材料燒結

3、時四種最基本的傳質機理是什么？少量添加劑能促進燒結，其原因是什么？（2）說明晶粒長大和二次再結晶這兩種過程的主要區別，在工藝上如何防止晶粒異常長大？七（20分）分析下列相圖1.劃分副三角形；2.用箭頭標出界線上溫度下降的方向及界線的性質；3.判斷化合物S的性質；4.寫出各無變量點的性質及反應式； 5.分析點1、2熔體的析晶路程。（注：S、1、E3 在一條直線上）無機材料物理化學試題1答案、填空題（每空1分，共20分）1 .晶體結構中的熱缺陷有弗倫克爾缺陷和 肖特基缺陷 二類。2 .三T圖中三個T代表溫度、時間和轉變。3.玻璃具有下列通性：各向同性、介穩性、熔融態向玻璃態轉化的可逆與漸變性和熔融

4、態向玻璃態轉化時物理、化學性質隨溫度變化的連續性。4.固體質點擴散的推動力是化學位梯度，液-固相變過程的推動力是過冷度,燒結過程的 推動力是粉狀物料的表面能與多晶燒結體的能量差。5 .試驗測得NaCl的擴散系數與溫度關系如圖所 示，直線（1）屬本征擴散,直線（2） 屬 非本征 擴散；如果提高 NaCl的純度， 兩直線的轉折點向 左 方向移動。6 .固體質點擴散的推動力是化學位梯度。7 .在硅酸鹽熔體中，當以低聚物為主時，體系的粘度8 .寫出缺陷反應式La203CeO22Lace V/ 30。Zr02 Y2。3 2Zr； Q30O（10分）已知O2溶解在FeO晶體中形成貧鐵氧化物Fe1-x的反應

5、如下:2FeFe試用擴散的微觀理論推導1 、一？二 0（g） =0。We2FeFe2Fe2+的擴散系數DFe2+與氧分壓（非化學計量擴散）PO2的關系式。1八,2FeFe -02(g) =0 0 Ve 2Fe；e平衡常數K-VFeFe Fe2 = exp(- AG/R T)?31八h- 2VFe 4VFe3 PO22 exp( G/RT)1 -1VFe(4)3P°26exp( G/3RT)1或 DFe2 / Fe1 xOPO26三.(10分)寫出楊德爾模型要點及動力學關系式，為什么在轉化率高時出現偏差？金斯特 林格主要在楊德爾模型的基礎上考慮了什么影響？答： I)楊德爾萬程：Fj(G

6、) 1 (1 G)3 Kjt2；金斯特林格萬程：Fk(G) 13G (1 G)3 KKt楊德爾方程在反應初期具有很好的適應性，但楊氏模型中假設球形顆粒反應截面積始終不變，因而只適用反應初期轉化率較低的情況。而金氏模型中考慮在反應進程中反應截面積隨反應進程變化這一事實，因而金氏方程適用范圍更廣，可以適合反應初、中期。兩個方程都只適用于穩定擴散的情況。四(15分)說明影響擴散的因素？答：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=D oexp (-Q/RT ) Q不變，溫

7、度升高擴散系數增大有利擴散。Q越大溫度變化對擴散系數越敏感。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 征擴散和非本征擴散的溫度轉折點升高。擴散物質的性質：擴散質點和介質的性質差異大利于擴散擴散介質的結構：結構緊密不利擴散。五(15分)試述熔體粘度對玻璃形成的影響？在硅酸鹽熔體中，分析加入一價堿金屬氧化物、二價金屬氧化物或 B2O3后熔體粘度的變化？為什么？答：1)熔體粘度對玻璃形成具有決定性作用。熔體在熔點時具有很大粘度，并且粘度隨溫 度降低而劇烈地升高時，容易形成玻璃。2)在硅酸鹽熔體中，加入 R2O,隨著O/Si比增加，提供游離氧，橋氧數減小，硅氧網 絡

8、斷裂，使熔體粘度顯著減小。加入 RO,提供游離氧，使硅氧網絡斷裂，熔體粘度降 低，但是由于 R2+的場強較大，有一定的集聚作用，降低的幅度較小。加入B2O3,加入量少時，B2O3處于三度空間連接的BO4四面體中，使結構網絡聚集緊密，粘度上升。隨著B2O3含量增加，B3+開始處于BO3三角形中使結構網絡疏松，粘度下降。六 (10分)簡要說明：(1) 材料燒結時四種最基本的傳質機理是什么？少量添加劑能促進燒結，其原因是什 么？答：固相燒結的主要傳質方式有蒸發-凝聚傳質和擴散傳質，液相燒結的主要傳質方式有溶 解-沉淀傳質和流動傳質。1)外加劑與燒結主體形成固溶體使主晶格畸變，缺陷增加，有利結構基元移

