《无机材料科学基础》课程教学资源（试卷习题）材料科学基础A卷（答案）

材料科学基础试题A卷参考答案及评分标准拟题教师：徐研审核人：考试时间：一填空题（每空1分，表达出正确意思即可，共30分）1．晶体内部重复出现的最小/能反映晶体结构的最小2．立方紧密堆积，六方紧密堆积3.0.225-0.4144.CaF2/萤石5.O== V"ca+Vo"/ Ca ca + Oo==V"ca+Vo"+ Cas + Os6.连续型固溶体/连续型，有限型固溶体/有限型7.结晶化/固化，玻璃化，分相8. 附着润湿/附着/表面润湿/沾湿，浸渍润湿/浸渍/浸润/浸没，铺展润湿/铺展9.共格晶界/共格，半共格晶界/半共格，非共格晶界/非共格10.刃位错/正负刃位错，螺位错.11.512.质点浓度分布随时间变化的扩散，C/t=D（2C/X2+2C/Y2+2C/Z2）13JM+2=-D~dCMl+2/dx，JM2+2=-D~dCM2+2/dx14.过冷（热）度/平衡温度差，过饱和浓度/平衡浓度差，过饱和蒸气压/平衡压力差15.（相变时）两相化学势相等，其一级偏导数/偏微商也相等，但二级偏导数/偏微商不相等。或μ1=μ2，S1=S2、V1=V2，Cp1=Cp2、β1=β2、a1=α2二判断题题（每小题1分，共10分）23456789101+XVXxXyVVx三单选题（每小题3分，共30分）12345678910cDCBB3ADcABZ=4四1.解：（1）X+Y=ZX+1/2Y=RR=玻璃中氧离子总数/网络形成离子总数A13+参与成网，(1分)R20/Al203 >1,R2O/Al2O3Y1，玻璃组成1的膨胀系数比玻璃组成2的膨胀系数大。Y是桥氧离子平均数，又叫结构参数，它决定着玻璃的性质，Y值大，则玻璃结构紧密，1

1 材料科学基础试题 A 卷参考答案及评分标准 拟题教师： 徐研 审核人： 考试时间： 一 填空题（每空 1 分，表达出正确意思即可，共 30 分） 1. 晶体内部重复出现的最小/能反映晶体结构的最小 2. 立方紧密堆积，六方紧密堆积 3. 0.225-0.414 4. CaF2 /萤石 5. 0== V"Ca + VO •• / Ca Ca + OO == V"Ca + VO ••+ CaS + OS 6. 连续型固溶体/连续型，有限型固溶体/有限型 7. 结晶化/固化，玻璃化，分相 8. 附着润湿/附着/表面润湿/沾湿， 浸渍润湿/浸渍/浸润/浸没， 铺展润湿/铺展 9. 共格晶界//共格，半共格晶界/半共格，非共格晶界/非共格 10. 刃位错/正负刃位错， 螺位错 11. 5 12. 质点浓度分布随时间变化的扩散，ψC/ψt=D（ψ2C/ψX2+ψ2C/ψY2+ψ2C/ψZ 2） 13 J M1+2 = -D~dCM1+2/dx， J M2 +2 = -D~dCM2 +2/dx 14. 过冷（热）度/平衡温度差，过饱和浓度/平衡浓度差，过饱和蒸气压/平衡压力差 15. （相变时）两相化学势相等，其一级偏导数/偏微商也相等，但二级偏导数/偏微商不相等。 或 µ1= µ2，s1=s2、v1=v2，cp1=cp2 、β1=β2、α1=α2 二 判断题 （每小题 1 分，共 10 分） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 × × √ × × × √ √ √ × 三 单选题（每小题 3 分，共 30 分） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 C C D B B A D C A B 四 1. 解：（1）X+Y=Z Z=4 X+1/2Y=R R=玻璃中氧离子总数/网络形成离子总数 R2O/ Al2O3 ＞1， Al3+ 参与成网， R2O/ Al2O3 ＜1， Al3+ 不参与成网 （1 分） 对于玻璃组成 1 R =（10+20*3+70*2）/ 70 =3 （1 分） X1= 2 Y1=2 （1 分） 对于玻璃组成 2 R=（20+10*3+70*2）/（70 +10*2）= 2.11 /2.1 （1 分） X2= 0.22/0.2 Y2=3.78 /3.8 （1 分） （2）Y2＞ Y1， 玻璃组成 1 的膨胀系数比玻璃组成 2 的膨胀系数大。 （1 分） Y 是桥氧离子平均数，又叫结构参数，它决定着玻璃的性质，Y 值大，则玻璃结构紧密

