《无机材料科学基础》课程教学资源（试卷习题）无机材料科学基础3试卷A（答案）

2005-2006学年第2学期无机材料科学基础3课程试卷A标准答案及评分标准上课班级：03材1，2班制定教师：涂军波审核人：考试时间：2006-7-6一：填空题（每空1分，共20分）1.（孤立）岛状（结构）、孤立环状（结构）或组群状（结构）、（连续）链状（结构）、层状（结构）、架状（结构）2.晶格置换或晶格间的同晶置换；破键机理3.海得华定律或爱得华定律4.烧结开始温度或开始烧结的温度；烧结完成（结束）温度或完成烧结的温度5.固相（态）或固体6.液相烧结（过程）7.晶界移动8.生料的制备；熟料的殿烧；水泥的粉（研、细）磨9.氧化钙、氧化硅、氧化铝、氧化铁（或CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3）二。判断题（每题1分，共10分）1.+2.3.-4.-5. +6. +7. -8.9. +10. +三．单项选择题（每题3分，共30分）1. B2. B1

1 2005-2006 学年第 2 学期无机材料科学基础 3 课程 试卷 A 标准答案及评分标准 上课班级：03 材 1，2 班 制定教师： 涂军波 审核人： 考试时间： 2006-7-6 一．填空题（每空 1 分，共 20 分） 1． （孤立）岛状（结构）、孤立环状（结构）或组群状（结构）、（连续）链状 （结构）、层状（结构）、架状（结构） 2． 晶格置换或晶格间的同晶置换；破键机理 3． 海得华定律或爱得华定律 4． 烧结开始温度或开始烧结的温度；烧结完成（结束）温度或完成烧结的温度 5． 固相（态）或固体 6． 液相烧结（过程） 7． 晶界移动 8． 生料的制备；熟料的煅烧；水泥的粉（研、细）磨 9． 氧化钙、氧化硅、氧化铝、氧化铁（或 CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3） 二．判断题（每题 1 分，共 10 分） 1． + 2． - 3． - 4． - 5． + 6． + 7． - 8． - 9． + 10．+ 三．单项选择题（每题 3 分，共 30 分） 1． B 2． B

3.A4.C5. D6.A7.A8. D9. C10. D四简答题（每小题5分，共20分）(1分)1.（1）高岭石是二八面体，双层型硅酸盐结构（2）各[SiO4]四面体彼此以三个角顶相连成六元环，（0.5分）（0.5分）[A1O2（OH）4]八面体彼此边边相连成六元环，[SiO4]四面体层与[AIO2（OH）4]八面体层共用一个顶角O2-相连接。（1分）(2分）（3）高岭石单网层之间靠氢键结合。说明：[A1O2（OH）4]写错扣0.5分。2.（1）必须有1价碱金属离子，通常是Na+去交换粘土中原来吸附的离子：(1分）（2）电解质中阴离子要能与粘土中原来吸附的有害离子形成难溶性盐类或稳定的樊合物；(1分)（3）电解质要能够直接离解或水解，提供足够多的OH-，使系统呈碱性，就可(1分)拆开边面或板面结合结构，释放出自由水：（4）聚合阴离子作用。（0.5分）除了起一般阴离子作用外，聚合阴离子由于几何位置上与粘土边表面相适应，因此被牢固地吸附在边面上。（0.5分）当溶液呈碱性时，边表面带负电，聚合阴离子可加强边表面的负电荷；（0.5分）当溶液呈酸性时，边表面带正电，聚合阴离子可有效使边面由带正电转变为带负电，增加颗粒间的斥力，充分胶溶泥浆。（0.5分）3.（1）处于压应力作用下的晶界可作为空位阱，导致坏体收缩；(1分)（2）晶粒正常生长时，晶界移动有助于排除气孔：(1分）2

