材料科學(xué)基礎(chǔ)相圖習(xí)題【精選文檔】

1、材料科學(xué)基礎(chǔ)相圖習(xí)題【精選文檔】1下圖為一勻晶相圖，試根據(jù)相圖確定： （1) wB0。40的合金開始凝固出來的固相成分為多少？ (2）若開始凝固出來的固體成分為wB0.60，合金的成分為多少？ (3)成分為wB0.70的合金最后凝固時(shí)的液體成分為多少？ (4）若合金成分為wB0.50，凝固到某溫度時(shí)液相成分wB0.40，固相成分為wB0.80，此時(shí)液相和固相的相對(duì)量各為多少？2MgNi系的一個(gè)共晶反應(yīng)為： (570）設(shè)wNi1C1為亞共晶合金，wNi2C2為過共晶合金,這兩種合金中的先共晶相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相等，但C1合金中的總量為C2臺(tái)金中總量的2。5倍,試計(jì)算C1和C2的成分.3 根據(jù)A-B二元

2、相圖 （1) 寫出圖中的液相線、固相線、和相的溶解度曲線、所有的兩相區(qū)及三相恒溫轉(zhuǎn)變線；（2） 平衡凝固時(shí),計(jì)算A-25B（weight)合金（y'y線)凝固后粗晶相在鑄錠中的相對(duì)含量;(3) 畫出上述合金的冷卻曲線及室溫組織示意圖.4根據(jù)如圖所示的二元共晶相圖 （1）分析合金I，II的結(jié)晶過程，并畫出冷卻曲線； （2）說明室溫下合金I，II的相和組織是什么，并計(jì)算出相和組織組成物的相對(duì)含量? （3）如果希望得到共晶組織加上5的b初的合金，求該合金的成分。 (4）合金I，II在快冷不平衡狀態(tài)下結(jié)晶，組織有何不同？5指出下列相圖中的錯(cuò)誤: (a)(b)(c)(d)6. 試述二組元固溶體相

3、的吉布斯（Gibbs）自由能-成分曲線的特點(diǎn)？ 1下圖為一勻晶相圖，試根據(jù)相圖確定： (1) wB0。40的合金開始凝固出來的固相成分為多少？ （2）若開始凝固出來的固體成分為wB0。60，合金的成分約為多少？ （3）成分為wB0。70的合金最后凝固時(shí)的液體成分約為多少？ （4)若合金成分為wB0.50，凝固到某溫度時(shí)液相成分wB0.40,固相成分為wB0.80，此時(shí)液相和固相的相對(duì)量各為多少?第1題答案2MgNi系的一個(gè)共晶反應(yīng)為： （570）設(shè)wNi1C1為亞共晶合金，wNi2C2為過共晶合金，這兩種合金中的先共晶相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相等，但C1合金中的總量為C2臺(tái)金中總量的2.5倍,試計(jì)算C1和

4、C2的成分。第2題答案 3根據(jù)A-B二元相圖 （1） 寫出圖中的液相線、固相線、和相的溶解度曲線、所有的兩相區(qū)及三相恒溫轉(zhuǎn)變線;(2) 平衡凝固時(shí)，計(jì)算A25B（weight%）合金（yy線）凝固后粗晶相在鑄錠中的相對(duì)含量；(3) 畫出上述合金的冷卻曲線及室溫組織示意圖。第3題答案4根據(jù)如圖所示的二元共晶相圖 （1）分析合金I，II的結(jié)晶過程，并畫出冷卻曲線; （2）說明室溫下合金I，II的相和組織是什么，并計(jì)算出相和組織組成物的相對(duì)含量？ (3）如果希望得到共晶組織加上5的b初的合金，求該合金的成分. （4）合金I，II在快冷不平衡狀態(tài)下結(jié)晶，組織有何不同？第4題答案:第4題：5指出下列相圖