9、動而促進燒 結。2)外加劑與燒結主體形成液相，促進燒結。3)外加劑與燒結主體形成化合物，促進燒結。4)外加劑阻止多晶轉變，促進燒結。5)外加劑起擴大燒結范圍的作用。實用文檔(2) 說明晶粒長大和二次再結晶這兩種過程的主要區別，在工藝上如何防止晶粒異常長 大？答：兩者的比較見表格：二次再結晶晶粒長大不均勻生長P均勻生長不符合D尸d/f符合D尸d/f氣孔被晶粒包裹P氣孔排除界囿上后應力界面尢應力當達到Vb=Vp時，應適當保溫，避免出現 Vb>Vp的情況。 七(20分)分析下列相圖1 .劃分副三角形；2 .用箭頭標出界線上溫度下降的方向及界線的性質;)3.判斷化合物S的性質；4.寫出各無變量點

10、的性質及反應式;答：1)如圖所示；2)溫度下降方向如圖所示；界線性質：單箭頭所示為共熔線，雙箭頭所示為轉熔線。f=1f=0標準文案L+A+B Sf=0> E3s,(A+B)消失+ S熔體 2 -L>2B , (B)L+A+B Sf=0E3h,(A 消失)+B + SL+B S f=2iI,S+B1) 不一致熔融三元化合物；4) E1:三元低共熔點，L-A+S+C;E2:三元低共熔點，L - C+S+B;E3:雙轉熔點，L+A+B -S;5) 盛從. L 、L A L A + B -熔體 1 f_q > 1A，(A) ->CA,A+(B) > E3a,A+B+(S)

11、 f=3f=2f=1L S .L S+B 、后 > dS，S+(B)f=i >E2e,S+B+(C) -S+C+B> E2(L 消失)1,S+B+Cf=0LB、L A+B .fB,B+(A)E3g,A+B+(S)E2k,S+B+(C) L-S+A+B > E2(L 消失)2,S+B+C實用文檔無機材料物理化學試題2、填空題（每空1分，共25分）1 .物質在熔點時的粘度越 越容易形成玻璃，Tg/Tm 2/3（大于，等于，小于）時容易形成玻璃。2 .熔體是物質在液相溫度以上存在的一種高能量狀態，在冷卻的過程中可以出現 、 和 三種不同的相變過程。3 .從熔體中析晶的過程分二

12、步完成，首先是 ,然后就是 過程。均勻成核 的成核速率由 因子和 因子所決定的。4 .固體中質點擴散的推動力是;液一固相變過程的推動力是、;燒結過程的推動力是 、。和LnD四種。5 .燒結的主要傳質方式有 、6 .一般說來，是氣孔通向燒結體外的主要擴散通道。7 .由點缺陷（肖特基和弗蘭克爾缺陷）引起的擴散為 擴散，空位來源于摻雜而引 起的擴散為 擴散。8 .寫出缺陷反應式CaOCaOZrO2Z.（低溫）。（高溫）。（10分）CeO2為螢石結構，其中加入 15mol%CaO形成固溶體，測得固溶體密度p=6.45g/cm3,晶格參數ao= 5.417?,問：主要缺陷形式如何？（10分）有兩種不同配

13、比的玻璃，其組成如下：序號Na2O wt %Al 2O3Wt %SiO2wt%11020702201070試用玻璃結構參數說明兩種玻璃高溫下粘度的大小?四（10分）寫出楊德爾方程動力學關系式，試比較楊德爾方程和金斯特林格方程的優缺點 及其適用條件。五（15分）從熱力學和動力學角度對比不穩分解和均勻成核成長這兩種相變過程，并說明 如何用實驗方法區分這兩種過程？在玻璃工業中，分相有何作用？請舉例說明。六（10分）氧化鋁燒結到接近理論密度時，可使可見光幾乎透過100%,用它來裝鈉蒸氣（在超過大氣壓的壓力下）作為路燈。為通過燒結實現這一點，請你列出研究方案。七（20分）下圖為CaO-Al2O3-SiO

14、2系統的富鈣部分相圖，對于硅酸鹽水泥的生產有一定的參考價值。試：1、畫出有意義的付三角形；2、用單、雙箭頭表示界線的性質；3、說明F、H、K三個化合物的性質和寫出各點的相平衡式；4、寫出M熔體的冷卻平衡結晶過程；5、為何在緩慢冷卻到無變量點K （1455C）時再要急劇冷卻到室溫?標準文案無機材料物理化學試題2答案一、填空題（每空1分，共25分）1 .物質在熔點時的粘度越高 越容易形成玻璃，Tg/Tm 大于2/3（大于，等于，小于）時容易形成玻璃。2 .熔體是物質在液相溫度以上存在的一種高能量狀態，在冷卻的過程中可以出現結晶化玻璃化 和 分相 三種不同的相變過程。3 .從熔體中析晶的過程分二步完

15、成，首先是成核 .然后就是 晶體牛長過程。均勻成核的成核速率由 受核化位壘影響的成核率 因子和 受原子擴散影響的成核率 因子所 決定的。4 .固體中質點擴散的推動力是化學位梯度:液一固相變過程的推動力是 過冷度,過飽和蒸氣壓、過飽和濃度；燒結過程的推動力是能量差、空位差、壓力差。LnD5 .燒結的主要傳質方式有 蒸發凝聚 、擴散傳質、流動傳質 和 溶解一沉淀 四種。6 .一般說來，晶界是氣孔通向燒結體外的主要擴散通道。7 .由點缺陷（肖特基和弗蘭克爾缺陷）引起的擴散為本征擴散,空位來源于摻雜而引起的擴散為非本征擴散。8 .寫出缺陷反應式CaO ZrO2嗒+或（低溫）。2caO ZrO2yq2+

