2009年攻读硕士学位研究生入学考试试题

考试科目：材料物理化学 

适用专业：材料学、材料物理与化学、材料加工工程 

一、是非题 

1．在宏观晶体中只存在32种不同的对称型。 

2．在正交晶系中，(001)面必定垂直于(110)面。 

3．鲍林规则适用于所有的晶体结构。 

4．固溶体是一种溶解了杂质组分的非晶态固体。 

5．真实晶体在高于OK的任何温度下，一定存在有热缺陷。 

6．3T图中的临界冷却速度大，则意味着容易形成玻璃，而析晶困难。 

7．低价阳离子饱和的粘土，其ζ一电位高于高价阳离子饱和的粘土。 

8．三元相图中的三元无变量点都有可能成为析晶结束点。 

9．体系中的质点发生扩散时，质点总是从高浓度处向低浓度处扩散。 

10．杨德尔方程比金斯特林格方程的适用范围小。 

11．晶胚的临界半径rk随着△T的增大而减小。 

12．有液相存在的烧结过程称为液相烧结。 

二、选择题 

1．在七大晶系中属于高级晶族的晶系有______。 

a．1个 b．2个 c．3个 d．4个 

2．点群为L66L27PC的晶体结构属于______晶系。 

a．立方 b．六方 c．四方 d．正交 

3．金刚石的晶体结构为______，其中碳原子的配位数是______。 

a．面心立方格子b．简单立方格子c．体心立方格子 d．3 

e．4 f．6 g．8 

4．高岭石属于______的硅酸盐。 

a．链状结构 b．层状结构 c．架状结构 d．岛状结构 

5．在下列几类晶体中，形成间隙型固溶体的次序是______。 

a．沸石＞CaF2＞TiO2＞MgO b．MgO＞TiO2＞CaF2＞沸石 

c．CaF2>TiO2＞MgO＞沸石 d．TiO2＞MgO＞CaF2＞沸石

6．大多数固相反应处于______。 

a．化学反应动力学范围 

b．扩散动力学范围 

c．过渡范围 

7．水型物质在熔融成液态时，其体积发生______现象。 

a．膨胀 b．收缩 c．不变 

8．在低温下，一般固体材料中发生的扩散是______。 

a．本征扩散 b．非本征扩散 c．无序扩散 

9．与玻璃软化温度Tf相对应的粘度为______。 

a．105dPa·s b．109dPa·s c．1011dPa·s d．1013dPa·s 

10．容易形成玻璃的物质往往具有______之类的键型。 

a．离子键 b．金属键 c．极性共价键 d．共价键 

11．菲克第一定律可直接用于求解______的问题。 

a．稳定扩散 b．不稳定扩散 c．任何扩散 

12．在同一体系和相同的过冷度下，非均匀成核速率总是______均匀成核速率。 

a．大于或等于 b．小于或等于 c．等于 d．不一定 

三、填充题 

1．晶体具有 (1) 、 (2) 、 (3) 和 (4) 等基本性质。 

2．空间群是指 (5) ，晶体结构中可能出现的空间群有 (6) 种。 

3．当有少量的CaO掺杂到ThO2中时，写出可能存在的缺陷反应方程式及其固溶式，缺陷反应方程式： (7) 和 (8) ；对应的固溶式： (9) 和 (10) 。 

4．熔体是物质在液相温度以上存在的一种高能量状态，熔体在冷却的过程中可以出现 (11) 、 (12) 和 (13) 三种不同的相变过程。 

5．根据扩散的热力学理论，扩散过程的推动力是 (14) ，而发生逆扩散的条件是 (15) 。 

6．润湿是固液界面上的重要行为，改善润湿的方法有 (16) 、 (17) 和 (18) 等。 

7．马氏体相变具有以下的一些特征： (19) 、 (20) 、 (21) 和 (22) 等。 

8．可逆多晶转变的特点是： (23) 。 

9．二次再结晶是指 (24) ；造成二次再结晶的原因有 (25) 、 (26) 和 (27) 等。

10．固态烧结的主要伟质方式有  (28)  、  (29)  ，而液相烧结的主要传质方式有 (30) 和 (31) 。这四种传质过程的△L/L与烧结时间的关系依次为 (32) 、 (33) 、 (34) 和 (35) 。 