5、中的錯(cuò)誤： (a)(b)(c)(d)第5題答案：（a)： 、相區(qū)間應(yīng)有兩相區(qū).即相圖中違反了“鄰區(qū)原則"。(b）: 二元系中不可能有四相平衡，即違反了“相律”。(c）: 純組元A在1個(gè)溫度范圍內(nèi)結(jié)晶，這是違反相律的。（d): 二元系中三相平衡時(shí)，3個(gè)相都必須有確定的成分。圖中液相上的成分是范圍，這是錯(cuò)誤的.6。 試述二組元固溶體相的吉布斯(Gibbs）自由能-成分曲線的特點(diǎn)？ 第6題答案：7組元A和B的熔點(diǎn)分別為700和500,在液態(tài)完全互溶，在固態(tài)部分互溶形成和固溶體，其最大溶解度分別為為5B和25A（重量），在零度時(shí)溶解度則為2B和5%A（重量）.兩金屬形成熔點(diǎn)為750的A2B化

6、合物,A和B的原子量分別為30和50.在450和320分別發(fā)生液體成分為22B和60%B(重量）的共晶轉(zhuǎn)變。（1）試根據(jù)相律繪成平衡相圖并標(biāo)注各相區(qū)符號(hào)及特征點(diǎn)的溫度和成分。（2）如果希望得到A2B化合物與共晶組織加上5的b初的合金,求該合金的成分。05碩士答案：(1）相圖，x為A原子重量百分比。設(shè)合金的成分為x，由題意：W初=（x-0。6)/(0.750。6)=5%x=515+60%=0。75+60%=60.758綜述金屬結(jié)晶過程形核的熱力學(xué)條件、能量條件和結(jié)構(gòu)條件。答：必須同時(shí)滿足以下四個(gè)條件,結(jié)晶才能進(jìn)行。（1)熱力學(xué)條件為DG<0。 只有過冷(熱過冷）才能使DG<0。因?yàn)镈

7、GvLmDT/Tm（DT為過冷度），即金屬結(jié)晶時(shí)，實(shí)際開始結(jié)晶的溫度必須低于理論結(jié)晶已度(即DT0）.（3）能量條件為具有能量起伏.一個(gè)臨界晶核形成時(shí)，五分之一的表面能要靠能量起伏來提供。（4)結(jié)構(gòu)條件為具有結(jié)構(gòu)起伏。液態(tài)金屬中規(guī)則排列的原子集團(tuán)時(shí)聚時(shí)散的現(xiàn)象.它是結(jié)晶核心形成的基礎(chǔ)。結(jié)晶金屬由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程稱為凝固,由于固態(tài)金屬是晶體故又把凝固稱為結(jié)晶。 重結(jié)晶-指在固態(tài)狀態(tài)下，物質(zhì)由一種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成另一種結(jié)構(gòu)，這是一種固態(tài)相變過程。 再結(jié)晶將冷壓力加工以后的金屬加熱到一定溫度后，在變形的組織中重新產(chǎn)生新的無畸變的等軸晶粒、性能恢復(fù)到冷壓力加工前的軟化狀態(tài)的過程。在此過程中，仍然屬于固態(tài)

8、過程。 三者的區(qū)別于聯(lián)系:結(jié)晶、重結(jié)晶發(fā)生相變過程，再結(jié)晶沒有；結(jié)晶、重結(jié)晶和再結(jié)晶都是形核與長大的過程。發(fā)生結(jié)晶與重結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力為反應(yīng)相與生成相的自由能差,再結(jié)晶為儲(chǔ)存能。再結(jié)晶后強(qiáng)度、硬度下降而塑韌性提高，而重結(jié)晶則屬于同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。第九章燒結(jié);1、解釋下列名詞；(1）燒結(jié)：粉料受壓成型后在高溫作用下而致密化的；燒成:坯體經(jīng)過高溫處理成為制品的過程，燒成包括多；變化；部分;（2）晶粒生長：無應(yīng)變的材料在熱處理時(shí)，平均晶粒;況下，連續(xù)增大的過程;二次再結(jié)晶:少數(shù)巨大晶粒在細(xì)晶消耗時(shí)成核長大過程;(3）固相燒結(jié)：固態(tài)粉末在適當(dāng)?shù)臏囟?、壓力、氣氛；氣孔之間的傳質(zhì)，變?yōu)閳?jiān)硬、致密燒結(jié)體的過程；液第