16、一（高溫）。二.（10分）CeO2為螢石結構，其中加入15mol%CaO形成固溶體，測得固溶體密度P=6.45g/cm3,晶格參數ao= 5.417?,問：主要缺陷形式如何？解：CaO溶入CeO2中可能有兩種固溶型式：1、生成氧離子空位置換型固溶體：（2分）缺陷反應：CaO CeO2 CaCe VO? OO固溶體分子式：Ce1 xCaxO2 x2、生成陽離子間隙型固溶體：（2分）缺陷反應：2CaO CeO2CaCe +Ca?+2OO固溶體分子式：Cei xCa2x O2當CaO溶入量為15%mol時，則氧離子空位置換型固溶體的分子式為：Ceo.85Cao.i5Oi.85陽離子間隙型固溶體的分子

17、式為：Ceo.85Cao.3O2已知a=0.5417nm,按分別計算氧離子空位置換型和間隙型固溶體的密度為：4 0.85 140.12 4 0.15 40.08 8 （1.85/2） 16八,P 1 =238-=6.467 （g/cm3）（26.02 1023 （5.417 10 8）34 0.85 140.12 4 0.3 40.08 8 (2/2) 166.02 1023 (5.417 10 8)3=6.819(g/cm 3)(2分)顯然P 1=6.467 （g/cm3）與實測密度p =6.45g/cm3相近，故該固溶體的主要缺陷型式為氧離子空位置換型固溶體。（2分）三.（10分）有兩種不

18、同配比的玻璃，其組成如下：序號Na2O wt %Al 2O3Wt %SiO2wt%1102070實用文檔2201070試用玻璃結構參數說明兩種玻璃高溫下粘度的大小?答：序號Na2O mol %Al203mol %SiO2mol%110.5712.8676.57220.36.1773.49（2分）對于1: Na2O/Al2O3<1,所以A12O3為網絡變性體（1分）Z=4 Ri= （10.57+3X 12.86+2 X 76.57） /76.57=2.64.Y 1=2.72（2 分）對于2: Na2O/Al 2。3>1,所以AI2O3為網絡形成體（1分）Z=4 R2= （20.3+3

19、X 6.17+2X 73.49） / （2X 6.17+73.49） =2.17 丫2= 3.66（2 分）丫1<丫2序號1的玻璃組成的粘度比序號2的玻璃小。（2分）四（10分）寫出楊德爾方程動力學關系式，試比較楊德爾方程和金斯特林格方程的優缺點及其適用條件。解：楊德爾方程動力學關系式：（2分）1楊德爾方程：Fj（G） 1 （1 G）h2 Kjt楊德爾方程在反應初期具有很好的適應性，但楊氏模型中假設球形顆粒反應截面積始終不變，因而只適用反應初期轉化率較低的情況。（3分）而金氏模型中考慮在反應進程中反應截面積隨反應進程變化這一事實，因而金氏方程適用范圍更廣，可以適合反應初、中期。（3分）兩

20、個方程都只適用于穩定擴散的情況。（2分）五（15分）從熱力學和動力學角度對比不穩分解和均勻成核成長這兩種相變過程，并說明如何用實驗方法區分這兩種過程？在玻璃工業中，分相有何作用？請舉例說明。答：不穩分解：在此區域內，液相會自發分相，不需要克服熱力學勢壘；無成核-長大過程,分相所需時間極短，第二相組成隨時間連續變化。在不穩分解分相區內，隨著溫度的降低、 時間的延長，析出的第二相在母液中相互貫通，形成蠕蟲狀結構。（5分）成核-生成：在此區域內，在熱力學上，系統對微小的組成起伏是亞穩的，形成新相需要（5分）做功，即存在成核勢壘，新相形成如同結晶過程的成核 -長大機理，分相所需時間長，分出 的第二相組

21、成不隨時間變化。 隨著溫度的降低、時間的延長，析出的第二相在母液中逐漸長 大，形成孤立球狀結構。用TEM觀察分相以后形貌，若兩相無明顯的連續性，第二相呈孤立球狀，則為成核-生長分相；若兩相形成互相交織的 "蠕蟲狀"，則為不穩分解相變過程。（2分）在玻璃工業中，利用玻璃分相可以改進結構和玻璃性能，制備新型玻璃。例如通過硼硅酸鹽玻璃分相制備微孔玻璃、高硅氧玻璃，通過分相促進鋰鋁硅微晶玻璃的核化和晶化，通過磷硅酸鹽玻璃的分相制備乳濁玻璃等。（3分）六（10分）氧化鋁燒結到接近理論密度時，可使可見光幾乎透過100%,用它來裝鈉蒸氣（在超過大氣壓的壓力下）作為路燈。為通過燒結實現這一

