武漢理工大學(xué)考研習(xí)題及答案-材料科學(xué)基礎(chǔ)科目

第1頁共32頁第1頁共32頁P(yáng)AGEPAGE1習(xí)題31．試述石英晶體、石英熔體、Na2O?2SiO2熔體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上的區(qū)別。

2．某熔體粘度在727℃時(shí)是108泊，1156℃時(shí)是104泊，要獲得粘度為107泊的熔體，要加熱到什么溫度?

3．在Na2O—SiO2系統(tǒng)及RO—SiO2系統(tǒng)中隨著SiO2含量的增加，熔體的粘度將升高而表面張力則降低，說明原因。

4．說明在一定溫度下同組成的玻璃比晶體具有較高的內(nèi)能及晶體具有一定的熔點(diǎn)而玻璃體沒有固定熔點(diǎn)的原因。

5．某窗玻璃含14Na2O－14CaO－72SiO2(重量百分?jǐn)?shù))，求非橋氧百分?jǐn)?shù)。

6．網(wǎng)絡(luò)外體(如Na2O)加到SiO2熔體中，使氧硅比增加，當(dāng)O/Si≈2.5～3時(shí)，即達(dá)到形成玻璃的極限，O/Si>3時(shí)，則不能形成玻璃，為什么?

7．按照在形成氧化物玻璃中的作用，把下列氧化物分為網(wǎng)絡(luò)變體，中間體和網(wǎng)絡(luò)形成體：

SiO2，Na2O，B2O3，CaO，Al2O3，P2O5，K2O，BaO。

8．以B203為例解釋具有混合鍵氧化物容易形成玻璃的原因。

9．試述微晶學(xué)說與無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說的主要觀點(diǎn)，并比較兩種學(xué)說在解釋玻璃結(jié)構(gòu)上的共同點(diǎn)和分歧。

10．什么是硼反?，F(xiàn)象?為什么會(huì)產(chǎn)生這些現(xiàn)象?

