武漢科技大學2022年《材料物理與化學》考研真題與答案解析一、填空題1、晶體的線位錯包括（）、（）和（）等三種，其與博格斯矢量之間的關系分別是（）、（）和（）。2、燒結過程的主要傳質機理有：（）、（）、（）和（）。3、根據(jù)外來組元在基質晶體中所處位置的區(qū)別，固溶體可分為（）和（）等兩大類，其固溶度的主要影響因素包括（）、（）、（）和電價。二、名詞解釋1、晶系2、自由度3、二級相變4、壓電效應5、異常晶粒長大三、簡答題1、比較楊德方程、金斯特林格方程優(yōu)缺點及適應條件。2、為什么要抑制二次再結晶過程？3、液體冷卻時形成晶體或非晶玻璃體的內部原因和外部條件是什么？解釋為什么金屬材料凝固時傾向形成晶體，而陶瓷材料易于形成非晶玻璃體？

四、計算題1、根據(jù)結晶學觀點，氯化銫晶體屬于體心立方結構。已知：Cs+的離子半徑為0.128nm，Cl-的離子半徑為0.155nm；Cs的原子量為132.91g/mol，Cl的原子量為35.45g/mol。請計算球狀離子所占據(jù)的體積占晶胞體積的比例(堆積系數(shù))及CsCl晶體的理論密度。假設Cs+和Cl-通過立方體對角線連接。(阿伏伽德羅常數(shù)值取6.023×1023)2、晶體結構缺陷計算：（1）CaO形成肖特基缺陷，寫出其缺陷反應方程式，并計算單位晶胞CaO的肖特基缺陷數(shù)（已知CaO的密度是3.0g/cm3,其晶格參數(shù)是0.481nm）;（2）CsCl溶入MgCl中形成空位型固溶體，并寫出固溶體的化學式；2AlO摻入到MgO中，請寫出二個合理的方程，并判斷可能成立的方程是哪一23種？寫出其固溶體的化學式。（3）根據(jù)（2）和（3）總結雜質缺陷形成規(guī)律。五、相圖分析如圖為ABC三元系統(tǒng)相圖。1、說明化合物S的熔融性質，并分析像圖中各界線上溫度變化的方向以及界線和無變量點的性質；2、確定初始狀態(tài)點為1、2、3和4的過冷熔體的冷卻結晶過程；3、在答題紙上用箭頭標出△ABC邊上及各界線上的溫降方向，并判斷各界線性質；4、分別將初始狀態(tài)點為5和6的熔體，在平衡態(tài)條件下加熱至完全熔融，說明

其固液相組成的變化路徑。答案解析一、填空題1、晶體的線位錯包括刃位錯、螺位錯和混合位錯等三種，其與博格斯矢量之間的關系分別是垂直、平行和既不平行也不垂直。2、燒結過程的主要傳質機理有：擴散傳質、流動傳質、蒸發(fā)－凝聚傳質和溶解-沉淀。3、根據(jù)外來組元在基質晶體中所處位置的區(qū)別，固溶體可分為置換型固溶體和填隙型固溶體等兩大類，其固溶度的主要影響因素包括原子或離子的尺寸、晶體結構類型、離子類型和鍵性和電價。二、名詞解釋1、晶系晶系：晶體學中，根據(jù)晶胞棱邊長度之間的關系和晶軸之間的夾角情況對晶體進行分類，可以將晶體分為七大晶系。2、自由度自由度：在既無新相生成也無舊相消失的條件下，平衡體系中獨立自由變量的數(shù)目。3、二級相變二級相變：相變時新舊兩相的化學勢相等，化學勢的一次偏導數(shù)也相等，但二階偏導數(shù)不相等的相變。4、壓電效應壓電效應：包括正壓電效應和逆壓電效應。其中正壓電效應是指晶體在機械力的作用下發(fā)生變形，使晶體內正負電荷中心相對位移而極化，致使晶體兩端表面出現(xiàn)符號相反的束縛電荷，其電荷密度與應力成比例的現(xiàn)象；逆壓電效應是指具有壓電效應的晶體置于外電場中，電場使晶體內部正負電荷中心位移，導致晶體產生形變的現(xiàn)象。5、異常晶粒長大異常晶粒長大：當正常的晶粒長大過程停止后，具有多邊界的大晶粒以自身為核心不斷吞并近鄰的小晶粒而快長速大的過程稱為異常晶粒長大。三、簡答題1、比較楊德方程、金斯特林格方程優(yōu)缺點及適應條件。答：1）楊德爾方程優(yōu)點：方程簡單，易于計算轉化率和反應時間在反應初期具有很好的適應性；（2分）缺點：楊氏模型中假設球形顆粒截面始終不變，即為穩(wěn)定擴散，因而只適用反應