22、點，請你列出研究方案。答：制備透明氧化鋁陶瓷的主要技術措施是：（1）采用高純氧化鋁原料，Al2O3>99.9% ,無雜質和玻璃相；（2）添加0.10.5%MgO ,在晶粒表面生成鎂鋁尖晶石，降低晶界移動速度,抑制晶粒生長；（3）在氫氣或真空中燒結，促進氣孔擴散；（4）采用熱壓燒結，提高制品致密度。（每條2.5分）（4分）（4分）（4分）(4分)七1、畫出有意義的付三角形；（如圖所示）；2、用單、雙箭頭表示界線的性質；（如圖所示）；3、說明F、H、K三個化合物的性質和寫出各點的相平衡式;F 點低共熔點，LF - C3A+C 12A 7+C2sH 點單轉熔點，LH+CaO - C3A+C 3

23、sK 點單轉熔點，LK+C 3s- C3A+C 2s4、分析M#熔體的冷卻平衡結晶過程并寫出相變式；M點：熔體MLC2SP=fMD, (C2s)pfLC2S+ C3sab,C2s+(C3s)p=3 f=1>Jb/, C2S+C3SL + C2sp=3 f=1C3s、 > kd, C2s+C3s+ (C3A)L+C3s C2s+C3A> K(液相消失)M, C 3s+C2s+C3Ap=4 f=0標準文案5、為何在緩慢冷卻到無變量點K （1455C）時再要急劇冷卻到室溫？（4分）因為緩慢冷卻到 K點，可以通過轉熔反應 L+C2s-C3s得到盡可能多的 C3s。到達K點后， 急劇冷

24、卻到室溫，可以（1）防止C3s含量降低，因為K點的轉熔反應LK+C3s -C2s+C3A ;（2）使C2s生成水硬性的3 -C2s,而不是非水硬性的丫 -C2s； （3）液相成為玻璃相，可 以提高熟料的易磨性。1當SiO2含量比較高時，堿金屬氧化物降低熔體粘度的能力是 。A Li 2O>Na2O>K2O B K2O>Na2O>Li 2O C Na2O>Li 2O>K2O D K2O>Li 2O>Na2O2離子型化合物中，Ds、Dg、Db分別為表面擴散系數、晶界擴散系數和晶格擴散系數， 般規律是。A Ds>Db>DgB Ds>Dg

25、>DbC Db >Dg>DsD Db>Ds>Dg3今有原料Mg (OH) 2、MgO、丫 -AI2O3、“-Al 2O3用于合成鎂鋁尖晶石，從提高反應速率 的角度出發，選擇。A Mg (OH) 2和 丫 -A12O3B Mg (OH) 2和 a -Al 2O3C MgO 和 丫 -Al 2O3D MgO 和 a -Al 2O34在燒結過程中，只改變氣孔形狀而不引起坯體收縮的傳質方式是 。A擴散傳質B蒸發-凝聚傳質C流動傳質D溶解-沉淀傳質5二元凝聚系統的相律為 。A F=1-P B F=2-PC F=3-P D F=4-P6從熱力學的角度討論玻璃分相，把分相區域推

26、算出來是依據 。A過冷度成核速率曲線B過冷度自由烙曲線C溫度一時間一轉變曲線D自由烙一組成曲線7結晶相變過程，形成臨界半徑大小的新相，需物系做功，其值等于新界面能的 A 2/3B 1/3C 1/2D 1/4 8 ZrO2加入Al2O3中對其進行增韌，固熔體化學式 。A Al 2-2xZrxO3B Al2-xZr3x/4O3CAl 2-xZr2x/3O3DAl 2-2xZrx/3O39在氧化氣氛下，FeO形成非化學計量化合物，鐵空位濃度與氧分壓關系為 A 1/6B -1/6C 1/4D -1/410 2Na2O - CaO - Al 2O3 - 2SiO2的玻璃中，結構參數 Y為。A 2.25B

27、 2.5C 3D 3.5二、名詞解釋(每題 3分，共15分)1肖特基缺陷2本征擴散3燒結4二次再結晶5固相反應中的海德華定律三、簡略回答下列問題（每題5分，共20分）1 MgO和FeO同為NaCl型，氧化條件下，Mg 2+在MgO中擴散活化能為 348KJ/mol , Fe2+在FeO中擴散活化能為96KJ/mol ,后者擴散活化能異常的低，為什么？ 2試比較楊德方程和金斯特林格方程的優缺點及其適用條件。3燒結過程中，晶界遇到夾雜物時會出現幾種情況？從實現致密化目的的考慮，晶界應如何移動，怎樣控制？4試從熱力學、動力學和形貌等方面比較亞穩分解和不穩分解這兩種分相過程的特點。四、計算題（10分）

28、設體積擴散與晶界擴散活化能間關系為Qgb=1/2Qv （Qgb、Qv分別為晶界擴散與體積擴散激活能），試畫出lnD1/T曲線，并分析在哪個溫度范圍內，晶界擴散超過體積擴散？五、在如圖所示的相圖中完成下面各個問題。（25分）1 .直接在給定圖中劃分副三角形；2 .直接在給定圖中用箭頭標出界線上溫度 下降的方向及界線的性質；3 .判斷化合物D和M的性質；4 .寫出各無變量點的性質及反應式；5 .寫出G點的析晶路程；6 .組成為H的液相在完全平衡條件下進行冷卻，寫出結晶結束時各物質的百分含量（用線段比表示）。六、詳細說明影響燒結的因素。（10分）無機材料物理化學試題3答案一、 選擇題（每題2分，共2