9、九章 燒 結(jié)1、解釋下列名詞(1）燒結(jié):粉料受壓成型后在高溫作用下而致密化的物理過程。燒成：坯體經(jīng)過高溫處理成為制品的過程，燒成包括多種物理變化和化學(xué)變化。燒成的含義包括的范圍廣，燒結(jié)只是燒成過程中的一個(gè)重要部分。（2）晶粒生長:無應(yīng)變的材料在熱處理時(shí)，平均晶粒尺寸在不改變其分布的情況下，連續(xù)增大的過程.二次再結(jié)晶：少數(shù)巨大晶粒在細(xì)晶消耗時(shí)成核長大過程。（3)固相燒結(jié)：固態(tài)粉末在適當(dāng)?shù)臏囟?、壓力、氣氛和時(shí)間條件下，通過物質(zhì)與氣孔之間的傳質(zhì)，變?yōu)閳?jiān)硬、致密燒結(jié)體的過程。液相燒結(jié)：有液相參加的燒結(jié)過程。2、詳細(xì)說明外加劑對(duì)燒結(jié)的影響？答：（1）外加劑與燒結(jié)主體形成固溶體使主晶格畸變,缺陷增加，有利

10、結(jié)構(gòu)基元移動(dòng)而促進(jìn)燒結(jié)；（2）外加劑與燒結(jié)主體形成液相，促進(jìn)燒結(jié)；（3）外加劑與燒結(jié)主體形成化合物,促進(jìn)燒結(jié)；（4）外加劑阻止多晶轉(zhuǎn)變，促進(jìn)燒結(jié)；（5）外加劑起擴(kuò)大燒結(jié)范圍的作用.3、簡述燒結(jié)過程的推動(dòng)力是什么？答：能量差,壓力差,空位差.4、說明影響燒結(jié)的因素？答：（1）粉末的粒度.細(xì)顆粒增加了燒結(jié)推動(dòng)力,縮短原子擴(kuò)散距離,提高顆粒在液相中的溶解度,從而導(dǎo)致燒結(jié)過程的加速；（2）外加劑的作用。在固相燒結(jié)中，有少量外加劑可與主晶相形成固溶體，促進(jìn)缺陷增加,在液相燒結(jié)中，外加劑改變液相的性質(zhì)（如粘度，組成等)，促進(jìn)燒結(jié)。（3）燒結(jié)溫度:晶體中晶格能越大，離子結(jié)合也越牢固，離子擴(kuò)散也越困難,燒結(jié)溫

11、度越高。(4）保溫時(shí)間：高溫段以體積擴(kuò)散為主，以短時(shí)間為好，低溫段為表面擴(kuò)散為主，低溫時(shí)間越長，不僅不引起致密化，反而會(huì)因表面擴(kuò)散，改變了氣孔的形狀而給制品性能帶來損害，要盡可能快地從低溫升到高溫，以創(chuàng)造體積擴(kuò)散條件。（5）氣氛的影響：氧化，還原，中性。（6）成形壓力影響：一般說成型壓力越大顆粒間接觸越緊密，對(duì)燒結(jié)越有利。5、在擴(kuò)散傳質(zhì)的燒結(jié)過程中，使坯體致密的推動(dòng)力是什么？哪些方法可促進(jìn)燒結(jié)?說明原因.答：在擴(kuò)散傳質(zhì)的燒結(jié)過程中，系統(tǒng)內(nèi)不同部位(頸部、顆粒接觸點(diǎn)、顆粒內(nèi)部）空位濃度不同，導(dǎo)致原子或質(zhì)點(diǎn)由顆粒接觸點(diǎn)向頸部遷移，填充到氣孔中。因此使坯體致密化的推動(dòng)力是空位濃度差.對(duì)于擴(kuò)散傳質(zhì):（