(1分)网络聚集度大，故膨胀系数小。注：不解释参数Y所表示的意义，只比较数值大小，不得分。2.解：O=-= V"ca + Vo"(1分)Ks= (V"α) (Vo") / (0) = (V" c.) 2Ks = exp (-△Gs/RT) = (V"c) 2(1分△Gs=-RT In Ks,(1分)(V"ca) 2=exp (-△U/RT),AGs~AU（忽略体积功和摘变）(vca）=exp（-6×1.6×10-19×6.02×10*/2×8.314×2873.15)=5.5×10~6（5.5×10~5.6×10范围内均算正确）(1分）设+3价杂质离子的氧化物为R20(1分）R203-Cao-→2Rca+ Vca"+ 30根据已知条件，Ca"直到2600℃都是非本征扩散，故（V"ca）杂=5.5×10Rc=2V"c，+3价杂质离子的浓度为2×5.5×106=1.1×10~5(1分)三价化合物R203的浓度为5.5X10~6(1分）注：带入公式正确，数据计算错误扣1分，不累计扣分。(2分)五（1）具有一个不一致熔融三元化合物的三元系统相图。答出不一致熔融化合物的三元系统相图或不一致熔融三元化合物的相图给1分。(3分）（2）见图，每个副三角形各1分，△ABS、AASC、ASBC(3分)（3）Er、E2为低共熔点，E为双转熔点或双降点9AG析品路程分析(4)(lS8)(2分)LA+BL+A(4s+AtB-+s))-1点液相fz立feo正f-of-z>F StB+C1AtB+SS+BAAtBS（2分）1点固相2B2E, B。上,E,(LE,→S+ B+)(E,直接列E也算正面)（2分）2点液相flf二lf-2(15tAB-)B LM>G BitS-HBtS >I B+SKC>2（2分）2点固相注：1、2点液固相析晶路程有一步正确加1分，出现一处错误扣1分。2

2 网络聚集度大，故膨胀系数小。 （1 分） 注：不解释参数 Y 所表示的意义，只比较数值大小，不得分。 2. 解： 0== V"Ca + VO •• （1 分） KS =〔V" Ca〕〔VO ••〕/〔0〕= 〔V" Ca〕2 ΔGs=-RT ㏑ KS ， KS = exp（-ΔGs/RT）=〔V" Ca〕 2 （1 分） 〔V" Ca〕2 = exp（-ΔU/RT）， ΔGs≈ΔU （忽略体积功和熵变） （1 分） 〔V" Ca〕= exp（-6×1.6×10-19×6.02×1023/2×8.314×2873.15） =5.5×10-6 （5.5×10-6～5.6×10-6 范围内均算正确） （1 分） 设+3 价杂质离子的氧化物为 R2O3 R2O3- CaO→2R Ca · + V Ca " + 3OO （1 分） 根据已知条件，Ca2+直到 2600℃都是非本征扩散，故〔V" Ca〕杂 =5.5×10-6 RC a · =2 V"Ca ， +3 价杂质离子的浓度为 2×5.5×10-6 = 1.1×10-5 （1 分） 三价化合物 R2O3 的浓度为 5.5×10-6 （1 分） 注：带入公式正确，数据计算错误扣 1 分，不累计扣分。 五（1） 具有一个不一致熔融三元化合物的三元系统相图。 （2 分） 答出不一致熔融化合物的三元系统相图或不一致熔融三元化合物的相图给 1 分。 （2）见图，每个副三角形各 1 分， ΔABS 、ΔASC、ΔSBC （3 分） （3） E1、E2 为低共熔点， E3 为双转熔点或双降点 （3 分）

