材料科学真题whut解析

（共3页，共十一题，答题时不必抄题，标明题目序号，相图直接做在试卷上） 一、解释下列基本概念（1.5×20=30分）

初次再结晶；二次再结晶；上坡扩散；扩散通量；高分子的链结构；高分子的聚集态结构；位错滑移，位错爬移；结晶学晶胞；弥勒指数；玻璃转变 温度；非晶态结构弛豫；金属固溶体；金属间化合物；重构表面；弛豫表面；一级相变；重构型转变；广义固相反应；矿化剂

二、白云母的理想化学式为KAl2[AlSi3O10](OH)2，其结构如下图所示，试分析白云母的结构类型、层的构成及结构特点、层内电性及层间结合。（15分）

第2题图

三、BaTiO3和CaTiO3均为钙钛矿型结构但BaTiO3晶体具有铁电性而CaTiO3却没有，请给予解释。（10分）

四、分析小角度晶界和大角度晶界上原子排列特征以及对材料动力学的扩散过程有何影响？（8分）

五、在制造ZrO2耐火材料时通常会加入一定量的CaO以改善耐火材料的性能，试解释其作用原理，并写出杂质进入基质的固溶方程式。（10分）

六、从金属、硅酸盐、高聚物材料的结构、熔体特征等方面分析这三类材料的结

晶有什么共性及个性。（15分）

七、已知新相形成时除过界面能以外单位体积自由焓变化为1×108J/m3，比表面能为1 J/m2，应变能可以忽略不计。试计算界面能为体积自由能的1%时球形新相的半径。与临界半径比较，此时的新相能否稳定长大？形成此新相时系统自由焓变化为多少？（12分）

八、写出下图三元无变量点的平衡过程，指出无变量点的性质，画出三元无变量点与对应的副三角形的几何分布关系。（8分）

第8题图

九、根据下面的三元系统相图回答问题（22分） 1. 指出图中化合物S1、S2、S3的性质

2. 用箭头在图中标出界线温度变化方向及界线性质 3. 写出组成点1的平衡冷却过程

4. 组成点2冷却时最先析出种晶相？在哪一点结晶结束?最终产物是什么？

5. 组成点3加热时在哪一点开始出现液相？在哪一点完全熔化？

第9题图

十、根据碱金属、碱土金属、过渡金属、贵金属的能带结构之差异分析各种金属导电性的差别。（10分）

十一、选作题（下列3题任选1题，10分）

1. 从组成、结合健、原子排列等方面阐述金属材料的结构特征及主要性质。

2. 从组成、结合健、原子排列等方面阐述陶瓷材料的结构特征及主要性质。

3. 从组成、结合健、原子排列等方面阐述高分子材料的结构特征及主要性质。

第11题图

武汉理工大学2004年研究生入学考试试题 课程 材料科学基础

（共3页，共十题，答题时不必抄题，标明题目序号，相图不必重画，直接做在试题纸上）

一、判断下列叙述是否正确？若不正确，请改正（30分）

1. 结晶学晶胞是反映晶体结构周期性的最小重复单元。

2. 热缺陷是温度高于绝对零度时，由于晶体组成上的不纯净性所产生的一种缺陷。

3. 晶面指数通常用晶面在晶轴上截距的互质整数比来表示。 4. 固溶体是在固态条件下，一种物质以原子尺寸溶解在另一种物质中所形成的单相均匀的固体。

5. 扩散的推动力是浓度梯度，所有扩散系统中，物质都是由高浓度处向低浓度处扩散。

6. 初次再结晶的推动力是晶界过剩的自由焓。

7. 在热力学平衡条件下，二元凝聚系统最多可以3相平衡共存，它们是一个固相、一个液相和一个气相。

8. 临界冷却速率是形成玻璃所需要的最小冷却速率，临界冷却速率越大越容易形成非晶体。

9. 马氏体相变是一种无扩散性相变，相变时成分发生变化但结构不变。

10.在临界温度、临界压力时，化学势及其一阶偏导数连续，二阶偏导数不连续的相变为二级相变，发生二级相变时，体系的体积和热焓发生突变。 11.驰豫表面是指在平行于表面的方向上原子间距不同于该方向上晶格内部原子间距的表面。

12.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，若化学反应速率远大于扩散速率，则动力学上处于化学动力学范围。 二、ZnS的一种结构为闪锌矿型结构，已知锌离子和硫离子半径分别为rZn2+=0.068nm，rs2-0.156nm，原子质量分别为65.38和32.06。 1. 画出其晶胞结构投影图；

2. 计算ZnS的晶格常数；

3. 试计算ZnS的晶体的理论密度。（15分）

三、FeO结构属于NaCl型结构，其中氧的摩尔分数 x0=0.52，晶格常数为0.429nm，由于存在正离子缺位，所以对应地存在一部分Fe3+离子。试计算 1.这种氧化铁中Fe2+/Fe3+离子比值 2.这种氧化铁的密度。（10分）

四、陶瓷材料制成的器件在外界温度发生急剧变化时为什么容易发生开裂或破碎？如何提高陶瓷材料抗热震性能？（8分） 五、试述高分子材料老化的类型及原因。（12分）

六、金属材料、陶瓷材料中晶粒的大小与什么有关？晶粒大小对材料的宏观性质有何影响?工艺上如何控制晶粒尺寸？（15分）

七、根据玻璃的形成条件，对下列几种物质形成玻璃的难易程度进行排序，并说明理由。（10分）

Cu SiO2 Na2O SiO2 Na2O 2SiO2 NaCl

八、从材料科学角度分析晶体的实际强度为什么远低于理论强度。（10分） 九、已知Zn2+和Cr3+在尖晶石ZnCr2O4中的自扩散系数与温度的关系分别为

1. 试求1403K时Zn2+和Cr3+在ZnCr2O4中的扩散系数。

2. 如将细铂丝涂在两种氧化物ZnO和Cr2O3的分界线上，然后将这些压制成型的样品进行扩散退火。(标记物铂丝非常细，不影响离子在不同氧化物之间的扩散)。根据所得数据判断铂丝将向哪一方向移动？