12、1）控制原料的起始粒度非常重要,顆粒細(xì)小的原料可促進(jìn)燒結(jié)，因?yàn)轭i部增長速率x/r與原料起始粒度r的3/5次方成反比；（2）溫度對(duì)燒結(jié)過程有決定性作用，擴(kuò)散系數(shù)與溫度呈指數(shù)關(guān)系，因此提高溫度可加速燒結(jié)。6、固相燒結(jié)與液相燒結(jié)的主要傳質(zhì)方式？固相燒結(jié)與液相燒結(jié)之間有何相同與不同之處？答：固相燒結(jié)的主要傳質(zhì)方式有蒸發(fā)凝聚傳質(zhì)和擴(kuò)散傳質(zhì)，液相燒結(jié)的主要傳質(zhì)方式有溶解沉淀傳質(zhì)和流動(dòng)傳質(zhì)。固相燒結(jié)與液相燒結(jié)的共同點(diǎn)是燒結(jié)的推動(dòng)力都是表面能；燒結(jié)過程都是由顆粒重排、物質(zhì)傳遞與氣孔充填、晶粒生長等階段組成.不同點(diǎn)是：由于流動(dòng)傳質(zhì)比擴(kuò)散傳質(zhì)速度快,因而致密化速率高；固相燒結(jié)主要與原料粒度和活性、燒結(jié)溫度、氣氛成

13、型壓力等因素有關(guān),液相燒結(jié)與液相數(shù)量、液相性質(zhì)、液固潤濕情況、固相在液相中的溶解度等有關(guān)。7、氧化鋁燒結(jié)到接近理論密度時(shí),可使可見光幾乎透過100%,用它來裝鈉蒸氣（在超過大氣壓的壓力下)作為路燈.為通過燒結(jié)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，請(qǐng)你列出研究方案。答：制備透明氧化鋁陶瓷的主要技術(shù)措施是：(1）采用高純氧化鋁原料，Al2O399。9，無雜質(zhì)和玻璃相;（2)添加0.10。5%MgO，在晶粒表面生成鎂鋁尖晶石，降低晶界移動(dòng)速度，抑制晶粒生長；(3）在氫氣或真空中燒結(jié)，促進(jìn)氣孔擴(kuò)散;（4）采用熱壓燒結(jié),提高制品致密度。8、試述燒結(jié)的推動(dòng)力和晶粒生長的推動(dòng)力，并比較兩者之大小。答:燒結(jié)推動(dòng)力是粉狀物料的表面能（s

14、v）大于多晶燒結(jié)體的晶界能（gb）,即sv>gb.生長的推動(dòng)力是晶界兩側(cè)物質(zhì)的自由焓差，使界面向晶界曲率半徑小的晶粒中心推進(jìn).燒結(jié)的推動(dòng)力較大,約為420J/g.晶粒生長的推動(dòng)力較小，約為0.42J/g，因而燒結(jié)推動(dòng)力比晶粒生長推動(dòng)力約大十倍。9、99A12O3瓷的燒結(jié)實(shí)驗(yàn)測(cè)得在1350燒結(jié)時(shí)間為10min時(shí),收縮率LL為4;燒結(jié)時(shí)間為45min，收縮率為7。3。試求這種氧化鋁瓷燒結(jié)的主要傳質(zhì)方式是哪一種?答：Al2O3瓷燒結(jié)的主要傳質(zhì)方式是擴(kuò)散傳質(zhì)。10、燒結(jié)推動(dòng)力是什么？ 它可憑哪些方式推動(dòng)物質(zhì)的遷移，各適用于何種燒結(jié)機(jī)理？解： 燒結(jié)的推動(dòng)力從廣義上講是化學(xué)位移梯度，具體的是系統(tǒng)的表