四、名词解释(任选四题，如果全做只取前四题) 

1．单位平行六面体 

2．组分缺陷 

3．玻璃分相 

4．切线规则 

5．正尖晶石结构 

6．网络形成体 

五、计算题(任选三题，如果全做只取前三题) 

1．试计算Na2O·CaO·Al2O3·3SiO2玻璃的四个结构参数Z、R、X和Y，以及该玻璃结构中的非桥氧百分数。 

2．当在CaF2中加入20mol%的YF3并形成固溶体时，实验测得固溶体的密度为3.g/cm3，这时的晶格参数为a=0.55nm，通过计算说明这种固溶体的类型。(其中原子量分别为Y88.9，Ca40.0，F19.0) 

3．在非化学计量化合物FexO中，Fe3+/Fe2+=0.1，求非化学计量化合物FexO中的空位浓度以及x值。 

4．设有一个平均粒径为5μm的粉末压块，经2h烧结后，颈部增长率x/r=0.1。如果不考虑晶粒生长，将坯体烧结至颈部增长率x/r=0.2时，试比较分别通过扩散传质和流动传质方式，各需要多少时间。 

六、论述题(任选三题，如果全做只取前三题) 

1．简述产生非化学计量化合物结构缺陷的原因，并说明四种不同类型非化学计量化合物结构缺陷的形成条件及其特点。 

2．为什么在立方晶系中存在原始格子、面心格子和体心格子，而没有底心格子存在? 

3．何为本征扩散和非本征扩散?并讨论两者之间的区别。 

4．试比较固相烧结与液相烧结之间的相同与不同之处，并讨论产生溶解一沉淀传质的条件与特点。 

七、A-B-C三元相图如图15-1所示。

1．划分分三角形。 

2．标出界线的性质(共熔界线用单箭头，转熔界线用双箭头)。 

3．指出化合物S、D的性质。 

4．说明E、H、R点的性质，并列出相变式。 

5．分析M点的析晶路程(表明液、固相组成点的变化，并在液相变化的路径中注明各阶段的相变化和自由度数)。

标准答案 

1．√；2．√；3．×；4．×；5．√；6．×；7．√；8．×；9．×；10．√；11．√；12．× 

二、 

1．a；2．b；3．a、e；4．b；5．a；6．b；7．b；8．b；9．b；10．c；11．a；12．a 

三、 

1．(1) 对称性；(2) 结晶均一性；(3) 各向异性；(4) 自限性(或最小内能性) 

2．(5) 晶体结构中一切对称要素的集合；(6) 230 

3．(7) ； (8) Th1-xCaxO2-x； 

(9) ；(10) Th1-xCa2xO2 

4．(11) 结晶化；(12) 玻璃化；(13) 分相 

5．(14) 化学位梯度；(15) 或扩散系数的热力学因子小于。 

6．(16) 降低固一液界面能；(17) 提高固体的表面能(去除固体表面吸附膜)；(18) 改变表面粗糙度

7．(19) 存在习性平面；(20) 取向关系；(21) 无扩散性；(22) 速度快(或没有特定的相变温度) 

8．(23) 多晶转变温度低于两种晶型的熔点 

9．(24) 在烧结的中、后期，少数巨大的晶粒在细晶粒消耗时的一种异常长大过程；(25) 原料粒径不均匀；(26) 烧结温度偏高；(27) 烧结速率太快 

10．(28) 蒸发-凝聚传质；(29) 扩散传质；(30) 流动传质；(31) 溶解一沉淀传质；(32) ；(33) ；(34) ；(35) 

