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845 华南理工大学 2018 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；材料科学与工程；材料工程 (专硕 )；生物医学工程 (专硕 ) 共 9 页 第 1 页 一、选 择题（ 30 分， 每小题 2 分 ） 1、化合物 Cr2O3 和 K2O 中阳离子的配位数分别为（ ） A、 6 和 12 B、 6 和 6 C、 4 和 12 D、 4 和 6 2、原子半径为 R，根据晶胞常数计算的面心立方晶胞和体心立方晶胞的体积分别为（ ） A、 R3 和 16 R3 B、 16 R3 和 R3 C、 16 R3 和 R3 D、 R3 和 16 R3 3、化学式 KFAlF3BaOMgOAl2O35MgSiO3 的晶体具有白云母类型晶体结构，其结构特征是（ ） A、二八面体， Ba2+取代部分 Mg2+，镁氧八面体中 OH-被 F-取代，层间进入 K+ B、三八面体， Ba2+取代部分 Mg2+，镁氧八面体中 O2-被 F-取代，层间进入 K+ C、二八面体，镁氧八面体中 OH-被 F-取代，层间进入 K+和 Ba2+ D、三八面体，镁氧八面体中 O2-被 F-取代，层间进入 K+和 Ba2+ 4、晶体缺陷分为点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺 陷，以下缺陷中不属于点缺陷的是（ ） 第 2 页 A、弗伦克尔缺陷 B、肖特基缺陷 C、色心 D、固溶体 5、超疏水是指水在固体表面的接触角大于 150，即液体在固体表面不浸润，要达到此状态，不能采用的方法有（ ） A、除去固体表面吸附膜 B、在固体表面吸附低表面能物质 C、增加固体的表面粗糙度 D、降低固体表面能 6、在简单碱金属硅酸盐熔体 R2O-SiO2 中，正离子 R+含量对熔体黏度有影响，当 O/Si值较低时，黏度按照 Li+Na+K+次序增加，这是因为（ ） A、（ SiO4）连接方式已接近岛状，四面体基本靠 R-O 键力相连 B、因为 r Li+ r Na+ r K+， Li+键力最强 C、（ SiO4）间的键力是黏度的主要表征， 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 7、非化学计量化合物都是半导体，属于 P 型半导体的是（ ） A、 TiO2-x， Zn1+xO B、 UO2+x， Cu2-xO C、 ZnO1-x， Ca1-xO D、 Cr2+xO3， Co1-xO 8、具有面心立方晶格的晶体，其（ 110）、（ 100）和（ 111）面上表面密度分别为 0.785，0.555 和 0.907，则固气表面能最高的晶面是（ ） A、（ 100） B、（ 110） C、（ 111） 9、 在三元相图中两相界线的自由度是（ ） A、 0 B、 1 C、 2 D、 3 第 3 页 10、 一定量的硫型固态物质熔融成液态时， 液态与固态相比发生（ ）现象。 A、体积膨胀 B、体积收缩 C、体积不变化 11、 有物质定向迁移的扩散一定是由（ ）引起的。 A、 温度梯度 B、 浓度梯度 C、 化学位梯度 D、 电势差 12、 没有液相或气相参与的纯固相反应，需要满足热力学条件（ ）反应才能进行。 A、 G0 B、 H0 C、 H0 D、 S=0 13、 在烧结过程中，只改变形状而不引起坯体致密化的传质方式有 （ ）。 A、晶格扩散 B、晶界扩散 C、颗粒重排 D、表面扩散 14、 液相析晶相变时，晶核与形核基体间的接触角 影响非均匀成核位垒。当 为（ ）时，非均匀成核位垒下降一半。 A、 0 B、 45 C、 90 D、 180 15、 相变的形式多种多样，具有不同的特点，在低温下能够高速进行的相变为（ ） A、玻璃分相 B、马氏体相变 C、液相析晶 D、珠光体相变 二、填空 题 （ 30 分 ，每空 1 分 ） 1、电子陶瓷中的铁氧体磁性材料是以尖晶石相为基础制成的，例如 Fe3O4，其结构式可以写成 (1) ， 二价铁和三价铁占据的多面体孔隙和分数分别是 (2) 和 （ 3） 。 