初期轉化率較低（G<50%）、且反應物和產物密度相差不大的情況。2）金斯特林格方程優(yōu)點：考慮了在反應進程中反應截面面積隨反應過程變化這一事實，即認為反應為不穩(wěn)定擴散，因而金氏方程適用范圍更廣（G<90%），可以適合反應初、中期；（2分）缺點：金斯特林格方程復雜，難求解。為簡化求解，仍然使用了穩(wěn)定擴散條件，因而在轉化率G>90%時，仍有誤差。2、為什么要抑制二次再結晶過程？答：由于晶界越過雜質或氣孔產生二次再結晶，則大晶粒因兼并了周圍的小晶粒而變得更大，晶面更多，長大的趨向更明顯。導致在晶粒尺寸比較均勻的基質中，出現(xiàn)少數(shù)大晶粒直至它們相互接觸為止。同時，氣孔將脫離晶界進入晶粒內部形成孤立氣孔，不再能夠利用晶界的快速通道，擴散直徑增長而難以推除，從而燒結速率大為減慢甚至停止，致密度不再提高。3、液體冷卻時形成晶體或非晶玻璃體的內部原因和外部條件是什么？解釋為什么金屬材料凝固時傾向形成晶體，而陶瓷材料易于形成非晶玻璃體？答：（1）金屬材料以金屬鍵結合，金屬鍵沒有方向性，也沒有飽和性，原子之間易于移動。金屬材料在冷卻過程中，原子易擴散而形成周期性排列的三維結構，因此金屬材料凝固時易于形成晶體。（2）陶瓷材料以離子鍵和共價鍵結合，離子鍵和共價鍵有飽和性，且鍵強比較大，難于斷裂，也難以形成，原子難于移動和擴散。同時，陶瓷材料粘度大，難于流動，冷卻過程中，容易過冷，原子以流體中無序的結構保留下來，因此陶瓷材料凝固時易于形成非晶玻璃體。

四、計算題1、根據(jù)結晶學觀點，氯化銫晶體屬于體心立方結構。已知：Cs+的離子半徑為0.128nm，Cl-的離子半徑為0.155nm；Cs的原子量為132.91g/mol，Cl的原子量為35.45g/mol。請計算球狀離子所占據(jù)的體積占晶胞體積的比例(堆積系數(shù))及CsCl晶體的理論密度。假設Cs+和Cl-通過立方體對角線連接。(阿伏伽德羅常數(shù)值取6.023×1023)解：設晶格常數(shù)為a。因為Cs+和Cl-通過立方體對角線接觸，所以有：計算得：a=0.327nm則CsCl晶胞中原子所占體積比例(堆積系數(shù))為：PC=69.87%故CsCl晶胞的密度為：ρ=8.01g/cm32、晶體結構缺陷計算：CaO形成肖特基缺陷，寫出其缺陷反應方程式，并計算單位晶胞CaO的肖特基缺陷數(shù)（已知CaO的密度是3.0g/cm3,其晶格參數(shù)是0.481nm）;CsCl溶入MgCl中形成空位型固溶體，并寫出固溶體的化學式；2AlO摻入到MgO中，請寫出二個合理的方程，并判斷可能成立的方程是哪一23種？寫出其固溶體的化學式。根據(jù)（2）和（3）總結雜質缺陷形成規(guī)律。解：（1）缺陷反應方程式為（2分）單位晶胞CaO的肖特基缺陷數(shù)：CaO為NaCl型結構，其晶胞體積為晶胞質量為，，分子數(shù)為缺陷數(shù)為4-3.59=0.41（2）CsCl溶入MgCl時，缺陷反應為2因此，固溶體的化學式為MgCsCl。1-xx（3）AlO摻入到MgO中，合理的方程如下23①②（2分）（2分）可能成立的反應為1，因為氧離子半徑過大，很難溶入MgO晶格的間隙中。其中反應①中固溶體的化學式為AlMgO。2x1-3x(4)雜質缺陷形成的規(guī)律如下：①高價正離子占據(jù)低價正離子位置時，該位置帶有正電荷，為了保持電中性會產生間隙負離子或正離子空位；②低價正離子占據(jù)高價正離子位置時，該位置帶有負電荷，為了保持電中性會產生負離子空位或間隙正離子。五、相圖分析如圖為ABC三元系統(tǒng)相圖。1、說明化合物S的熔融性質，并分析像圖中各界線上溫度變化的方向以及界線和無變量點的性質；2、確定初始狀態(tài)點為1、2、3和4的過冷熔體的冷卻結晶過程；3、用箭頭標出△ABC邊上及各界線上的溫降方向，并判斷各界線性質；4、分別將初始狀態(tài)點為5和6的熔體，在平衡態(tài)條件下加熱至完全熔融，說明其固液相組成的變化路徑。解：(1)S為不一致熔融化合物；P1P2為轉融界線，P1E、P2E為共融曲線；E為低共熔點，P1、P2為單轉融點。(2)初始狀態(tài)點1：液相：1→a(L→A,F=2)→P1(L+A→C+S，F(xiàn)=1)→P1(L→A+S，F(xiàn)=0，L消失)固相：A→A(A)→b(A+S)→1(A+C+S)初始狀態(tài)點2：液相：2→a(L→A,F=2)→c(L→A+S，F(xiàn)=1)→P1、P2(L→A+S2，F(xiàn)=0，L消失)固相：A→A(A)→2(A+S)→2(A+C)初始狀態(tài)點3：液相：3→a(L→S,F=2)→d(L→B+S，F(xiàn)=1)→E(L→B+C+S2，F(xiàn)=0