2018年武汉科技大学考研专业课815材料物理与化学B卷及答案.doc

1、姓名：报考专业：准考证号码：密封线内不要写题2018年全国硕士研究生招生考试初试自命题试题科目名称：材料物理与化学（A卷B卷）科目代码：815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、填空题(共15空，每空2分，共30分)1、晶体中键的类型主要有化学键和物理键，其中化学键包括离子键、 、和 ，物理键包括 和 。2、一个体心立方结构的晶胞中含有 个八面体空隙，含有 个四面体空隙；一个面心立方结构的晶胞中含有 个八面体空隙，含有 个四面体空隙。3、绿宝石具有

2、较大的空腔结构，属于 硅酸盐晶体结构类型，当晶体受热时，大空腔结构会使晶体表现出较小的 。4、形成弗伦克尔缺陷时，其特征是 和 成对出现。5、固-液相变时，非均态成核势垒与接触角有关。当角分别为 、 和 时，（1）非均态成核势垒与均态成核势垒相等；（2）不存在非均态成核势垒；（3）非均态成核势垒为均态成核势垒的一半。二、名词解释(共5小题，每小题6分，共30分)1、同质多晶与类质同晶2、重构表面3、无规则网络学说4、本征扩散5、不一致熔融化合物三、简答题 (共3小题，共35分)1、面心立方和密排六方结构中原子的堆垛方式和致密度是否有差异？请加以说明。（10分）2、影响置换固溶体溶解度的因素有哪

3、些？它们是如何影响的？（15分）3、解释为什么金属材料凝固时大多形成晶体，而陶瓷材料易于形成非晶玻璃体？（10分）四、计算题 (共2小题，共35分)1、纯Cu晶体在常温下的点阵常数为a=0.3615 nm; （20分）（1）指出其晶体结构类型和配位数；（2）简略计算Cu原子半径、原子致密度和两类间隙半径；（3）画出Cu原子在（111）晶面的分布情况，并计算其晶面间距和原子在晶面上的致密度。2、（a）MgO晶体中，肖特基缺陷的生成能为6eV，计算在25和1600时热缺陷的浓度。（b）如果MgO晶体中，含有10-6mol的Al2O3杂质，则在1600时，MgO晶体中是热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势

4、，说明原因。（15分）五、相图分析(共20分)1、如图为ABC三元系统相图。（1）说明化合物D与F的性质（2分）；（2）划分三角形，判断各三元无变量点P、Q、R、S的性质，并写出相平衡方程（4分）；（3）用箭头标出ABC边上及各界线上的温降方向，并判断各界线性质（6分）；（4）写出熔体M析晶过程的相平衡表达式，并计算液相组成点刚达到S点时，各相的百分含量（用线段表示）（8分）。姓名：报考专业：准考证号码：密封线内不要写题姓名：报考专业：准考证号码：密封线内不要写题姓名：报考专业：准考证号码：密封线内不要写题2018年全国硕士研究生招生考试初试自命题试题科目名称：材料物理与化学（A卷B卷）科目代

5、码：815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、填空题(共15空，每空2分，共30分)1、晶体中键的类型主要有化学键和物理键，其中化学键包括离子键、 共价键 、和 金属键 ，物理键包括 范德华键 和 氢键 。2、一个体心立方结构的晶胞中含有 6 个八面体空隙，含有 12 个四面体空隙；一个面心立方结构的晶胞中含有 4 个八面体空隙，含有 8 个四面体空隙。3、绿宝石具有较大的空腔结构，属于 组群状 硅酸盐晶体结构类型，当晶体受热时，大空腔结构会使晶体

6、表现出较小的 膨胀系数 。4、形成弗伦克尔缺陷时，其特征是 间隙质点 和 空位 成对出现。5、固-液相变时，非均态成核势垒与接触角有关。当角分别为 180 、 0和 90 时，（1）非均态成核势垒与均态成核势垒相等；（2）不存在非均态成核势垒；（3）非均态成核势垒为均态成核势垒的一半。二、名词解释(共5小题，每小题6分，共30分)1、同质多晶与类质同晶同质多晶：是指化学组成相同的物质，在不同的热力学条件下形成具有不同结构的晶体；类质同晶：是指化学组成相似或相近的物质，在相同的热力学条件下形成具有相同结构的晶体。2、重构表面重构表面：是指表面原子层在水平方向上的周期性不同于体内，但垂直方向的层间

7、距离与体内相同的表面。3、无规则网络学说无规则网络学说：玻璃的结构与相应的晶体结构相似，同样形成连续的三维空间网络结构；但玻璃的网络与晶体的网络不同，玻璃的网络是不规则的、非周期性的，因此玻璃的内能比晶体的内能要大；由于玻璃的强度与晶体的强度属于同一个数量级，玻璃的内能与相应晶体的内能相差并不多，因此它们的结构单元应是相同的，不同之处在于排列的周期性。4、本征扩散本征扩散：依靠热缺陷（即：弗氏缺陷与肖特基缺陷所产生的空位）进行的扩散。5、不一致熔融化合物不一致熔融化合物：也称异成分熔融化合物或不稳定化合物，即化合物加热到一定温度后会分解成液相和另外一种固相，其组成与原来化合物组成不同。三、简答