11．已知石英玻璃的密度為2.3g/cm3，假定玻璃中原子尺寸與晶體SiO41．什么叫表面張力和表面能?在固態(tài)下和液態(tài)下這兩者有何差別?2．一般說來，同一種物質(zhì)，其固體的表面能要比液體的表面能大，試說明原因。3．什么叫吸附、粘附?當(dāng)用焊錫來焊接銅絲時(shí)，用銼刀除去表面層，可使焊接更加牢固，請解釋這種現(xiàn)象。4．方鎂石的表面能為1000爾格/cm2，如果密度為3.68克/cm3，求將其粉碎為1u顆粒時(shí)，每克需能量多少卡?5．試說明晶界能總小于兩個(gè)相鄰晶粒的表面能之和的原因。7．1克石英在粉碎機(jī)中軋成粒度為1u的粉末時(shí)，重量增至1.02克，若這是吸附了空氣中水分的結(jié)果，試求吸附水膜的厚度(假定破碎后顆粒為立方體)。8．真空中Al2O3的表面張力約為900erg／cm2，液態(tài)鐵的表面張力為1729erg/cm2，同樣條件下，界面張力(液態(tài)鐵—氧化鋁)約為2300erg/cm2，問接觸角有多大?液態(tài)鐵能否潤濕氧化鋁?9．表面張力為500erg/cm2的某液態(tài)硅酸鹽與某種多晶氯化物表面相接觸，接觸角θ=45°；若與此氧化物相混合，則在三晶粒交界處，形成液態(tài)小球，二面角φ平均為90°，假如沒有液態(tài)硅酸鹽時(shí)，氧化物－氧化物界面的界面張力為1000dyn/cm，試計(jì)算氧化物的表面張力。10．MgO-Al2O3-SiO2系統(tǒng)的低共熔物，放在Si3N4陶瓷片上，在低共溶溫度下，液相的表面張力為900erg/cm2，液體與固體的界面能為600erg/cm2，測得接觸角為70.52°，(1)求Si3N4的表面張力。(2)把Si3N4在低共熔溫度下進(jìn)行熱處理，測得其腐蝕的槽角為123.75°，求Si3N4的晶界能。(3)如果把20％的低共熔物與Si3N4粉末混合，加熱到低共溶溫度下，試畫出由低共熔物與Si3N4混合組成的陶瓷顯微結(jié)構(gòu)示意圖。復(fù)習(xí)提綱1．基本概念：表面、晶界、相界、弛豫表面、重構(gòu)表面、黏附、潤濕、吸附2．固體是如何降低系統(tǒng)的表面能的，為什么相同組成的固體的表面能總是高于液體的表面能；3．固體的表面力場的分類和本質(zhì)，晶體的表面結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，表面粗糙度、表面微裂紋對表面力場的影響；4．固體的界面行為對固體表面結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響；粗糙表面的潤濕行為51．固體硫有兩種晶型(單斜硫、斜方硫)，因此硫系統(tǒng)可能有四個(gè)相，如果某人實(shí)驗(yàn)得到這四個(gè)相平衡共存，試判斷這個(gè)實(shí)驗(yàn)有無問題。2．圖（1）是具有多晶轉(zhuǎn)變的某物質(zhì)的相圖，其中DEF線是熔體的蒸發(fā)曲線。KE是晶型I的升華曲線；GF是晶型II的升華曲線；JG是晶型Ⅲ的升華曲線，回答下列問題：(1)在圖中標(biāo)明各相的相區(qū)，并把圖中各無變點(diǎn)的平衡特征用式子表示出來。(2)系統(tǒng)中哪種晶型為穩(wěn)定相?那種晶型為介穩(wěn)相?(3)各晶型之間的轉(zhuǎn)變是單向轉(zhuǎn)變還是雙向轉(zhuǎn)變?3．在SiO2系統(tǒng)相圖中，找出兩個(gè)可逆多晶轉(zhuǎn)變和兩個(gè)不可逆多晶轉(zhuǎn)變的例子。4．根據(jù)Al2O3—SiO2系統(tǒng)相圖說明：(1)鋁硅質(zhì)耐火材料，硅磚(含SiO2>98％)、粘土磚(含Al2O335～50％)、高鋁磚(含Al2O360～90％)、剛玉磚(含Al2O3>90％)內(nèi)，各有哪些主要的晶相。(2)為了保持較高的耐火度，在生產(chǎn)硅磚時(shí)應(yīng)注意什么?(3)若耐火材料出現(xiàn)40％液相便軟化不能使用，試計(jì)算含40(mol)Al2O3的粘土磚的最高使用溫度。5．在CaO-SiO2系統(tǒng)與Al2O3-SiO2系統(tǒng)中SiO2的液相線都很陡，為什么在硅磚中可摻人約2％的CaO作礦化劑而不會(huì)降低硅磚的耐火度，但在硅磚中卻要嚴(yán)格防止原料中混入Al2O3否則會(huì)使硅磚耐火度大大下降。6．加熱粘土礦物高嶺石(Al2O3·2SiO2·2H2O)至600℃時(shí)，高嶺石分解為水蒸氣和Al2O3·2SiO2，繼續(xù)加熱到1595℃時(shí)會(huì)發(fā)生什么變化？在這溫度下長時(shí)間保溫達(dá)到平衡，系統(tǒng)的相組成如何？當(dāng)系統(tǒng)生成40％液相時(shí)，應(yīng)達(dá)到什么溫度？在什么溫度下該粘土完全熔融?7．圖（２）是最簡單的三元系統(tǒng)投影圖，圖中等溫線從高溫到低溫的次序是t6>t5>t4>t3>t2>t1根據(jù)此投影圖回答：(1)三個(gè)組分A、B、C熔點(diǎn)的高低次序是怎樣排列的。(2)各液相面下降的陡勢如何?那一個(gè)最陡?那一個(gè)最平坦?(3)指出組成為65％A，15％B，20％C的系統(tǒng)的相組成點(diǎn)，此系統(tǒng)在什么溫度下開始結(jié)晶?結(jié)晶過程怎樣?（表明液、固相組成點(diǎn)的變化及結(jié)晶過程各階段中發(fā)生的變化過程）。(4)計(jì)算第一次析晶過程析出晶相的百分?jǐn)?shù)是多少?第二次析晶過程結(jié)束時(shí)，系統(tǒng)的相組成如何?結(jié)晶結(jié)束時(shí)系統(tǒng)的相組成又如何?8．圖(3)為生成二個(gè)一致熔融二元化合物的三元系統(tǒng)，據(jù)圖回答下列問題：(1)可將其劃分為幾個(gè)簡單的三元系統(tǒng)?