15、面能;主要以流動(dòng)傳質(zhì)，擴(kuò)散傳質(zhì)，氣象傳質(zhì),溶解 - 沉淀方式推動(dòng)物質(zhì)遷移。其中：固相燒結(jié)中傳質(zhì)機(jī)理：(1） 流動(dòng)傳質(zhì) (2） 擴(kuò)散傳質(zhì) (2） 氣相傳質(zhì)。液相燒結(jié)中的傳質(zhì)機(jī)理 (1） 流動(dòng)傳質(zhì) （2) 溶解沉淀11、燒結(jié)過程是怎樣產(chǎn)生的,各階段的特征是什么？解：燒結(jié)過程是經(jīng)過成型的固體粉狀顆粒在加熱到低于熔點(diǎn)溫度的溫度下，產(chǎn)生顆粒粘結(jié)；通過 物質(zhì)傳遞，使成型題逐漸變成具有一定幾何形狀和性能的整體的過程。燒結(jié)初期：顆粒僅發(fā)生重排和鍵和，顆粒和空隙形狀變化很小，頸部相對(duì)變化 x/r0。3 ,線收縮率小于0。06 。燒結(jié)中期:（1）燒結(jié)中期,頸部進(jìn)一步擴(kuò)大，顆粒變形較大，氣孔由不規(guī)則的形狀逐漸變成由

16、三個(gè)顆粒包圍的，近似圓柱形的氣孔，且氣孔是聯(lián)通的.（2)晶界開始移動(dòng),顆粒正常長大。與氣孔接觸的顆粒表面為空位源，質(zhì)點(diǎn)擴(kuò)散以體積擴(kuò)散和晶界擴(kuò)散為主而擴(kuò)散到氣孔表面，空位返鄉(xiāng)擴(kuò)散而消失.（3）坯體氣孔率降為5%左右，收縮達(dá)90.燒結(jié)末期：（1）進(jìn)入燒結(jié)末期，氣孔封閉，相互孤立，理想情況為四個(gè)顆粒包圍,近似球狀。（2)晶粒明顯長大，只有擴(kuò)散機(jī)理是重要的，質(zhì)點(diǎn)通過晶界擴(kuò)散和體積擴(kuò)散，進(jìn)入晶界間近似球狀的氣孔中。（3）收縮率達(dá)90100%, 密度達(dá)理論值的95 以上。12、下列過程中哪一個(gè)能使燒結(jié)體強(qiáng)度增大，而不產(chǎn)生坯體宏觀上的收縮？ 試說明之。（a)蒸發(fā)冷凝; （b） 體積擴(kuò)散； （c) 粘性流動(dòng)；

17、 （d） 表面擴(kuò)散； （e） 溶解沉淀解：a，d能使燒結(jié)體強(qiáng)度增大，而不會(huì)產(chǎn)生坯體宏觀上的收縮.因?yàn)檫@兩種物質(zhì)傳遞僅涉及坯體表面形狀的變化，而并沒有涉及到坯體內(nèi)部氣孔體積的變化。這樣,坯體表面顆粒間接觸面積增大,粘附力增加，從而使燒結(jié)體強(qiáng)度增大，但不產(chǎn)生坯體宏觀上的收縮.13、有人試圖用延長燒結(jié)時(shí)間來提高產(chǎn)品致密度，你以為此法是否可行，為什么？ 解：延長燒結(jié)時(shí)間一般都為不同程度地促使燒結(jié)完成，但對(duì)粘性流動(dòng)機(jī)理的燒結(jié)較為明顯，而對(duì)體積擴(kuò)散和表面擴(kuò)散機(jī)理影響較小。對(duì)體積擴(kuò)散和表面擴(kuò)散，低溫下以表面擴(kuò)散為主，高溫下以體積擴(kuò)散為主，而表面擴(kuò)散并不改變?yōu)榕黧w的致密度，因此，可適當(dāng)延長高溫?zé)Y(jié)時(shí)間.另外,