8、题 (共3小题，共35分)1、面心立方和密排六方结构中原子的堆垛方式和致密度是否有差异？请加以说明。（10分）答：面心立方和密排六方结构中原子的致密度不存在差异，但堆垛方式存在差异，理由如下：1）面心立方和密排六方晶体结构均为等径原子最秘排结构，二者致密度均为74%，配位数均为12，因此他们的致密度不存在差异；（5分）2）面心立方晶体的最密排面按ABCABC顺序堆垛，而密排立方晶体的最密排面按照ABABAB顺序堆垛，因此它们的堆垛方式存在差异。（5分）2、影响置换固溶体溶解度的因素有哪些？它们是如何影响的？（15分）答：影响置换固溶体溶解度的因素有原子或离子尺寸、晶格结构类型、离子类型、键性、

9、电负性、电价。（5分）它们的影响分析如下：原子或离子尺寸（3分）a. 当r=(r1-r2/r1)15%30%时，溶质与溶剂之前很难形成固溶体或不能形成固溶体，而容易形成中间相或化合物。因此，r越大，则溶解度越小。晶体结构类型（2分）溶质与溶剂晶体结构类型相同时，溶解度大，这是形成连续固溶体的必要条件，而不是充分必要条件。只有两种结构相同和r15%时才是形成连续固溶体的充分必要条件。离子类型、键性和电负性（3分）a. 离子类型是指离子外层的离子构型，相互置换的离子类型相同，溶解度大；b. 化学性质相近，即取代前后离子周围离子间键性相近，溶解度大；c. 电负性差值小时，溶解度大，易形成固溶体；电负

10、性差值大时，溶解度大，易形成化合物。电价因素（2分）形成固溶体时，离子间可以等价置换也可以不等价置换。为了保持电中性，不等价置换不易形成连续固溶体，即溶解度小；电价相同形成连续固溶体，即溶解度大。3、解释为什么金属材料凝固时大多形成晶体，而陶瓷材料易于形成非晶玻璃体？（10分）答：金属材料易于形成晶体而陶瓷材料易于形成非晶玻璃体的原因是：（1）金属材料以金属键结合，金属键没有方向性，也没有饱和性，原子之间易于移动。金属材料在冷却过程中，原子易扩散而形成周期性排列的三维结构，因此金属材料凝固时易于形成晶体。（5分）（2）陶瓷材料以离子键和共价键结合，离子键和共价键有饱和性，且键强比较大，难于断裂

11、，也难以形成，原子难于移动和扩散。同时，陶瓷材料粘度大，难于流动，冷却过程中，容易过冷，原子以流体中无序的结构保留下来，因此陶瓷材料凝固时易于形成非晶玻璃体。（5分）四、计算题 (共2小题，共35分)1、纯Cu晶体在常温下的点阵常数为a=0.3615 nm; （20分）（1）指出其晶体结构类型和配位数；（2）简略计算Cu原子半径、原子致密度和两类间隙半径；（3）画出Cu原子在（111）晶面的分布情况，并计算其晶面间距和原子在晶面上的致密度。解：（1）纯Cu晶体的晶体结构类型为面心立方结构（fcc），其配位数为CN=12。（3分）（2）在面心立方结构中，由4r=2a，可得 r=0.1278 nm

12、（2分）致密度=443r3a3=163(22)3=26=0.74（2分）间隙半径四面体空隙：r四=34a-r=0.0287（2分）八面体空隙：r八=1/2a-2r=0.0529 （2分）（3）111面原子排列情况如图（3分）面间距为d=ah2+k2+l2=a/3=0.2087（3分）致密度为pc=3r263r2=0.906（3分）2、（a）MgO晶体中，肖特基缺陷的生成能为6eV，计算在25和1600时热缺陷的浓度。（b）如果MgO晶体中，含有10-6mol的Al2O3杂质，则在1600时，MgO晶体中是热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势，说明原因。（15分）解：（a）由题意得，OVMg”+ VO

13、” VMg”= VO”,G=-RTlnK VMg”= VO”=e-G/2RT（3分）在25时 VMg”= VO”=e-G/2RT=e(-61.610-196.021023)/(28.314298.15)=2.3610-51（4分）在1600时 VMg”= VO”=e-G/2RT=e(-61.610-196.021023)/(28.3141873.15)=8.7510-9（4分）MgO（b）当含有110-6molAl2O3杂质时，可能形成的杂质缺陷如下：MgO Al2O32AlMg+2OO+Oi” Al2O32AlMg+3OO+ VMg”Al2O3杂质产生的缺陷的数量级为10-610-9，所以杂

14、质缺陷占优势。（4分）五、相图分析(共20分)1、如图为ABC三元系统相图。（1）说明化合物D与F的性质（2分）；（2）划分三角形，判断各三元无变量点P、Q、R、S的性质，并写出相平衡方程（4分）；（3）用箭头标出ABC边上及各界线上的温降方向，并判断各界线性质（6分）；（4）写出熔体M析晶过程的相平衡表达式，并计算液相组成点刚达到S点时，各相的百分含量（用线段表示）（8分）。解：（1）化合物D：不一致熔融二元化合物（高温稳定，低温分解）；化合物F：不一致熔融二元化合物（低温稳定，高温分解）。（2分）（2）P：对应AFC，单转熔点：；R ：对应AFB，低共熔点：；Q：对应直线BFC，双降点形式过渡点：；S：对应直线ADB，双升降点形式过渡点：。（4分）（3）如图所示。转熔界线PQ：;Se1：（6分）（4）析晶路线如图所示，析晶过程表达式为：液相点：固相点：液相组成点刚达到S点时，各相的百分含量为：液相LbM/bS100；固相ASM/bSbD/AD100；固相DSM/bSAb/AD100。（8分）g第 9 页 共 9 页