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材料科学基础复习,张其土 南京工业大学材料学院 2012年12月1日,一、命题原则,是一种选拔性的考试，试题应能测试出考生是否具备研究生入学的基本条件，着重考查考生的基础知识、基础理论和知识的运用能力。 试题总分为150分钟，考试时间为3小时。 1、难度适宜 2、构成合理：应包括选择题、填充题、问答题、计算题、综合题等；选择和填充题的比例不宜超过40%，具有深度和灵活运用知识能力的考题（难题）以不超过总分的15%为宜。 3、题量适度,二、题目类型,是非题：10-15分选择题：15-30分填充题：15-30分名词解释：15-20分论述分析题：20-35分计算题：15-30分相图分析：15-25分,一、是非题（正确的打“”，错误的打“”）1. 在宏观晶体中所存在的对称要素都必定通过晶体的中心。2. 等轴晶系的对称特点是具有4根3次轴。3. 微观对称要素的核心是平移轴。,二、选择题：1. 在等轴晶系中，可能存在的空间格子类型为 。 (a) P，I，C (b) P，I，F (c) P，C，F (d) F，I，C2. 晶体结构中一切对称要素的集合称为 。 (a) 对称型 (b) 点群 (c) 微观对称的要素的集合 (d) 空间群3. 在各种层状硅酸盐结构中，晶胞参数相近的是 。 (a) a0和b0 (b) a0和c0 (c) c0和b0 (d) c0,三、填充题：晶胞是 (1) 。 空间群为Fm3m的晶体结构属于 （2） 晶族， （3） 晶系。(1) 能充分反映整个晶体结构特征的最小结构单元；（2）高级；（3）立方； 四、计算题：试计算Na2OCaOAl2O33SiO2玻璃的四个结构参数 Z、R、X 和 Y。 Z=4、R=2.2、Y=3.6、X=0.4。,五、论述分析题 固相烧结与液相烧结的主要传质方式？固相烧结与液相烧结之间有何相同 与不同之处？,三、主要参考书,材料科学基础 张联盟主编，武汉理工大学出版社无机材料科学基础 张其土主编，华东理工大学出版社或其他无机材料科学基础的教材,第一章、晶体结构基础,1、晶体的基本概念 晶体的本质：质点在三维空间成周期性重复排列 晶体的基本性质：结晶均一性、各向异性、自限性、对称性、 最小内能性2、对称的概念 物体中的相同部分作有规律的重复 对称要素：对称面、对称中心、对称轴（对称轴的类型和特点） 4次倒转轴不能被其他的对称要素及其组合取代 （L1、L2、L3、L4、L6、C、P、 L4i ）对称操作:借助对称要素，使晶体的相同部分完全重复的操作 对称要素的组合必须满足晶体的整体对称要求，不是无限的,3、对称型（点群）：宏观晶体中只存在32种对称型 对称型的概念（所具有的宏观对称要素以一定的顺序组合起来）4、晶体的分类 、晶族分类的依据5、晶面的取向关系 、晶面指数的含义和计算（举例）6、空间点阵的概念、 14种布拉维格子（ P、I、F、C格子） 7、晶胞的概念 、晶胞参数（计算）8、微观对称要素的特征、空间群的概念（只存在230种空间群） 在微观对称操作中都包含有平移动作 9、球体紧密堆积原理 （六方密堆、立方密堆） 10、鲍林规则（离子晶体）11、决定晶体结构的因素：化学组成、质点相对大小、极化性质 12、同质多晶,13、典型的晶体结构（晶体结构的描述方法） CaF2结构、金刚石结构、金红石结构、刚玉结构、 CaTiO3、尖晶石结构、NaCl结构 14、硅酸盐晶体结构、硅酸盐晶体结构分类的依据 15、层状硅酸盐晶体的结构特点，（晶胞参数a和b值相近）16、石英、磷石英、方石英的结构特点,第二章、晶体结构缺陷,1、缺陷的概念（凡是造成晶体点阵的周期性势场发生畸变的一切因素） 2、热缺陷 （弗伦克尔缺陷、肖特基缺陷）及计算 热缺陷是一种本征缺陷、高于0K就存在， 影响热缺陷浓度的因数：温度和热缺陷形成能（晶体结构） 3、杂质缺陷、固溶体（晶态固体） 固溶体、化合物、混合物之间的比较 4、非化学计量化合物结构缺陷 种类、形成条件、特点，缺陷的计算等5、连续置换型固溶体的形成条件 6、影响形成间隙型固溶体的因素7、组分缺陷（补偿缺陷）：不等价离子取代 形成条件、特点（浓度取决于掺杂量和固溶度） 缺陷浓度的计算、与热缺陷的比较,8、缺陷反应方程和固溶式 9、固溶体的研究与计算 写出缺陷反应方程 