2 3． A 4． C 5． D 6． A 7． A 8． D 9． C 10．D 四．简答题（每小题 5 分，共 20 分） 1.（1）高岭石是二八面体，双层型硅酸盐结构 （1 分） （2）各[SiO4]四面体彼此以三个角顶相连成六元环， （0.5 分） [AlO2（OH）4]八面体彼此边边相连成六元环， （0.5 分） [SiO4]四面体层与[AlO2（OH）4]八面体层共用一个顶角 O2-相连接。 （1 分） （3）高岭石单网层之间靠氢键结合。 （2 分） 说明：[AlO2（OH）4]写错扣 0.5 分。 2.（1）必须有 1 价碱金属离子，通常是 Na+去交换粘土中原来吸附的离子； （1 分） （2）电解质中阴离子要能与粘土中原来吸附的有害离子形成难溶性盐类或稳定 的獒合物； （1 分） （3）电解质要能够直接离解或水解，提供足够多的 OH-，使系统呈碱性，就可 拆开边面或板面结合结构，释放出自由水； （1 分） （4）聚合阴离子作用。（0.5 分）除了起一般阴离子作用外，聚合阴离子由于几 何位置上与粘土边表面相适应，因此被牢固地吸附在边面上。（0.5 分）当溶 液呈碱性时，边表面带负电，聚合阴离子可加强边表面的负电荷；（0.5 分） 当溶液呈酸性时，边表面带正电，聚合阴离子可有效使边面由带正电转变为 带负电，增加颗粒间的斥力，充分胶溶泥浆。（0.5 分） 3.（1）处于压应力作用下的晶界可作为空位阱，导致坯体收缩； （1 分） （2）晶粒正常生长时，晶界移动有助于排除气孔； （1 分）

(1分）（3）沿着晶间发生偏析或淀析，可以防止二次再结晶发生：（4）晶界对烧结后期排除气孔的作用，气孔形状决定了烧结后期能否被排除：(1分）或晶界对烧结后期排除气孔的作用，用oss/osg来衡量烧结后期气孔能否被排除；或晶界对烧结后期排除气孔的作用，只有凸气孔才能被排除；或晶界对烧结后期排除气孔的作用，只有二面角Φ>60时气孔才能被排除；（5）晶界是阴离子快速扩散的通道。(1分）(1分）4.（1）硅酸盐形成阶段；(1分)（2）玻璃形成阶段或玻璃液形成阶段：(1分）（3）玻璃液的澄清阶段；（4）玻璃液的均化阶段；(1分）(1分）（5）玻璃液的冷却阶段。说明：对于（3）（4）（5）必须强调是玻璃液才能得分。五.计算题（每小题10分，共20分）1.由杨德尔方程：[1-（1-G）1/3=K=（2kt/R2）(1分)由题意将Gi=20%t1=1hG2=100%t2带入杨德尔方程(1分[1- （1-GI) 1/3P=Kit1=(2kti/R2)[1-（1-G2) 1/3P=Kt2=（2kt2/R2)(1分)解得t2=194.6h或t2=195h(1分）还需t=t2-1=193.6h或194h由金斯特林格方程：1-2/3G-（1-G）2/3=Krt（=2kt/εR2）(1分)由题意将Gi=20%ti=1hG2=100%t2带入金斯特林格方程(1分）1-2/3G1- (1-G1) 2B=Krtl (=2kti/ e R2)(1分1-2/3G2-（1-G2）2B=Krt2(=2ktz/ e R2)解得t2=68.1h或t2=68h(1分)还需t=t2-1=67.1h或67h按金斯特林格方程计算所用时间短。或按杨德尔方程计算所用时间长。(1分）主要原因是金斯特林格方程考虑到了随着反应的进行，扩散截面积随之变化这一3