(2)標(biāo)出圖中各邊界及相區(qū)界線上溫度下降方向，(3)判斷各無變量點(diǎn)的性質(zhì)，并將它們的平衡特征式子表示出來。9．圖(４)是生成一致熔融二元化合物(BC)的三元系統(tǒng)投影圖。設(shè)有組成為：A：35％，B：35％，C：30％的熔體，試確定其在圖中的位置。冷卻時(shí)該熔體在何溫度下開始析出晶體。10．如圖(5)A-B-C三元系統(tǒng)相圖，根據(jù)相圖回答下列問題：1．在圖上劃分副三角形、用箭頭表示各條界線上溫度下降方向及界線的性質(zhì)；2．判斷化合物D、M的性質(zhì)；3．寫出各三元無變量點(diǎn)的性質(zhì)及其對應(yīng)的平衡關(guān)系式；4．寫出組成點(diǎn)G在完全平衡條件下的冷卻結(jié)晶過程；5．寫出組成點(diǎn)H在完全平衡條件下進(jìn)行加熱時(shí)，開始出現(xiàn)液相的溫度和完全熔融的溫度；寫出完全平衡條件下進(jìn)行冷卻，結(jié)晶結(jié)束時(shí)各物質(zhì)的百分含量（用線段比表示）。11．根據(jù)圖(6)回答下列問題：(1)說明化合物S1、S2的性質(zhì)；(2)在圖中劃分分三元系統(tǒng)及用箭頭指示出各界線的溫度下降方向及性質(zhì)；(3)指出各無變點(diǎn)的性質(zhì)并寫出各點(diǎn)的平衡關(guān)系；(4)寫出1、3組成的熔體的冷卻結(jié)晶過程(表明液、固相組成點(diǎn)的變化及結(jié)晶過程各階段系統(tǒng)中發(fā)生的變化過程)。并總結(jié)判斷結(jié)晶產(chǎn)物和結(jié)晶過程結(jié)束點(diǎn)的規(guī)律；(5)計(jì)算熔體l結(jié)晶結(jié)束時(shí)各相百分含量，若在第三次結(jié)晶過程開始前將其急冷卻(這時(shí)液相凝固成為玻璃相)各相的百分含量又如何?(用線段表示即可)；(6)加熱組成2的三元混合物將于哪一點(diǎn)溫度開始出現(xiàn)液相?在該溫度下生成的最大液相量是多少?在什么溫度下完全熔融?寫出它的加熱過程。12．下圖為具有化合物生成的三元系統(tǒng)相圖，根據(jù)此三元系統(tǒng)相圖解答下列問題(1)判斷各化合物的性質(zhì)；(2)用箭頭表示相區(qū)界線溫度變化方向及界線性質(zhì)；(3)劃分副三角形，并寫出各三元無變量點(diǎn)的平衡過程及性質(zhì)；(4)用規(guī)范化寫法寫出M點(diǎn)對應(yīng)組分的平衡結(jié)晶過程；(5)N點(diǎn)對應(yīng)的三元組成點(diǎn)加熱時(shí)在那一點(diǎn)溫度下開始出現(xiàn)？哪一點(diǎn)溫度下完全熔化？13．根據(jù)圖(7)回答下列問題：(1)用箭頭標(biāo)出各界線的溫度下降方向及性質(zhì)；(2)指出各無變點(diǎn)的性質(zhì)，并寫出其平衡關(guān)系；(3)寫出熔體M的結(jié)晶過程，說明液相離開R點(diǎn)的原因；(4)畫出AB、BC二元系統(tǒng)相圖。14．比較各種三元無變量點(diǎn)(低共熔點(diǎn)，雙升點(diǎn)，雙降點(diǎn)，過渡點(diǎn)和多晶轉(zhuǎn)變點(diǎn))的特點(diǎn)。寫出它們的相平衡關(guān)系。15．對課本的MgO-Al2O3-Si02系統(tǒng)和K2O—Al2O3-SiO2系統(tǒng)相圖劃分副三角形。16．參看CaO-Al2O3-Si02系統(tǒng)相圖，回答下列問題：(1)組成為66％CaO，26％Si02，8％Al2O3，即書中3點(diǎn)的水泥配料將于什么溫度開始出現(xiàn)液相?這時(shí)生成的最大液相量是多少(根據(jù)詳6圖CaO-C2S-C12A4部分系統(tǒng)計(jì)算)。(2)為了得到較高的C2S含量，題(1)組成的水泥燒成后急冷好，還是緩冷讓其充分結(jié)晶好?(3)欲得到題(1)組成的水泥，若只用高嶺土和石灰石(Al2O3·2Si02·2H20和CaCO3)配料，能否得到該水泥的組成點(diǎn)?為什么?若不能，需要加入何種原料?并計(jì)算出所需各種原料的百分含量。17．根據(jù)Na2O-CaO-SiO2系統(tǒng)相圖回答：(1)組成為13％Na2O，13％CaO，74％SiO2玻璃配合料將于什么溫度熔化?在什么溫度完全熔融?(2)上面組成的玻璃，當(dāng)加熱到1050℃，1000℃，900℃，800℃時(shí)，可能會(huì)析出什么晶體?(3)NC2S6晶體加熱時(shí)是否會(huì)不一致熔化?分解出什么晶體，熔化溫度如何?18．在陶瓷生產(chǎn)中一般出現(xiàn)35％液相就足以使瓷坯?；?。而當(dāng)液相達(dá)到45％時(shí)，將使瓷坯變形，成為過燒。根據(jù)課本MgO-Al2O3-SiO2具體計(jì)算含10％偏高嶺，90％偏滑石的配料的燒成溫度范圍。19．計(jì)算含50％高嶺石，30％長石，20％石英的一個(gè)瓷器配方在1250℃燒成達(dá)到平衡時(shí)的相組成及各相的相對量。20．根據(jù)課本圖K20-Al2O3-SiO2系統(tǒng)相圖。如果要使瓷器中僅含有40％莫來石晶相及60％的玻璃相、原料中應(yīng)含K2O若干?若僅從長石石中獲得，K2O原料中長石的配比應(yīng)是多少?21．高鋁水泥的配料通常選擇在CA相區(qū)范圍內(nèi)，生產(chǎn)時(shí)常燒至熔融后冷卻制得，高鋁水泥主要礦物CA，而C2AS沒有水硬性，因此希望水泥中不含C2AS。這樣在CA相區(qū)內(nèi)應(yīng)取什么范圍的配料才好，為什么(注意生產(chǎn)時(shí)不可能完全平衡．而會(huì)出現(xiàn)獨(dú)立結(jié)晶過程)?