29、0分）1當SiO2含量比較高時，堿金屬氧化物降低熔體粘度的能力是_A。A Li 2O>Na2O>K2O B K2O>Na2O>Li 2O C Na2O>Li 2O>K2O D K2O>Li 2O>Na2O2離子型化合物中，Ds、Dg、Db分別為表面擴散系數、晶界擴散系數和晶格擴散系數，一般規律是_B。A Ds> Db>DgB Ds>Dg>DbC Db>Dg>DsD Db>Ds>Dg3今有原料Mg （OH） 2、MgO、丫 -A2O3、a-Al 2O3用于合成鎂鋁尖晶石，從提高反應速率的角度出發，選擇

30、A 。A Mg (OH) 2和 丫 -A12O3B Mg (OH) 2和 “ -Al 2O3C MgO 和 丫 -Al 2O3D MgO 和 a -Al 2O34在燒結過程中，只改變氣孔形狀而不引起坯體收縮的傳質方式是B 。A擴散傳質B蒸發-凝聚傳質C流動傳質D溶解-沉淀傳質5二元凝聚系統的相律為C 。A F=1-P B F=2-PC F=3-P D F=4-P6從熱力學的角度討論玻璃分相，把分相區域推算出來是依據_D。A過冷度成核速率曲線B過冷度自由烙曲線C溫度一時間一轉變曲線D自由烙一組成曲線7結晶相變過程，形成臨界半徑大小的新相，需物系做功，其值等于新界面能的BA 2/3B 1/3C 1

31、/2D 1/48 ZrO2加入AI2O3增韌，固熔體化學式 B。A Al 2-2xZr xO3B Al2-xZr3x/4O3C Al 2-xZr2x/303D Al 2-2xZrx/3O39在氧化氣氛下，FeO形成非化學計量化合物，鐵空位濃度與氧分壓關系為A 。A 1/6B -1/6C 1/4D -1/410 2Na2O - CaO - Al2O3 - 2SiO2的玻璃中，結構參數 Y為 C 。A 2.25B 2.5C 3D 3.5二名詞解釋(每題3分，共15分)1肖特基缺陷：正常晶格上的原子遷移到晶體表面，在正常結點上留下空位。2本征擴散：空位來源于晶體結構中本征熱缺陷而引起的質點遷移。3燒

32、結：粉體在一定溫度作用下，發生團結，使氣孔率下降，致密度提高，強度增大，晶粒 增長，這種現象即為燒結。4二次再結晶：少數巨大晶粒在細晶消耗時成核長大過程。5固相反應中的海德華定律：當反應物之一存在有多晶轉變時，則此轉變溫度也往往是反應開始變得顯著的溫度。三、簡略回答下列問題(每題5分，共20分)1 MgO和FeO同為NaCl型，氧化條件下，Mg 2+在MgO中擴散活化能為 348KJ/mol , Fe2+在FeO中擴散活化能為96KJ/mol ,后者擴散活化能異常的低，為什么？答：因為缺陷濃度為本征空位、非本征空位及由氣氛引起的空位三者之和，MgO僅存在 前兩者，后者存在三者，顯然，后者擴散活

33、化能低。2試比較楊德方程和金斯特林格方程的優缺點及其適用條件。 1 楊德爾方程：Fj(G) 1 (1 G),2 Kjt 22金斯特林格方程：Fk(G) 1 -G (1 G)3 KKt 3楊德爾方程在反應初期具有很好的適應性，但楊氏模型中假設球形顆粒反應截面積始終 不變，因而只適用反應初期轉化率較低的情況。而金氏模型中考慮在反應進程中反應截 面積隨反應進程變化這一事實，因而金氏方程適用范圍更廣，可以適合反應初、中期。 兩個方程都只適用于穩定擴散的情況。3燒結過程中，晶界遇到夾雜物時會出現幾種情況？從實現致密化目的的考慮，晶界應如何移動，怎樣控制？答：三種情況：(1) Vb=0(2)Vb=Vp(3

34、)Vb>Vp(Vb、Vp分別為晶界與氣孔的移動速度 )。從實現 致密化目的的考慮， 在燒結中、后期，應控制燒結升溫速度，使晶界帶動氣孔以正常的速度運動，使氣孔保持在晶界上，并以晶界作為空位傳遞的快速通道而迅速匯集或消失，當達到Vb=Vp時，應適當保溫，避免出現Vb>Vp的情況。4試從熱力學、動力學和形貌等方面比較亞穩分解和不穩分解這兩種分相過程的特點。答：不穩分解：在此區域內，液相會自發分相，不需要克服熱力學勢壘；無成核-長大過程，分相所需時間極短，第二相組成隨時間連續變化。在不穩分解分相區內，隨著溫 度的降低、時間的延長，析出的第二相在母液中相互貫通，形成蠕蟲狀結構。成核-生成：

