845 华南理工大学 2017 年攻读硕士学位研究生入学考试试卷 （试卷上做答无效，请在答题纸上做答，试后本卷必须与答题纸一同交回） 科目名称： 材料物理化学 适用专业： 生物医学工程 （ 理学 ） ；材料学；材料工程 （ 专硕 )；生物医学工程 （ 专硕 ） 共 页 第 1 页 一、 选择题（每 题 2 分，共 30 分） 1.空间点阵是对晶体结构中的（ ）抽象而得的。 A. 原子 B. 离子 C. 几何点 D. 等同点 2. 钙钛矿结构中， Ca2+、 Ti4+的静电键强度分别为（ ） A. 1/6, 2/3 B. 1/4, 1/2 C. 1/2, 2/3 D. 1/4, 2/3 3. Al、 Mg、 O 元素电负性分别为 1.5、 1.2 和 3.5，则 MgO 和 Al2O3 晶体的离子键成分为（ ） A. 50%, 63% B. 73%, 82% C. 73%, 63% D. 50%, 44% 4. 关于化合物 A（ KF· AlF3· BaO· 6MgO· Al2O3· 5SiO2）和 B（ 3MgO· 4SiO2· H2O）的结构，下列说法正确的是 （ ） A. 两者都属于层状结构 B. 两者都与云母结构有关 C. 两者属于类质同晶体 D. 化合物 A 与云母有关，而 B 与高岭石有关 5. 在简单碱金属硅酸盐熔体 R2O-SiO2 中，正离子 R+含量对熔体粘度有影响，当 O/Si值较低时，粘度按 Li+>Na+>K+次序增加，这是因为（ ） A. (SiO4)连接方式接近岛状，四面体基本靠 R-O 键力相连 B. 因为 rLi+<rNa+<rK+, Li+键力最强 C. R+半径愈小，对 (SiO4)间的 Si-O 键削弱能力增加 D.由于离子极化使离子变形，共价键成分增加，减弱了 Si-O 键力 6. 离子晶体通常借助表面离子的极化变形和重排来降低其表面能，对于下列离子晶体 的表面能，最小的是（ ） 第 2 页 A. CaF2 B. PbF2 C. PbI2 D. CaCl2 7. 将高表面 能的组分加入低表面能的组分中，则前者在表面层的浓度将（ ）其在体 系 内部的浓度。 A. 低于 B. 高于 C. 等于 D. 无明确关系 8.在小角度晶界上测得位错腐蚀坑的间距为 6.87 m，晶界夹角为 0.084o，则伯氏矢量的长度是（ ） A.8 B. 10 C. 15 D. 10 9.当用焊锡焊接铜丝时，往往先用挫刀除去表面层，这样做的目的不包括（ ） A. 降低表面能 B. 增加表面能 C. 增加粗糙度 D. 增加吸 附牢固度 10.MgO、 Al2O3、 Cr2O3 的正负离子半径比分别为 0.47、 0.36 和 0.40，下列说法正确的是（ ） A. MgO 和 Al2O3 可以形成连续固溶体 B. Cr2O3 和 Al2O3 可以形成连续固溶体 C. MgO 和 Cr2O3 可以形成连续固溶体 D. Cr2O3 和 Al2O3 可以形成有限固溶体 11.合成镁铝尖晶石，选择以下 （ ）组 原料反应速度最快。 A. MgCO3， -Al2O3 B. MgO， -Al2O3 C. MgCO3， -Al2O3 D. MgCO3， Al2O3· 3H2O 12.从熔体中析晶的相变通常发生在（ ） A. 平衡相变温度 B. 低于平衡相变温度 C. 高于 平衡 相变温度 D. 没有一定规律 13.在 BaO 和 TiO2 合成 BaTiO3 时，在一定条件下可以生成 2BaO· TiO2、 BaO· TiO2、BaO· 2TiO2、 BaO· 3TiO2、 BaO· 4TiO2 五种化合物，在此系统中独立组元数是（ ） A. 2 B. 3 C. 4 D. 5 14.在烧结中、后期，往往伴随着晶粒生长过程，晶粒的长大对物料烧结致密的影响第 3 页 是（ ） A. 没有影响 B. 阻碍烧结致密 C. 促进烧结致密 D. 先促进、后阻碍烧结致密 15.为了促进 Si3N4 的烧结，常在配料中加入 3%的 MgO 和 2%的 Y2O3，这时的烧结机理是（ ） A. 蒸发 -凝聚 B. 溶解 -沉淀 C. 扩散传质 D. 粘性流动 二、 填空题（每空 1 分，共 30 分） 1.反尖晶石型晶体（ B(AB)O3）中 A 离子填充了 空隙 ， CsCl 晶体中 Cs+离子占据的是 空隙 ，萤石中 F-离子占据全部 空隙 。 