復(fù)習(xí)提綱(1)基本概念：相圖、自由度、組元數(shù)與獨(dú)立組元數(shù)、吉布斯向律、杠桿規(guī)則、初晶區(qū)規(guī)則、三角形規(guī)則、背向線規(guī)則、切線規(guī)則；(2)掌握相圖的表示方法，包括單元系統(tǒng)相圖、二元系統(tǒng)相圖、三元系統(tǒng)相圖；

對于單元系統(tǒng)相圖，要求掌握點(diǎn)、線、區(qū)間的性質(zhì)，會(huì)寫無變量點(diǎn)的平衡式子；對于二元系統(tǒng)相圖，要求掌握點(diǎn)、線、區(qū)間的性質(zhì)，會(huì)寫無變量點(diǎn)的平衡式子，掌握冷卻結(jié)晶過程的分析以及過程量的計(jì)算；對于三元系統(tǒng)相圖，要求掌握點(diǎn)、線、區(qū)間的性質(zhì)，會(huì)寫無變量點(diǎn)的平衡式子，掌握冷卻結(jié)晶過程的分析以及過程量的計(jì)算。圖（1）圖（2）圖（3）圖（4）圖（5）圖（6）

圖（7）圖（8）61．解釋并區(qū)分下列概念：

(1)穩(wěn)定擴(kuò)散與不穩(wěn)定擴(kuò)散；

(2)本征擴(kuò)散與非本征擴(kuò)散；

(3）自擴(kuò)散與互擴(kuò)散；

(4)擴(kuò)散系數(shù)與擴(kuò)散通量。

2．濃度差會(huì)引起擴(kuò)散，擴(kuò)散是否總是從高濃度處向低濃度處進(jìn)行?為什么?