35、在此區域內，系統對微小的組成起伏是亞穩的，形成新相需要做功，即存 在成核勢壘，新相形成如同結晶過程的成核一長大機理，分相所需時間長，分出的第二 相組成不隨時間變化。隨著溫度的降低、 時間的延長，析出的第二相在母液中逐漸長大，形成孤立球狀結構。四、計算題(10分)設體積擴散與晶界擴散活化能間關系為Qgb=1/2Qv (Qgb、Qv分別為晶界擴散與體積擴散激活能)，試畫出lnD1/T曲線，并分析在哪個溫度范圍內，晶界擴散超過體積擴散？解：D D0exp( Q/RT)或 ln D ln D0 Q/RT晶界擴散有lnDgb ln D0b Qgb RT體積擴散有lnDv lnDv Qv RT欲使Dgb

36、Dv實用文檔lnD0b Qgb RT lnD0 Qv RTDgb1d2In0 DgbQv則移項得:2RTQvdV02RlnT)DgbD0 RlnT) DgbD 2Rln( D,0 gb則當T<T。時以晶界擴散為主，Dgb > Dv；當T>T0體積擴散為主，即 Dv > Dgb。如圖所示。時以五、在如圖所示的相圖中完成下面各個問題。（25分）1 .直接在給定圖中劃分副三角形；2 .直接在給定圖中用箭頭標出界線上溫 度下降的方向及界線的性質；3 .判斷化合物D和M的性質；4 .寫出各無變量點的性質及反應式；5 . G點的析晶路程；6 .組成為H的液相在完全平衡條件下進 行冷

37、卻，寫出結晶結束時各物質的百 分含量（用線段比表示）。1、見圖;2、 見圖；3、 D, 一致熔融二元化合物，高溫穩定、低溫分解;M,不一致熔融三元化合物;4、 E1,單轉熔點,E2,低共熔點,E3,單轉熔點, E4,過渡點，L AC ML CBML AB MD L A B5、熔體 G L=3 GB , (B)標準文案L+A B+Mf=0E33,A 消失+B + ML AL A+B仁21B,B+(A)f=1L B+ML仁2E24, B + M +(C)E32,A+B+(M) M + C+Bf=0實用文檔6、過H點做副三角形 BCM的兩條邊 CM、BM的平行線 HHi、HH2, C%=BH 2/B

38、C X 100%, B%=CH 1/BC X 100%, C%=HiH2/BCX100%標準文案六、詳細說明影響燒結的因素？ （10分）1、粉末的粒度。細顆粒增加了燒結推動力，縮短原子擴散距離，提高顆粒在液相中的溶解 度，從而導致燒結過程的加速。2、外加劑的作用。在固相燒結中，有少量外加劑可與主晶相形成固溶體，促進缺陷增加， 在液相燒結中，外加劑改變液相的性質（如粘度，組成等），促進燒結。3、燒結溫度：晶體中晶格能越大，離子結合也越牢固，離子擴散也越困難，燒結溫度越高。保溫時間：高溫段以體積擴散為主，以短時間為好，低溫段為表面擴散為主，低溫時間 越長，不僅不引起致密化，反而會因表面擴散，改變了

39、氣孔的形狀而給制品性能帶來損害， 要盡可能快地從低溫升到高溫，以創造體積擴散條件。4、氣氛的影響：氧化，還原，中性。5、成形壓力影響：一般說成型壓力越大顆粒間接觸越緊密，對燒結越有利。無機材料物理化學試題4一 .填空題（每空1分，共20分）1 .晶體結構中的熱缺陷有 和 二類。熱缺陷濃度與溫度的關系式為 O2 .試寫出下列反應的缺陷方程:NiOCr2O3MnO2Fe?O33 .三T圖中三個 T代表、和。 從三T曲線可以求出為避，越容易形成玻璃。4.NaCl免析出10-6分數的晶體所需的臨界冷卻速率，該速率越 和SiO2兩種物質中 容易形成玻璃，因其具有 鍵結構。5 .在Na2OSiO2熔體中，

40、當 Na2O/Al 2。3<1時，加入 Al 2O3使熔體粘度 。6 .本征擴散的擴散系數 D =，其擴散活化能由 和 組成。7 .玻璃分相的兩種機理是 機理和 機理。前者分相時質點作擴散，分相速率 ,分相后具有 結構。二.是非題（每題1分，共10分）（正確的打，錯誤的打“X” ）1、Fick第二定律僅適用于穩態擴散過程。（）2、在硅酸鹽熔體中，當以低聚物為主時，體系的粘度低、析晶能力大。（）3、濃度梯度是擴散的推動力，物質總是從高濃度處向低濃度處擴散。（）4、一般來說，晶界是氣孔通向燒結體外的主要擴散通道。（）5、固溶體是一種溶解了雜質組份的非晶態固體。（）6、液相析晶過程中過冷度的大

41、小會影響材料的顯微結構。（）7、晶胚的臨界半徑rk隨著A T的增大而減小，相變愈易進行。（）8、一般來說二次再結晶對材料的性能有利。（）9、液-液相變的不穩分解過程不存在位壘。（）10、在燒結后期，提高溫度總是可以促進氣孔的排除。（）三.名詞解釋（每題 2分，共10分） 1、非化學計量化合物2、非均勻成核3、無規則網絡學說4、網絡形成體和網絡變性體5、一級相變四.說明影響擴散的因素。（10分）五.寫出楊德爾模型要點及動力學關系式，為什么在轉化率高時出現偏差？金斯特林格主要在楊德爾模型的基礎上考慮了什么影響？ （10分）六.簡要說明：（每題5分，共10分）1、材料燒結時四種最基本的傳質機理是什