2.在硅酸盐结构分类中，矿物 Ca(Al2Si2O8)、 CaMg(Si2O6)、 -Ca2SiO4 和 Ca2Al(AlSiO7)分别属于 、 、 和 结构类型。 3.氧化物的键 强是形成玻璃的重要条件，根据单键强度的大小可以把氧化物的正离子分为三类： 、 和 ， 其单键强度数值范围分别为 、 和 。 4.一种玻璃的化学组成为 15.5wt%Na2O、 14wt%CaO、 25.5wt%Al2O3 和 45wt%SiO2，这种玻璃的结构参数 R 和 Y 分别为 和 。 5.有一个变价金属氧化物 XO，在还原气氛下形成非化学计量化合物， X 和 O 原子数之比为 1.1： 1，则其化学式应为 ， 产生的晶格缺陷类型为 ，缺陷反应方程式为 ， 随氧分压增大，晶体的电导率是 ，这类晶体的导电机理为 。 6.菲克第一定律适用于求解 ；菲克第二定律适用于求解 。 7.固相反应一般由扩散过程控制，描述 其动力学过程的方程众多，其中抛物线方程、杨德方程和金斯特林格方程最具代表性，抛物线方程的表达式为 ； 杨德方程的表达式为 ；金斯特林格方程的表达式为 。 第 4 页 8.在相变的成核 -生长模式中，均匀成核是指 ； 其临界半径为 ；其临界势垒为 。 非均匀成核是指 ， 其势垒表达式是为 。 三 、 问答与计算（共 7 题， 70 分） 1.Si 和 Al 的原子量非常接近（分别为 28.09 和 26.98），但是 SiO2 和 Al2O3 的密度相差很大（分别为 2.65 和 3.98）。请描述两者的晶体结构特征，并说明密度差异的原因。 2.Al2O3 在 MgO 中形成固溶体，在低共熔温度 1995 时，约有 18wt%（质量分数）Al2O3 溶入 MgO 中，假设 MgO 单位晶胞尺寸变化可以忽略不计，请通过计算说明下列情况下密度的变 化。 （ 1） Al3+为填隙离子 （ 2） Al3+为置换离子 3.将氧化铝粉和石英粉以 Al2O3:SiO2=3:2 配比混合组成原始物料，用以合成莫来石3Al2O3· 2SiO2(A3S2), 若反应以纯固相反应的形式进行，此反应开始的温度是多少？某研究人员用高纯氧化铝粉和高纯石英砂，在 ZnO 作为 矿化剂的条件下 ， 升温至1580C 才可获得完全反应产物莫来石 。 请问 实际 反应温度与你的计算结果有区别吗？为什么？ 热力学函数 物质 fH298 T(J/mol) (kJ/mol) 800K 1000K 1200K 1400K 1600K Al2O3(S) -1675.274 86.012 102.154 117.084 130.818 143.462 SiO2(S) -910.857 61.230 70.667 79.311 87.182 94.391 A3S2(S) -6819.209 418.230 484.434 545.753 602.121 653.993 4.下图是冷却程度对成核 -生长速率的影响，试分析之。 第 5 页 5.在 Al2O3 烧结中，加入少量 Cr2O3 或 TiO2 可促进烧结，且后者 效果更好，请说明原因。 6.掺入少量 Li2O 的 CdO 的氧离子扩散系数与温度的关系如图，请分析：（ 1）氧离子扩散系数出现折 线 的原因；（ 2）各段折线的扩散系数表达式及扩散激活能的差异。 7.脆性是无机材料主要的性能 特征 ， 材料的结构决定性能， 请说明无机材料呈现脆性的原因，并举例说明 如何通过显微结构设计改善无机材料的脆性。 四、 （ 20 分） 下 图为 K2O-Al2O3-SiO2 三元系统相图 （重量 %） ，有 四 个三元化合物，钾长石 KAS6（ K2O· Al2O3· 6SiO2） 1170C 分解，白榴石 KAS41680C 一致 熔融，钾霞石 KAS21800C 一致熔融，和 KAS，请回答下列问题： 1）试画出图 2 中各相界线的温度下降的方向，并说明图中点 a， b， c 的性质（用式子表示）。 2）配料点 M 的组成（重量 %）为：煅烧过的高岭土 AS250，石英 SiO230， 钾 长石 20，试在图上画出 M 点，并求出在平衡条件下，出现液相的最低温度？此温度下可出现的最大液相量？液相的组成及百分含量？ 第 6 页 请将此页剪下用于答题 （重量 %）