18、在燒結(jié)后期,不合理的延長燒結(jié)時(shí)間，有時(shí)會(huì)加劇二次再結(jié)晶作用，反而得不到充分致密的制品。14、材料的許多性能如強(qiáng)度、光學(xué)性能等要求其晶粒尺寸微小且分布均勻，工藝上應(yīng)如何控制燒結(jié)過程以達(dá)到此目的？解：（1） 晶粒的大小取決于起始晶粒的大小,燒結(jié)溫度和燒結(jié)時(shí)間；（2） 防止二次再結(jié)晶引起的晶粒異常長大。15、試分析二次再結(jié)晶過程對(duì)材料性能有何種效應(yīng)？解：二次再結(jié)晶發(fā)生后，由于個(gè)別晶粒異常長大，氣孔進(jìn)入晶粒內(nèi)部，成為孤立閉氣孔,不易排除,使燒結(jié)速率降低甚至停止，坯體不再致密；加之大晶粒的晶界上有應(yīng)力存在，使其內(nèi)部易出現(xiàn)隱裂紋，繼續(xù)燒結(jié)時(shí)坯體易膨脹而開裂，使燒結(jié)體的機(jī)械、電學(xué)性能下降。16、特種燒結(jié)和常

19、規(guī)燒結(jié)有什么區(qū)別? 試舉例說明.解：常規(guī)燒結(jié)過程主要是基于顆粒間的接觸與鍵合,以及在表面張力推動(dòng)下物質(zhì)的傳遞過程。其總體的推動(dòng)力由系統(tǒng)表面能提供。這就決定了其致密化是有一定限度的。常規(guī)條件下坯體密度很難達(dá)到理論密度值。對(duì)于特種燒結(jié)，它是為了適應(yīng)特種材料對(duì)性能的要求而產(chǎn)生的。這些燒結(jié) 過程除了常規(guī)燒結(jié)中由系統(tǒng)表面能提供的驅(qū)動(dòng)力之外，還由特殊工藝條件增加了系統(tǒng)燒結(jié)的驅(qū)動(dòng)力，因此提高了坯體的燒結(jié)速率，大大增加了坯體的致密化程度。例如熱壓燒結(jié)，它是加壓成型與加壓燒結(jié)同時(shí)進(jìn)行的一種燒結(jié)工藝。由于同時(shí)加溫加壓，有利于粉末顆粒的接觸、擴(kuò)散和流動(dòng)等傳質(zhì)過程，降低了燒結(jié)溫度和燒結(jié)時(shí)間,抑制了晶粒的長大。其容易獲

20、得接近理論密度、氣孔率接近零的燒結(jié)體.17、(a） 燒結(jié)MgO時(shí)加入少量FeO,在氫氣氛和氧分壓低時(shí)都不能促進(jìn)燒結(jié),只有在氧分壓高的氣氛下才促進(jìn)燒結(jié)；（b) 燒結(jié)Al2O3時(shí)，氫氣易促進(jìn)致密化而氮?dú)夥恋K致密化。試分析其原因。 解：(a) 對(duì)FeO，易形成負(fù)離子過剩型非化學(xué)計(jì)量化合物，其缺陷反應(yīng)式為：112FeFe?O2（g）？2FeFe？OO？VFe'或O2(g)？OO？VFe''？2h？，另外，22在MgO的燒結(jié)中是正離子起擴(kuò)散起控制作用的燒結(jié)過程,因而氧氣氛和氧分壓較高是有利的。（b) 燒結(jié)氧化鋁Al2O3時(shí),由于氫原子半徑很小,擴(kuò)散系數(shù)較大，易于擴(kuò)散而有利于閉氣孔的清除；而原子半徑大的氮?jiǎng)t由于其擴(kuò)散系數(shù)較小難于擴(kuò)散而阻礙燒結(jié)。18、某磁性氧化物材料被認(rèn)為是遵循正常晶粒長大方程。當(dāng)顆粒尺寸增大超出1m的平均尺寸時(shí)，則磁性和強(qiáng)度等性質(zhì)就變壞，未燒結(jié)前的原始顆粒大小為0.1m 。燒結(jié)30分鐘使晶粒尺寸長大為原來的3倍。因大坯件翹曲，生產(chǎn)車間主任打算增加燒結(jié)時(shí)間。你想推薦的最長時(shí)間是多少?解:由D0=