42、么？少量添加劑能促進燒結，其原因是什 么？2、陶瓷材料中晶粒的大小與什么有關？工 藝上如何控制晶粒尺寸。七.右圖是某二元系統相圖，試畫出Ti、T2溫度下的自由能一組成曲線。（10分）八.分析相圖（20分）：1、劃分付三角形；2、標出界線的性質（共熔界線用單箭頭，轉熔界線用雙箭頭）；3、指出化合物S的性質；4、說明E、F、R點的性質，并列出相變式；5、分析點1和點2的析晶路程。無機材料物理化學試題4答案、填空題（每空1分，共20分）exp(-E2KT1 .晶體結構中的熱缺陷有 弗倫克爾缺陷和肖特基缺陷二類。熱缺陷濃度與溫度的關系式為2 .試寫出下列反應的缺陷方程:2NiO CO 2Ni /cr

43、V ?o 2O03MnO2 Fe2O3 3Mn；e VF/； 6Oo3 .三T圖中三個T代表溫度、時間 和 轉變。 從三T曲線可以求出為避免析出10-6分數的晶體所需的臨界冷卻速率，該速率越小，越容易形成玻璃。4. NaCl和SiO2兩種物質中 SQ容易形成玻璃，因其具有極性共價 鍵結構。5 .在Na2OSiO2熔體中，當 Na2O/Al2O3<1時，加入 Al 2O3使熔體粘度小 。6 .本征擴散的擴散系數 D= Doexp （-Q/RT），其擴散活化能由 空位形成能 J口質點遷移能 組成。7 .玻璃分相的兩種機理是 成核-長大機理和旋節分相機理。前者分相時質點作正 .一擴散，分相速率

44、慢 ，分相后具有 孤立的液滴狀結構。二.是非題（每題1分，共10分）（正確的打，錯誤的打“X” ）1、Fick第二定律僅適用于穩態擴散過程。（X ）2、在硅酸鹽熔體中，當以低聚物為主時，體系的粘度低、析晶能力大。（）3、濃度梯度是擴散的推動力，物質總是從高濃度處向低濃度處擴散。（X）4、一般來說，晶界是氣孔通向燒結體外的主要擴散通道。（，）5、固溶體是一種溶解了雜質組份的非晶態固體。（X）6、液相析晶過程中過冷度的大小會影響材料的顯微結構。（，）7、晶胚的臨界半徑rk隨著A T的增大而減小，相變愈易進行。（，）8、一般來說二次再結晶對材料的性能有利。（X）9、液-液相變的不穩分解過程不存在位壘

45、。（，）10、在燒結后期，提高溫度總是可以促進氣孔的排除。（X）三.名詞解釋（每題 2分，共10分）1、非化學計量化合物：化合物原子數量的比例不符合定比定律，即非簡單的固定比例關系。2、非均勻成核：借助于表面、界面、微粒裂紋、器壁以及各種催化位置而形成晶核的過程。3、無規則網絡學說：形成玻璃的物質與相應的晶體類似，形成相似的三維空間網絡。網絡 由離子多面體（四面體或三角體）構筑起來的。4、網絡形成體和網絡變性體網絡形成體：單鍵強度大于335 kJ/mol,能單獨形成玻璃的氧化物。網絡變性體：單鍵強度小于250kJ/mol,不能單獨形成玻璃，但能改變玻璃網絡結構和性質的氧化物。5、一級相變：相變

46、時兩相化學勢相等但化學勢的一級偏微商不相等。發生一級相變時有潛 熱和體積的變化。四（10分）說明影響擴散的因素？答：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=D 0exp （-Q/RT ） Q不變，溫度升高擴散系數增大有利擴散。Q越大溫度變化對擴散系數越敏感。實用文檔雜質：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；雜質含量大本征擴散和非本征擴散的溫度轉折點升高。擴散物質的性質：擴散質點和介質的性質差異大利于擴散擴散介質的結構：結構緊密不利擴散。五（10

47、分）寫出楊德爾模型要點及動力學關系式，為什么在轉化率高時出現偏差？金斯特林格主要在楊德爾模型的基礎上考慮了什么影響？答：（1）反應物是半徑為 R0的等徑球粒；（2）反應物A是擴散相，A成分包圍B顆粒表面，且A、B和產物完全接觸， 反應自表面向 中心進行；（3） A在產物層濃度梯度呈線性，而且擴散截面一定。1楊德爾方程：Fj（G） 1 （1 G）,2 Kjt楊德爾方程在反應初期具有很好的適應性，但楊氏模型中假設球形顆粒反應截面積始終不變，因而只適用反應初期轉化率較低的情況。而金氏模型中考慮在反應進程中反應截面積隨反應進程變化這一事實，因而金氏方程適用范圍更廣，可以適合反應初、中期。兩個方程都只適