3．當(dāng)鋅向銅內(nèi)擴(kuò)散時(shí)，已知在x點(diǎn)處鋅的含量為2.5×1017個(gè)鋅原子/cm3，300℃時(shí)每分鐘每mm2要擴(kuò)散60個(gè)鋅原子，求與x點(diǎn)相距2mm處鋅原子的濃度。（已知鋅在銅內(nèi)的擴(kuò)散體系中D0=0.34×10-14m2／s；Q=4.5kcal／mol）

4．在鋼棒的表面，每20個(gè)鐵的晶胞中含有一個(gè)碳原子，在離表面1mm處每30個(gè)鐵的晶胞中含有一個(gè)碳原子，知鐵為面心立方結(jié)構(gòu)(a=0.365nm),1000℃時(shí)碳的擴(kuò)散系數(shù)為3×10-1m2／s，求每分鐘內(nèi)因擴(kuò)散通過單位晶胞的碳原子數(shù)是多少?

5．在恒定源條件下820℃時(shí)，剛經(jīng)1小時(shí)的滲碳，可得到一定厚度的表面滲碳層，若在同樣條件下，要得到兩倍厚度的滲碳層需要幾個(gè)小時(shí)?

6．在不穩(wěn)定擴(kuò)散條件下800oC時(shí)，在鋼中滲碳100分鐘可得到合適厚度的滲碳層，若在1000oC時(shí)要得到同樣厚度的滲碳層，需要多少時(shí)間（D0=2.4×10-12m2／sec；D1000℃=3×10-11m2／sec）?

7．在制造硅半導(dǎo)體器體中，常使硼擴(kuò)散到硅單晶中，若在1600K溫度下，保持硼在硅單晶表面的濃度恒定(恒定源半無限擴(kuò)散)，要求距表面10-3cm深度處硼的濃度是表面濃度的一半，問需要多長時(shí)間(已知D1600℃=8×10-12cm2/sec；當(dāng)時(shí)，）？

8．Zn2+在ZnS中擴(kuò)散時(shí)，563℃時(shí)的擴(kuò)散系數(shù)為3×10-14cm2/sec;450℃時(shí)的擴(kuò)散系數(shù)為1.0×10-14cm2/sec，求：

(1）擴(kuò)散的活化能和D0；

(2）750℃時(shí)的擴(kuò)散系數(shù)。

9．實(shí)驗(yàn)冊的不同溫度下碳在鈦中的擴(kuò)散系數(shù)分別為2×10-9cm2/s(736℃)、5×10-9cm2/s(782℃)、1.3×10-8cm2/s(838℃)。

(a)請判斷該實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否符合，

(b)請計(jì)算擴(kuò)散活化能（J/mol℃），并求出在500℃時(shí)碳的擴(kuò)散系數(shù)。

10．在某種材料中,某種粒子的晶界擴(kuò)散系數(shù)與體積擴(kuò)散系數(shù)分別為Dgb=2.00×10-10exp(-19100/T)和Dv=1.00×10-4exp(-38200/T)，是求晶界擴(kuò)散系數(shù)和體積擴(kuò)散系數(shù)分別在什么溫度范圍內(nèi)占優(yōu)勢？

11．假定碳在α-Fe(體心立方)和γ-Fe（面心立方)中的擴(kuò)散系數(shù)分別為：

Dα=0.0079exp[-83600(J/mol/RT)cm2/sec；Dγ=0.21exp[-141284(J/mol/RT)cm2/ssec

計(jì)算800?C時(shí)各自的擴(kuò)散系數(shù)并解釋其差別。

12．MgO、Ca、PeO均具NaCl結(jié)構(gòu)，在各晶體中它們的陽離子擴(kuò)散活化能分別為：Na+在NaCI中為41Kcal／mol、Mg2+在MgO中為83Kcal／mol、Ca2+在CaO中為77Kcal／mol、Fe3+在FeO中為23Kcal／mol，試解釋這種差異的原因。

13．試分析離子晶體中,陰離子擴(kuò)散系數(shù)－般都小于陽離子擴(kuò)散系數(shù)的原因?