试卷重难点析：重点分析：AX、AX2型晶体结构，热缺陷与固溶体，硅酸盐熔体与玻璃体结构，玻璃结构参数计算，晶体表面结构，润湿，三元相图，菲克第一、二定律，扩散的微观结构，液-固和液-液相变。难点分析：鲍林规则中的静电价规则最易出现错误，会导致结构判断失误，难度在于静电键强度的理解是否正确。尖晶石结构正反尖晶石的划分易出现错误，二价、三价离子在空隙中的分布要清楚。热缺陷形成反应要在充分理解弗伦克尔缺陷和肖特基缺陷概念的基础掌握反应形成式的写法，由此对应产生的缺陷浓度计算，固溶体的概念一定要明确，分清主晶体与杂质的关系，这样固溶体形成反应式、化学式及缺陷浓度的计算才不会出错。化学组成对硅酸盐熔体粘度的影响主要针对一价金属氧化物加入量的多少引起的不同，关键还是从结构分析，找出不同点。晶体表面结构难点在于离子双电层的形成，了解形成原因，才能清楚双电层厚度与表面能大小的关系。掌握表观接触角和真实接触角概念，从而掌握粗糙度对润湿的影响。关于晶界，注意强调结构相同取向不同。相律、杠杆规则和判读相图的几条规则是掌握三元相图的核心内容，必须通过做题分析才能掌握。关于不同机构的扩散系数，要清楚随看结构变化引起的儿何因子变化，围绕儿何因子的不同推出的不同机构扩散系数的表达式。关于互扩散，要明确随着相互扩散的进行，扩散系数归于一致。液-液分相的难度在于分相区的结构、变化特点，从热力学和结晶化学角度进行分析，从而比较出两种分相的不同。3

3 试卷重难点剖析： 重点分析：AX、AX2 型晶体结构，热缺陷与固溶体，硅酸盐熔体与玻璃体结构， 玻璃结构参数计算，晶体表面结构，润湿，三元相图，菲克第一、二定律，扩散 的微观结构，液-固和液-液相变。 难点分析：鲍林规则中的静电价规则最易出现错误，会导致结构判断失误， 难度在于静电键强度的理解是否正确。 尖晶石结构正反尖晶石的划分易出现错误，二价、三价离子在空隙中的分布要清 楚。 热缺陷形成反应要在充分理解弗伦克尔缺陷和肖特基缺陷概念的基础掌握反应形 成式的写法，由此对应产生的缺陷浓度计算， 固溶体的概念一定要明确，分清主晶体与杂质的关系，这样固溶体形成反应式、 化学式及缺陷浓度的计算才不会出错。 化学组成对硅酸盐熔体粘度的影响主要针对一价金属氧化物加入量的多少引起的 不同，关键还是从结构分析，找出不同点。 晶体表面结构难点在于离子双电层的形成，了解形成原因，才能清楚双电层厚度 与表面能大小的关系。 掌握表观接触角和真实接触角概念，从而掌握粗糙度对润湿的影响。 关于晶界，注意强调结构相同取向不同。 相律、杠杆规则和判读相图的几条规则是掌握三元相图的核心内容，必须通过做 题分析才能掌握。 关于不同机构的扩散系数，要清楚随着结构变化引起的几何因子变化，围绕几何 因子的不同推出的不同机构扩散系数的表达式。 关于互扩散，要明确随着相互扩散的进行，扩散系数归于一致。 液-液分相的难度在于分相区的结构、变化特点，从热力学和结晶化学角度进行分 析，从而比较出两种分相的不同