四、 

1．单位平行六面体：在空间点阵中按选择原则选取的平行六面体，称为单位平行六面体。 

2．组分缺陷：由于不等价离子的掺杂，为了保持晶体的电中性，必然会在晶体结构中产生空位或间隙离子的缺陷，这种缺陷称为“组分缺陷”。 

3．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，并相互共存，这种现象称为玻璃分相。 

4．切线规则：将界线上某一点所作的切线与相应的连线相交，如交点在连线上，则表示界线上该处具有共熔性质；如交点在连线的延长线上，则表示界线上该处具有转熔性质，远离交点的晶相被转熔。 

5．正尖晶石结构：属于立方晶系，其中氧离子可以看成是按立方紧密堆积排列，二价阳离子A填充在八分之一的四面体空隙中，三价阳离子B填充在二分之一的八面体空隙中。 

6．网络形成体：单键能≥335kJ/mol、能单独形成玻璃的物质。 

五、 

1．Z=4；R=11/5=2.2；X=0.4；Y=3.6 

非桥氧百分数=X(X+y/2)×100%=0.4/(0.4+1.8)×100%=18.2% 

2． Ca0.8Y0.2F2.2 

Ca0.7Y0.2F2 

萤石型晶体结构的单位晶胞内有4个CaF2，ρ空=3.34g/cm3；ρ间=3.65g/cm3；ρ间与实测ρ(3.g/cm3)相近，所以在该条件下形成的是填隙型固溶体。 

3． 

y=1/23，y=0.043，则x=1-y=0.957，空位浓度为0.043/(1+0.957)=2.2%。

4．扩散：，将，r=5μm，t=2代入求k。 

再将，r=5μm及k代入求t。扩散传质需h。 

流动：，将，r=5μm，t=2代入求k。 

再将，r=5μm及k代入求t。流动传质需8h。 

六、 

1．产生原因：含有变价元素，周围气氛的性质发生变化。 

阴离子空位型：在还原性气氛下，高价态变成低价态，n型半导体。 

阳离子填隙型：在还原性气氛下，高价态变成低价态，n型半导体。 

阴离子填隙型：在氧化性气氛下，低价态变成高价态，p型半导体。 

阳离子空位型：在氧化性气氛下，低价态变成高价态，p型半导体。 

2．立方晶系的特点是存在4L3轴，在立方晶系的原始格子、面心格子和体心格子中存在4L3轴。如果在立方晶系中有底心格子，但立方晶系的底心格子中4L3轴不可能存在，因此底心格子不符合立方晶系的对称特点，它不能存在于立方晶系中。 

3．本征扩散：是指空位来源于晶体的本征热缺陷而引起的迁移现象。本征扩散的活化能由空位形成能和质点迁移能两部分组成，高温时以本征扩散为主。 

非本征扩散：是由不等价杂质离子的掺杂造成空位，由此而引起的迁移现象。非本征扩散的活化能只包含质点迁移能，低温时以非本征扩散为主。 

4．固相烧结与液相烧结之间的相同之处：烧结的推动力都是表面能，烧结过程都是由颗粒重排、气孔填充和晶粒生长等阶段组成的。不同之处：由于流动传质速率比扩散速率快，因而液相烧结致密化速率高，烧结温度较低。此外，液相烧结过程的速率还与液相数量、性质(粘度、表面张力等)、液相与固相的润湿情况、固相在液相中的溶解度等因素有关。影响液相烧结的因素比固相烧结更为复杂。 

溶解一沉淀传质的条件是：有可观的液相量，固相在液相中的溶解度大，液相能润湿固相；特点是：在颗粒的接触点溶解到平面上沉积，小晶粒溶解到大晶粒处沉积，传质的同时又是晶粒的生长过程。 

七、 

1．划分成3个分三角形，如图15-2所示。 

2．如图15-2所示。 

3．不一致熔三元化合物；D：一致熔二元化合物。 

4．E：低共熔点LE→B+C+S f=0

H：单转熔点LH+A→S+C f=0 

R：单转熔点LR+A→S+B f=0 

5． 

液相： 

固相：A→A→S→S→d→M下载本文