二O 一二年招收硕士研究生入学考试试题
考试科目及代码： 无机材料科学基础 811 适用专业： 材料科学与工程
可使用的常用工具：计算器。
答题内容写在答题纸上，写在试卷或草稿纸上一律无效。考完后试题随答题纸交回。 考试时间3小时，总分值 150 分。
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七、试述铝矾土（主要成分为：高岭石Al2O3·2SiO2·2H2O和水铝石Al2O3·H2O）从室温加热到1600℃烧结过程中的所有物理化学变化，并写出有关的反应方程式。（15分）
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考试科目及代码： 无机材料科学基础 811
适用专业： 材料科学与工程
可使用的常用工具：计算器。
答题内容写在答题纸上，写在试卷或草稿纸上一律无效。考完后试题随答题纸交回。
考试时间3小时，总分值 150 分。
一、名词解释（40分）
1. 液相析晶（如果冷却速度不是快到使液相完全失去析晶能力，但也不是慢到足以使它
能够和系统中其它晶相保持原有相平衡关系，则此时液相犹如一个原始配料高温熔体那样
析晶，重新建立一个新的平衡体系，不受系统中已经存在的其它晶相的制约）
2. 本征扩散与非本征扩散（由于原子本征热振动产生的扩散称为本征扩散；由外来原子或离
子进入晶体而产生缺陷导致的扩散称为非本征扩散）
3. 组份数与组份数（具有的化学组成和晶体结构的物质的数量；构成平衡物系所有
各相组成所需要的最小组份数为组份数）
4. 类质同晶与同质多晶（物质结晶时，晶体结构位置上的某些离子或原子的位置部分或全部
地被介质中性质相近的其他离子或原子所置换，共同结晶成的均匀的、呈单一相的混合晶体，
而不改变晶体结构和键性发生质变，只引起晶胞参数微小变化的现象为类质同晶；化学组成相
同的物质在不同的热力学条件下结晶成结构不同的晶体的现象称为同质多晶）
5. 热压烧结与活化烧结（在烧结的同时加上一定的外压力称为热压烧结；采用物理的或者化
学处理使烧结温度降低，烧结速度加快，或使烧结体的密度和其他性能提高的烧结方法为活化
烧结。）
二、试述差热分析DTA的基本原理及其主要作用（20分）
答：物质在加热过程中的某一特定温度下，往往会发生物理、化学变化并伴随有吸、放热现象。差热分析（DTA）是通过物质在加热过程中特定温度下的吸、放热现象来研究物质的各
种性质的。它是程序控制温度下，测量物质与参比物之间的温度差与温度的关系的一种技术。
检测和记录温度差与温度关系的仪器是差热分析仪。它主要由加热炉及温度控制单元、样品支
持器、热电偶及记录仪组成。
在进行差热分析时，将试样和参比物分别放在加热炉中两只坩埚里，坩埚底部装有热电偶，并接成差接形式。温差热电偶的两个热端中的一端与试样容器相连，另一端与参比物容器
相连，其冷端与记录仪相连。在加热过程中，当试样发生物质化学变化时如伴随有释放或吸收
热量效应，将使试样温度高于或低于参比物温度，记录两者的温度差就得到差热曲线（DTA
曲线），其纵坐标为试样和参比物的温度差，向上表示放热反应，向下表示吸热反应；横坐标
为温度或时间，自左向右表示增加。
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差热分析法是采用两对热电偶，把冷端的一对同各相联接，做成差热电偶。将一对热电偶的热端插入被测试样内，另一对插入标准样品内（也称基准物），冷端放入恒温器，保持温度不变化。作为标准样品的物料，应当在所测量的温度范围内不发生任何相变化。将样品座置于匀速升温的电炉内。在被测式样没有热效应产生时，试样与标准样品升高的温度相同，于是差热电偶两个热端所产生的热电势相等，但因方向相反而抵消，检流计指针不发生偏转。当试样有相变时，由于产生了热效应，因此试样和标准样品之间的温度差破坏了热电势的平衡，此时检流计指针偏转的程度表示了热效应的大小。毫伏计则用于记录系统的温度。以系统的温度为横坐标，以检流计读数为纵坐标，可以作出热差曲线。在试样没有热效应时，曲线呈平直形状，在有热效应时，曲线上则有谷或峰出现。热差分析不仅可以用来准确地测出物质的相变温度，而且也可以用来鉴定未知矿物，因为每一矿物都具有一定的差热分析特征曲线。
三元相图的等温线相似于地图上的等高线，它是利用等温截面得到的。方法是用平行于浓度三角形的平面，去切割立体相图，截面与液相曲面的交线(截线)投影在浓度三角形上即表示某温度的等温线。
七、试述铝矾土（主要成分为：高岭石Al2O3·2SiO2·2H2O和水铝石Al2O3·H2O）从室温加热到1600℃烧结过程中的所有物理化学变化，并写出有关的反应方程式。（15分）
答：（1）脱水分解，铝矾土在100℃左右失去吸附水。在400℃～600℃脱出结构水，水铝石生成刚玉假相，超过1100℃逐渐转变为刚玉；高岭石在450℃～600℃脱水后生成无水偏高岭石，超过950℃无水偏高岭石继而转变为莫来石（一次莫来石化），析出非晶质SiO2，在高温下转变为方石英。
α-Al2O3·H2O→α-Al2O3+H2O↑（400～600℃）
Al2O3·2SiO2·2H2O→Al2O3·2SiO2+2H2O↑（450～550℃）
3（Al2O3·2SiO2）→3Al2O3·2SiO2+ 4SiO2 （＞950℃）（一次莫来石化）（2）二次莫来石化。高岭石分解生成的SiO2与Al2O3反应生成莫来石，即二次莫来石。此过程伴随一定的体积膨胀。
3Al2O3＋2SiO2→3Al2O3·2SiO2+ 4SiO2 （1200～1500℃）
（3）重结晶烧结阶段。在矾土中二次莫来石阶段结束后进入重结晶烧结阶段。这一阶段中刚玉与莫来石晶粒长大。随着烧结的进行，气孔缩小与消失，气孔率与吸水率减少，体积密度升高。
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