：码号 证题考准写 要 不 内 线 封 密 ：业专考报 ：名姓
2021年全国硕士研究生招生考试初试自命题试题 科目名称：无机材料科学基础（□A卷□√B卷）科目代码：811 考试时间：3小时 满分 150分 可使用的常用工具：□无 □√计算器 □√直尺 □圆规（请在使用工具前打√） 注意：所有答题内容必须写在答题纸上，写在试题或草稿纸上的一律无效；考完后试题随答题纸交回。 一、名词解释(共 3 小题，每小题 10 分，共 30分) 1. 晶体结构（说明和空间点阵区别） 2. 非化学计量化合物（举例说明） 3. 非本征扩散 二、填空题（每空1分，共 15分） 1. 粘土分别吸附Sr2+、Mg2+、 NH4+、K+这四种不同阳离子后的性能变化规律为：离子置换能力 （1） ，泥浆的稳定性 （2） ，泥团的滤水性（3） ，泥浆的流动性（4） 。（请填写增大或减小） 2. 凝聚系统的相律为：(5)。 3. 镁橄榄石中Mg2+离子的配位数是（6） ，占据（7）空隙，Si4+配位数是（8），占据 (9) 空隙。 4. 固态反应包括界面化学反应和反应物通过产物层的扩散等过程，若化学反应速率远小于扩散速率，则动力学上处于（10）范围。 5. 析晶过程包含（11）和（12）两 个过程。 6. 在相同条件下，碳在体心立方铁中的扩散系数比在面心立方铁中的（ 13 ）。 7. 每增加单位的表面积时，体系自由能的增量为 （14） 。 8.随着Na2O的增加，熔体的黏度是（15）。 三、简答题(共 3 小题，每小题 10 分，共 30分) 1. 在面心立方和体心立方中，最密排平面的米氏符号是什么? 2. 将少量的MgO外加到ZrO2中生成固溶体，试写出所有可能的缺陷反应方程及相应的固溶分子式，并说明如何鉴别其固溶体类型。 3. 简述外加剂在烧结中的作用。 四、计算题(共 3小题，每小题 15 分，共 45分) 1. 一种玻璃的组成是33 mol%的Na2O和mol%的SiO2，请计算该玻璃的结构参数及非桥氧的体积分数。 第 1 页 共 6 页
2. 金属铝的冶炼温度为1250℃，试分析是否可以用MgO 材料做冶炼金属铝的内衬，已知有如下反应且Mg(g)易挥发易氧化。 4/3Al(l)+O2(g)=2/3Al2O3(s) △Go1= -1119404+214.0T (J/mol) 2Mg(g)+O2(g)=2MgO(s) △Go2=-1427470+387.1T(J/mol) 3. 如在液相中形成边长为a的立方体晶核时，求出“临界核胚”立方体边长a和ΔG。为什么立方体的ΔG大于球形ΔG? 五、相图分析( 30 分)（画图请作于答题册上！） 有一三元相图如图所示： 1． 划分副三角形，标明初晶区； 2． 标出图中各条界线上温度下降方向； 3． 判断各无变点的性质，并写出相平衡方程； 4． 指出化合物AmBn的性质，高温下发生什么反应？ 5． 分析图中点1和2的析晶路线，并在图中作图进行标明。 第 2 页 共 6 页
：码号 证题考准写 要 不 内 线 封 密 ：业专考报 ：名姓
2021年全国硕士研究生招生考试初试自命题试题 科目名称：无机材料科学基础（□A卷□√B卷）科目代码：811 考试时间：3小时 满分 150分 可使用的常用工具：□无 □√计算器 □√直尺 □圆规（请在使用工具前打√） 注意：所有答题内容必须写在答题纸上，写在试题或草稿纸上的一律无效；考完后试题随答题纸交回。 一、名词解释(共 3 小题，每小题 10 分，共 30分) 1. 晶体结构（和空间点阵区别） 晶体中原子（离子或分子）在三维空间的重复排列构成晶体结构。空间点阵是晶体结构的具体抽象，点阵结点位置放置具体原子（离子或分子）即构成晶体结构。 2. 非化学计量化合物（举例说明） 实际中一些化合物不遵守定比定律，出现小数情况，即为非化学计量化合物。如TiO2在缺氧条件下失去部分氧形成氧离子空位型非化学计量化合物TiO2-x。 3. 非本征扩散 由于掺入与晶体中离子不等价的杂质离子而产生的掺杂点缺陷引起的扩散。 二、填空题（每空1分，共 15分） 1. 粘土分别吸附Sr2+、Mg2+、 NH4+、K+这四种不同阳离子后的性能变化规律为：离子置换能力 （1） ，泥浆的稳定性 （2） ，泥团的滤水性（3） ，泥浆的流动性（4） 。（请填写增大或减小） （1）减小、（2）增大、(3) 减小、(4) 增大 2. 凝聚系统的相律为：(5)。（5）F=C-P+n（或F=C-P+2亦可） 3. 