3.画出ZnO和Cr2O3接触、反应并形成ZnCr2O4的反应模型，并写出接触界面上的化学反应。（16分）

十、下图是A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题：

1．在图上划分副三角形、用箭头表示各条线上温度下降方向及界线的性质；

2．判断化合物D、F的性质；

3．写出各三元无变量点的性质及其对应的平衡关系式； 4．写出组成点G在完全平衡条件下的冷却结晶过程；

5．写出组成点H在完全平衡条件下的冷却时，液相组成点刚到达E4点和结晶结束时各相的百分含量（用线段比表示）。（24分）

武汉理工大学2006年研究生入学考试试题 课程 材料科学基础

（共3页，共十题，答题时不必抄题，标明题目序号，相图不必重画,直接做在试卷上）

一、填空题（1.5×20=30分） 1. 结晶学晶胞是（ ）。

2. 扩散的基本推动力是（ ），一般情况下以（ ）形式表现出来，扩散常伴随着物质的（ ）。

3. 晶面族是指（ ）的一组晶面，同一晶面族中，不同晶面的（ ）。 4. 向MgO、沸石、TiO2、萤石中，加入同样的外来杂质原子，可以预料形成间隙型固溶体的固溶度大小的顺序将是（ ）。

5. 根据烧结时有无液相出现，烧结可分为（ ），在烧结的中后期，与烧结同时进行的过程是（ ）。

6. 依据硅酸盐晶体化学式中（ ）不同，硅酸盐晶体结构类型主要有（ ）。

7. 液体表面能和表面张力数值相等、量纲相同，而固体则不同，这种说法是（ ）的，因为（ ）。

8. 二级相变是指（ ），发生二级相变时，体系的（ ）发生突变。 9. 驰豫表面是指（ ），NaCl单晶的表面属于是（ ）。 10. 固态反应包括（ ），化学动力学范围是指（ ）。

11．从熔体结构角度，估计a长石、b辉石(MgO·SiO2)、c镁橄榄石三种矿物的高温熔体表面张力大小顺序（ ）。

二、CaTiO3结构中，已知钛离子、钙离子和氧离子半径分别为

0.099nm，

0.132nm。（15分）

0.068nm，

1. 晶胞中心的钛离子是否会在八面体空隙中“晃动”； 2. 计算TiCaO3的晶格常数；

3. 钛酸钙晶体是否存在自发极化现象，为什么？

三、在还原气氛中烧结含有TiO2的陶瓷时，会得到灰黑色的TiO2-x：（15分） 1．写出产生TiO2-x的反应式；

2．随还原气氛分压的变化，该陶瓷材料的电导率和密度如何变化？ 3．从化学的观点解释该陶瓷材料为什么是一种n型半导体。 四、选择题：下列2题任选1题（12分）

1. 简述金属材料、无机非金属材料以及高分析材料腐蚀的特点。 2. 试述材料疲劳失效的含义及特点。

五、现有三种陶瓷材料，它们的主要使用性能如下：（15分）

材料 Y2O3 Si3N4 含Co铁氧体 最佳性能 透明，光线传递 高温强度，抗蠕变 较顽力 用途 光学激光杆 燃气轮机部件 高能量永久磁铁 在烧结过程中希望材料获得预期的显微结构以使材料最佳性能充分发挥，在控制显微结构因素和工艺条件上应主要考虑哪些相关因素？

六、熔体结晶时：（1）图示核化速率-温度、晶化速率-温度关系及其对总结晶速率的的影响；

（2）核化速率与晶化速率的不同对新相的显微结构有何影响，为什么？

（3）指出在哪一温度范围内对形成玻璃有利，为什么？（12分）

七、X射线给出立方MgO的晶胞参数是0.4211nm，它的密度是3.6g/cm3。（Mg2+和O2-、Al3+摩尔质量分别是24.3和16、27）（12分） 1． 求单位晶胞中有多少Mg2+和O2-；

2． 若有0.05molAl2O3溶解于晶格中，计算密度改变百分数是多少？ 八、当反应物通过产物层的扩散控制速率时，由NiO和Cr2O3的球形颗粒形成NiCr2O4晶体，假定NiO颗粒包围着Cr2O3 颗粒，反应符合杨德动力学规律。（15分）

1. 请绘出反应初期的反应模型，并推导反应初期的形成速率关系； 2. 在1300度，NiCr2O4中DCr3+>DNi2+>DO2-，试问哪一个离子控制着NiCr2O4

的形成速率？为什么？

3. 如将细铂丝涂在两种氧化物NiO和Cr2O3的分界线上，然后将这些压制成型的样

品进行扩散退火(标记物铂丝非常细，不影响离子在不同氧化物之间的扩散)。在保持电中性的前提下，判断铂丝将向哪一方向移动？

九、下图是A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题：（24分） 1. 判断化合物S1、S2、S3的性质；

2. 用箭头表示相区界线温度变化方向及界线性质；

3. 划分副三角形，并写出各三元无变量点的平衡过程及性质； 4. 用规范化写法写出M点对应组分的平衡结晶过程；

5. N点对应的三元组成点加热时在那一点温度下开始出现液相？哪一点温度下完全熔化？

第9题图