3 （3）沿着晶间发生偏析或淀析，可以防止二次再结晶发生； （1 分） （4）晶界对烧结后期排除气孔的作用，气孔形状决定了烧结后期能否被排除； （1 分） 或 晶界对烧结后期排除气孔的作用，用 σss/σsg来衡量烧结后期气孔能否被 排除； 或 晶界对烧结后期排除气孔的作用，只有凸气孔才能被排除； 或 晶界对烧结后期排除气孔的作用，只有二面角 Ф>60 时气孔才能被排除； （5）晶界是阴离子快速扩散的通道。 （1 分） 4.（1）硅酸盐形成阶段； （1 分） （2）玻璃形成阶段或玻璃液形成阶段； （1 分） （3）玻璃液的澄清阶段； （1 分） （4）玻璃液的均化阶段； （1 分） （5）玻璃液的冷却阶段。 （1 分） 说明：对于（3）（4）（5）必须强调是玻璃液才能得分。 五．计算题（每小题 10 分，共 20 分） 1.由杨德尔方程：[1-（1-G）1/3] 2=KJt=（2kt/R2） （1 分） 由题意将 G1=20% t1=1h G2=100% t2 带入杨德尔方程 [1-（1-G1）1/3] 2=KJt1=（2kt1/R2） （1 分） [1-（1-G2）1/3] 2=KJt2=（2kt2/R2） （1 分） 解得 t2=194.6h 或 t2=195h 还需 t=t2-1=193.6h 或 194h （1 分） 由金斯特林格方程：1-2/3G-（1-G）2/3=Krt（=2kt/εR2） （1 分） 由题意将 G1=20% t1=1h G2=100% t2 带入金斯特林格方程 1-2/3G1-（1-G1）2/3=Krt1（=2kt1/εR2） （1 分） 1-2/3G2-（1-G2）2/3=Krt2（=2kt2/εR2） （1 分） 解得 t2=68.1h 或 t2=68h 还需 t=t2-1=67.1h 或 67h （1 分） 按金斯特林格方程计算所用时间短。或按杨德尔方程计算所用时间长。 （1 分） 主要原因是金斯特林格方程考虑到了随着反应的进行，扩散截面积随之变化这一

(1分）事实。(1分）2.由晶粒正常生长公式：D2-Do2=Kt将1500℃时，Di=10μm，Do=1μm，ti=1h1600℃时，D2，Do=1μm，t2=4h并考虑到K=Koexp（-Q/RT）等带入上面公式(1分)Di?-Do2=Kitl (=Koexp (-Q/RTi) t1)(1分D?-Do2=K2t2 (=Koexp(-Q/RT2) t2)(1分）解得 D2=31.3 μm(1分）若加入0.2%的AlO3后，晶粒生长公式变为：D3-Do3=Kt将1600℃时，D3，Do=1μm，t3=4h带入(1分）则有D:3-Do3=K3t3(1分）而同在1600℃，K3=K2=245μm2/h(1分)D3=9.94μm或9.93μm(1分）即1600℃保温4小时后，晶粒直径长到31.3um；加入0.2%的Al203，1600℃保温4小时后，晶粒直径长到9.94μm或9.93μm。(1分)Y

4 事实。 （1 分） 2.由晶粒正常生长公式：D2 -D0 2=Kt （1 分） 将 1500℃时，D1=10μm，D0=1μm，t1=1h 1600℃时，D2，D0=1μm，t2=4h 并考虑到 K=K0exp（-Q/RT）等带入上面公 式 D1 2 -D0 2=K1t1（= K0exp（-Q/RT1）t1） （1 分） D2 2 -D0 2=K2t2（= K0exp（-Q/RT2）t2） （1 分） 解得 D2=31.3μm （1 分） 若加入 0.2%的 Al2O3 后，晶粒生长公式变为：D3 -D0 3=Kt （1 分） 将 1600℃时，D3，D0=1μm，t3=4h 带入 则有 D3 3 -D0 3=K3t3 （1 分） 而同在 1600℃，K3= K2=245μm2 /h （1 分） D3=9.94μm 或 9.93μm （1 分） 即 1600℃保温 4 小时后，晶粒直径长到 31.3μm； （1 分） 加入 0.2%的 Al2O3，1600℃保温 4 小时后，晶粒直径长到 9.94μm 或 9.93μm。 （1 分）