镁橄榄石中Mg2+离子的配位数是（6） ，占据（7）空隙，Si4+配位数是（8），占据 (9) 空隙。（6）6、（7）八面体、(8) 4、(9) 四面体 4. 固态反应包括界面化学反应和反应物通过产物层的扩散等过程，若化学反应速率远小于扩散速率，则动力学上处于（10）范围。（10）化学反应动力学 5. 析晶过程包含（11）和（12）两 个过程。（11）成核 、（12）长大 6. 在相同条件下，碳在体心立方铁中的扩散系数比在面心立方铁中的（ 13 ）。（13）大 7. 每增加单位的表面积时，体系自由能的增量为 （14） 。（14）表面能 8.随着Na2O的增加，熔体的黏度是（15）。（15）降低（或减小） 三、简答题(共 3 小题，每小题 10 分，共 30分) 第 3 页 共 6 页
1. 在面心立方和体心立方中，最密排平面的米氏符号是什么? 在面心立方堆积中，由（100）、（010）和（001）三个面的对角线所构成的平面是最密排面，其米氏符号为（111）. (5分) 在体心立方密堆中，由（001）面的对角线和c轴构成的平面是最密排面，其米氏符号为（110）。（5分） 2. 将少量的MgO外加到ZrO2中生成固溶体，试写出所有可能的缺陷反应方程及相应的固溶分子式，并说明如何鉴别其固溶体类型。 答： '' CaO ZrO 2 Ca ZrVo••Oo (2分) x x x 则置换式固溶体分子式为Zr1-xCaxO2-x (2分) '' • ZrO 2 Ca • 2 O （2分) 2CaOCaZrio x x/2 x/2 则间隙式固溶体分子式为Zr1-x/2Ca3x/2O2 (2分) 究竟形成那种固溶体，可通过计算并与实测固溶体密度对比来判定。 (2分) 3. 简述外加剂在烧结中的作用。 答：（1）外加剂与烧结主体形成固溶体（导致晶格畸变，缺陷增加，便于结构基元移动）（2分） （2）外加剂与烧结主体形成液相（液相中扩散传质阻力小，流动传质速度快）（2分） （3）外加剂与烧结主体形成化合物（抑制晶界移动速率，充分排除气孔）（2分） （4）外加剂阻止多晶转变（防止体积效应）（2分） （5）外加剂起扩大烧结范围的作用（改变液相性质）（2分） 四、计算题(共 3小题，每小题 15 分，共 45分) 1. 一种玻璃的组成是33 mol%的Na2O和mol%的SiO2，请计算该玻璃的结构参数及非桥氧的体积分数。 解：R=（33+*2）/=161/=2.52 （3分） Z=4 （3分） X=2R-Z=1.03（3分） Y=2Z-2R=2.96（3分） 非桥氧的体积分数为X/R=1.03/2.52=40.87%（3分） 2. 金属铝的冶炼温度为1250℃，试分析是否可以用MgO 材料做冶炼金属铝的内衬，已知有如下反应且Mg(g)易挥发易氧化。 4/3Al(l)+O2(g)=2/3Al2O3(s) △Go1= -1119404+214.0T (J/mol) 2Mg(g)+O2(g)=2MgO(s) △Go2=-1427470+387.1T(J/mol) 第 4 页 共 6 页
解：4/3Al(l）+2MgO（s）=2/3Al2O3+2Mg(g)（5分） ΔG=308066-1731T（3分） T=1523K 时，T=44509J（3分） 虽然自由能大于0，标准状况下反应不能进行，但是由于Mg（g）易挥发，因此反应可以向右进行，所以MgO 不适合用作冶炼金属铝的内衬。（4分） 3. 如在液相中形成边长为a的立方体晶核时，求出“临界核胚”立方体边长a和ΔG。为什么立方体的ΔG大于球形ΔG? 解： （3分） （3分） （3分） (3分) （3分） 所以立方体的ΔG大于球形ΔG 五、相图分析( 30 分) 1． 划分副三角形，标出初晶区；（如图，8分） 2． 标出图中各条界线上温度下降方向；（如图，4分） 3． 判断各无变点的性质，并写出相平衡方程；（E为低共熔点，P为单转熔点，6分） 4． 指出化合物AmBn的性质，分解为液相和A；（不一致熔二元化合物，4分） 5． 分析图中点1和2的析晶路线，并在图中作图进行标明。（如图，8分） 点1： g1 S相： AhP(LPAAmBnC) L相： 1 点2： LALACACACAmBnAmBnf2 S相：AL相： LALAAmBnLAmBnLAmBnC2cdeE(LEAmBnBC) AAmBnCAmBnBCAmBn 第 5 页 共 6 页
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