固溶式、算出晶胞的体积和重量 理论密度（间隙型、置换型） 和实测密度比较 10、位错概念 刃位错：滑移方向与位错线垂直，伯格斯矢量b与位错线垂直 螺位错：滑移方向与位错线平行，伯格斯矢量b与位错线平行,第三章、非晶体固体,1、熔体的概念：不同聚合程度的各种聚合物的混合物 硅酸盐熔体的粘度与组成的关系2、非晶态物质的特点 3、玻璃的通性（4个） 4、 Tg 、Tf ,相对应的粘度和特点5、网络形成体、网络变化体、网络中间体,6、玻璃形成的热力学观点（结晶化、玻璃化、分相）7、玻璃形成的动力学条件 3T图-临界冷却速率8、玻璃形成的结晶化学条件（键强、键型）9、玻璃的结构学说（二种玻璃结构学说的共同之处和不同之处）10、玻璃的结构参数 （注意给出的条件） Z可根据玻璃类型定，先计算R，再计算X、Y11、硼的反常现象,第四章、表面与界面,1、晶体的表面双电层与表面能的关系 2、润湿的概念、定义 改善润湿的方法：去除表面吸附膜（提高固体表面能）、 改变表面粗糙度、降低固液界面能 3、表面粗糙度对润湿的影响 4、吸附膜对润湿的影响 5、弯曲表面的效应与开尔文公式6、晶界的概念、晶界的分类与特点 7、晶界构型，以及决定晶界构型的因素8、晶界应力（与热膨胀系数差、温度差、晶粒直径成正比，与晶粒长 度成反比；细而长的针状晶粒的强度和抗冲击性能好）,9、粘土荷电的原因10、粘土与水的作用、粘土泥浆属于塑性流动 11、电动电位的概念，以及影响因素12、泥浆胶溶的机理与条件13、泥浆发生触变的原因 14、粘土的可塑性15、瘠性料的悬浮与塑化,第五章、相平衡,1、相律以及相图中的一些基本概念 相、独立组分、自由度等2、自由度与相图座标系统的关系3、等含量规则、等比例规则、杠杆规则、三角形规则、 连线规则、切线规则、重心规则等。4、可逆与不可逆多晶转变的特点5、一致熔和不一致熔化合物的特点6、三元相图析晶路径的分析 判断化合物的性质 划分副三角形（与无变量点的关系） 标出界线上的温度走向和界线的性质 确定无变量点的性质 分析具体的析晶路程,第六章、扩散与固相反应,1、固体中扩散的特点 2、菲克定律（宏观现象） 菲克第一定律：稳态扩散 菲克第二定律：不稳态扩散3、扩散系数是一个什么样的参数（Dfr2） 4、扩散推动力（化学位梯度） 5、扩散系数的一般热力学关系式及其讨论 6、质点的扩散方式（五种、其中空位最常见，所需能量最小） 7、本征扩散、非本征扩散，及其相应的扩散系数D和扩散活化能 产生本征扩散与非本征扩散的原因与条件，分析、计算 非化学计量化合物中的扩散8、萤石结构的ZrO2中Zr4+和O2-哪个扩散的活化能大？,9、固相反应的定义、泰曼温度10、固相反应的转化率 11、固相反应的一般动力学关系（反应的总阻力=各个分阻力之和）12、固相反应的特点 （化学反应动力学范围、扩散动力学范围）13、杨德尔方程 G0.3 14、金斯特林格方程 G0.8,第七章、相变,1、相变的概念 2、相变的分类 3、一级相变、二级相变 4、固态相变 马氏体相变的概念与特征、有序无序相变的概念5、相变过程中的亚稳态与形成亚稳区的原因6、晶核的形成条件、临界晶核半径rk、成核位垒（要有T）7、均匀成核速率，影响成核速率的因素：核坯的数目、质点加到核坯 上的速率 Iv=PD,8、均匀成核、非均匀成核（非均匀成核速率） 9、晶体生长速率 10、成核与晶体生长相比，需要更大的T 11、分相现象、分相的概念及判断12、玻璃析晶热处理分析,第八章、烧结,1、烧结的概念、定义 2、烧结与烧成、烧结与熔融、烧结与固相反应3、烧结的推动力（过剩的表面能G）4、烧结的模型5、固态烧结的类型、特点、公式。在扩散传质中质点由什么地方向什 么地方扩散？6、液态烧结的类型、特点、公式7、液态烧结与固态烧结的异同点 8、晶粒生长的概念、公式、计算：D2-Do2=kt 晶粒生长与再结晶是在烧结的中、后期进行的 晶粒生长不是小晶粒之间的相互粘结，而是晶界移动的结果,9、二次再结晶的概念、晶粒生长与二次再结晶的区别 10、造成二次再结晶的原因以及防止二次再结晶的方法11、在有杂质（或烧结添加剂存在下）的晶粒生长：G3-Go3=kt 12、在晶粒的正常生长过程中，晶粒的极限尺寸；并分析烧结过程中 的晶粒大小。,
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