第 4 页 2、 ABX3 化合物三种晶型分别为 （ 4） 、 （ 5） 和 （ 6） 。ABX3 化合物究竟以哪种晶型出现，与 （ 7） 关系最大。 3、玻璃形成的结晶化学规律有： （ 8） 、 （ 9） 和 （ 10） 。 4、玻璃的很多性质取决于玻璃网络参数中的 Y 值。要构成三维网络结构，硅酸盐玻璃中，此值通常为 （ 11） 。 5、由于 （ 12） 的结果，必然会在晶体结构中产生“组分缺陷”，组分缺陷的浓度主要取决于 （ 13） 和 （ 14） 。 6、陶瓷 坯 体中很容易出现毛细管凝结，请写出描述毛细管半径与蒸汽压下降之间关系的方程式 （ 15） 。 7、 固相反应一般包括 （ 16） 、 （ 17） 、 （ 18） 三个过程，在硅酸盐工业中，最重要的固相反应处于 （ 19） 范围 。 8、 两相化学势相等，但化学势的一阶偏微商不相等的相变称为 （ 20） ， 发生时有 （ 21） 和 （ 22） 的变化，因此 （ 23） 、 （ 24） 、 （ 25） 等属于此类相变。 9、 （ 26） 是大多数固 相 烧结的主要传质形式，液相烧结的传质方式主要有 （ 27） 和 （ 28） 。液相烧结传质速度比固相烧结 （ 29） ，致密化程度 （ 30） ，是常见的陶瓷烧结方式。 第 5 页 三、问答及计算（ 70 分，每题 10 分） 1、请解释以下现象的原因： （ 1）在层状硅酸盐结构中， Al3+ 经常取代 Si4+，但 Si4+不会 取代 Al3+， 请问为什么？（配位数为 6 时， Al3+ 、 Si4+、 O2-的离子半径分别为 0.53、 0.40 和 1.40；配位数为 4时，相应的离子半径分别为 0.40、 0.26 和 1.38） （ 2）硅酸盐结构由硅氧四面体共顶连接成链状、环状、层状以及架状结构。在磷酸盐（ PO4） 3-及硫酸盐（ SO3） 2-中也有相似的四面体，但常常是孤岛状结构， 而 AlPO4却具有与石英类似的结构，为什么？ 2、 镁橄榄石是镁质耐火材料中的主要矿物，熔点 高，硬度大，其结构如图 1 所示。请用鲍林规则分析其结构，并说明结构与性能 的关系。 图 1 第 6 页 3、 锆钛酸铅镧（ PLZT）陶瓷是一种性能优异的陶瓷，其显微结构会显著影响性能，因此通过工艺调控其显微结构的形成至关重要 。 图 2 是两张 PLZT 陶瓷的电镜照片，请分析这两种显微结构的形成过程。 图 2 4、 固相反应速率很大程度上受到反应物活性的影响，请问哪些因素会影响反应物活性？ 5、 如 果在某过冷液中形成边长为 a 的立方体晶核，求晶核的临界边长 a0 和临界自由能 G0。和球形晶核比较，哪种晶核的临界自由能大？ 6、 图 3 描述了硅酸盐玻璃中阳离子的扩散系数，请问： （ 1）三种离子扩散系数差异的原因是什么？ （ 2） Na+的扩散系数出现转折的原因是什么？ 第 7 页 图 3 7、 氧化锆（ ZrO2）是一类重要的耐火材料。试用热力学方法分析 ZrO2 在含氢还原气氛中的稳定性。 已知在考虑的温度范围内 ,氢气压2 51.013 10Hp Pa， 有关热力学数据见表 ： 物质 H298（ kJ/mol） T(J/(molK) 1000K 1400K 1800K 2100K ZrO2 -1097.463 83.703 101.608 117.259 127.322 H2 0 145.403 152.906 159.123 163.173 Zr 0 52.95 61.17 67.94 72.219 H2O -241.814 206.716 216.285 224.487 229.978 第 8 页 四 、相图（ 20 分） （注意：此题必须答在答题纸上，请剪下相图作答，并贴于答题纸上） A-B-C 三元相图如图 4 所示。图中有一个二元化合物 D（ AmBn）和一个三元化合物 M（ AxByCz）。要求： 1.划分副三角形，写出副三角形名称； 2.标注界线上温度下降的方向， 转 熔线用双箭头表示； 3.写出图中 E1、 E2、 E3、 E4 各点的相平衡关系式； 4.说明组成点 F 的析晶过程，计算析晶结束后各晶相组成比例。 第 9 页 图 4
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