48、用于穩定擴散的情況。六.簡要說明：（每題5分，共10分）（1） 材料燒結時四種最基本的傳質機理是什么？少量添加劑能促進燒結，其原因是什么？答：固相燒結的主要傳質方式有蒸發-凝聚傳質和擴散傳質，液相燒結的主要傳質方式有溶 解-沉淀傳質和流動傳質。1）外加劑與燒結主體形成固溶體使主晶格畸變，缺陷增加，有利結構基元移動而促進燒結。2）外加劑與燒結主體形成液相，促進燒結。3）外加劑與燒結主體形成化合物，促進燒結。4）外加劑阻止多晶轉變，促進燒結。5）外加劑起擴大燒結范圍的作用。（2）、陶瓷材料中晶粒的大小與什么有關？工藝上如何控制晶粒尺寸？答：陶瓷材料中晶粒的大小與物料的原始粒度、燒結溫度和時間等因素

49、有關；控制晶粒尺寸方法：控制原始粒度均勻細小，控制燒結溫度和時間，添加劑等。七.右圖是某二元系統相圖，試畫出 、T2溫度下的自由能一組成曲線。（10分，每圖5分）T2標準文案實用文檔L+A S、 P= 3, f=1 'se,A+Sl sP=2, F=2> gh,(A 消失)+S S+C> Ek,S+C+(B)P=3, F=2l s+c+bf=0八.分析相圖（20分）：1劃分付三角形。（如圖，3分）2、標出界線的性質（共熔界線用單箭頭，轉熔界線用雙箭頭）（如圖3分）3、指出化合物S的性質。S是低溫穩定、高溫分解的二元化合物（2分）4、說明E、F、R點的性質，并列出相變式。E點

50、是低共熔點，Le- B+C+SF點是單轉熔點，L f+A - C+SR點是過渡點（雙轉熔點），Lr+A+B-S （6分）5、分析點1和點2的析晶路程（表明液、固相組成點的變化，并在液相變化的路徑中注明各階段的相變化和自由度數）。（6分）“ L 、lb、l s+ b、熔體 1 I >1B，(B) > aB,B+(S) -> E b,S+B+(C) f=3f=2f=1I Q-L n_L QLS十 c+b a E(L 消失)1,S+B+Cf=0熔體 2 L> 2A , (A)A->dA,A+(S)P=1, F=3P=2, f=2標準文案E (L 消失)2,S+B+Clo

51、gD14.試驗測得NaCl的擴散系數與溫度關系如圖所(2)無機材料物理化學試題5一.填空題（每空1分，共20分）1 . MgO晶體在25c時熱缺陷濃度為 。（肖特基缺陷生成能為 6ev, 1ev=1.6X 10-19J, K=1.38 x 10-23J/K）2 . YF3加入到CaF2中形成固溶體，其缺陷反應式為 。3 .組成為Na2O 1/2A1 2O3 2SiO2的玻璃，其玻璃結構參數Y值為。4 .兩種固體形成連續固溶體的條件主要有： 和 等。5 .物質在熔點時的粘度越 越容易形成玻璃，Tg/Tm 2/3（略大于，等于,L1略小于）時容易形成玻璃。16 .相平衡研究方法包括動態法和靜態法，

52、其代表分析方法為 和 等。7 .擴散的根本驅動力是：。8 .固體中擴散的主要特點為 和。9 .溫度對擴散系數的影響依賴關系式： 。10 .固相反應合成鉆鋁尖晶石，從提高反應速度的角度分析，氧化鋁原料采取輕燒氧化鋁更好，這是由于 。 （丫 -Al 2O3> a -Al 2O3）11、陶瓷結晶釉中，常加入硅酸鋅和氧化鋅作為 ,這是因為非均勻成核比均勻成核的 ,析晶過程容易進行。12 .燒結的根本推動力能量差，是指 之差。13 .固相燒結的擴散傳質模型中，原子（離子）的遷移方向由顆粒接觸點向 遷移，從而達到氣孔填充的結果。| ,1000/T示，如果提高 NaCl的純度，兩直線的轉折點向方向移動

53、。15.燒結過程中，晶粒長大并不是小晶粒粘接的結果，而是 的結果。二、選擇題（每空1分，共10分）1、硅酸鹽熔體中聚合物種類，數量與熔體組成（ O/Si）有關，O/Si比值增大，則熔體中的（）A.高聚體數量增多B.高聚體數量減少C.高聚體數量不變D.低聚體數量不變2 .在CaOAI2O3SiO2系相圖中，有低共熔點8個、雙升點7個、鞍形點9個，按相平衡規律該系統最多可劃分成（）分三角形。A. 8 個 B. 7 個 C. 9 個 D. 15 個 E. 22 個3 .根據開爾文公式的結論，a平面蒸氣壓，b凸面蒸氣壓和c凹面蒸氣壓三者的大小關系由大 到小為（）。LA. a>b>c B. b>a>c C. c>b>a D. c>a>b4 .某晶體材料的擴散系數lnD與1/T關系曲線在不同溫度區間出現了不同斜率的直線，這主要 是由于（）所致。A.擴散系數不同B.擴散活化能不同C.擴散機構改變D.擴散溫度不同5 .熔體析晶遵循形核-長大機理，I、U曲線峰值大小及位置直接影響析晶過程及制品性質, 當I U重疊面積大且過冷度大時，容易得到（）。A.不能析晶，得到玻璃B.晶粒少、尺寸大的粗晶C.晶粒多、尺寸小的細