14．試從結(jié)構(gòu)和能量的觀點(diǎn)解釋為什么D表面>D晶面>D晶內(nèi)

復(fù)習(xí)提綱(1）基本概念：擴(kuò)散、擴(kuò)散的本質(zhì)、擴(kuò)散的結(jié)果，擴(kuò)散動(dòng)力，正擴(kuò)散和負(fù)擴(kuò)散，自擴(kuò)散和互擴(kuò)散極其特點(diǎn)，擴(kuò)散通量，穩(wěn)定擴(kuò)散和非穩(wěn)定擴(kuò)散，無序擴(kuò)散及特點(diǎn)。

(2）固體擴(kuò)散的微觀機(jī)構(gòu)有哪幾種，哪些是實(shí)際存在的，為什么？

?

菲克第一定律和菲克第二定律的一維表達(dá)式，各自的物理意義是什么，會(huì)運(yùn)用菲克第一定律和菲克第二定律解決實(shí)際問題。

(3）無序擴(kuò)散系數(shù)D=1/6×qd2中，d和q的物理意義；通過分析影響q的因素以及以體心立方晶體為例，得出無序擴(kuò)散系數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式Dr=αa02Ndγ，由此得出空位擴(kuò)散系數(shù)的表達(dá)式Dv=αa02γ0exp[（ΔS*+ΔSf）/R]exp[-（ΔH*+ΔHf）/RT]，再進(jìn)一步得出空位擴(kuò)散系數(shù)的宏觀表達(dá)式D=D0exp（-Q/RT）。

(4）自擴(kuò)散系數(shù)D*=fDr。

(5）間隙擴(kuò)散系數(shù)的表達(dá)式。

(6）一個(gè)擴(kuò)散系統(tǒng)中，擴(kuò)散系數(shù)與溫度的關(guān)系（D——1/T），為什么？

(7）克肯達(dá)爾效應(yīng)得含義及其應(yīng)用意義。

(8）分析影響擴(kuò)散系數(shù)的因素。71．什么叫相變？按照機(jī)理來劃分，可分為哪些機(jī)理?

2．馬氏體相變具有什么特征？它和成核－生成機(jī)理有何差別?

3．當(dāng)一種純液體過冷到平衡凝固溫度(T0)以下時(shí)：，固相與液相間的自由焓差越來越負(fù)。試證明在溫度T0附近隨溫度變化的關(guān)系近似地為：

4．在純液體平衡凝固溫度T0以下，△Gr*臨界相變勢壘隨溫度下降而減小，于是有一個(gè)使熱起伏活化因子exp(-△Gr*/KT)為極大值的溫度。試證明當(dāng)T=T0/3時(shí)，exp(-△Gr*/KT)有極大植。

5．為什么在成核一生成機(jī)理相變中，要有一點(diǎn)過冷或過熱才能發(fā)生相變?什么情況下需過冷，什么情況下需過熱。

6．何謂均勻成核?何謂不均勻成核?晶核劑對熔體結(jié)晶過程的臨界晶核半徑r*有何影響?

7．在不均勻成核的情況下，相變活化能與表面張力有關(guān)，試討論不均勻成核的活化能△Gr*與接觸角θ的關(guān)系，并證明當(dāng)θ=90。時(shí)，△Gr*是均勻成核活化能的一半。

8．鐵的原子量為55.84，密度為7.32克/cm3，熔點(diǎn)為1593℃，熔化熱為2750卡／克原子，固液界面能為204爾格/cm2，試求在過冷度為10℃、100℃時(shí)的臨界晶核大小并估計(jì)這些晶核分別由多少個(gè)晶胞所組成（已知鐵為體心立方晶格，晶格常數(shù)a=3.05?)

9．熔體析晶過程在1000℃時(shí)，單位體積自由熔變化△GV=100cal/cm3；在900℃時(shí)是500cal／cm3。設(shè)固－液界面能γSL=500erg/cm2，求：

(1)在900℃和1000℃時(shí)的，臨界晶核半徑；

(2)在900℃和1000℃時(shí)進(jìn)行相變所需的能量．

10．如在液相中形成邊長為a的立方體晶核時(shí)，求出“臨界核胚”立方體邊長a*和ΔG*。為什么立方體的ΔG*大于球形ΔG*?

11．銅的熔點(diǎn)Tm＝1385k，在過冷度△T=0.2Tm的溫度下，通過均相成核得到晶體銅。計(jì)算這溫度下的臨界核胚半徑及臨界核胚的原子數(shù)。

(?H=1628×107爾格/cm3、γ=177爾格/cm2，設(shè)銅為面心立方晶體，a=3.615?)

12．如下圖為晶核的半徑r與△G間的關(guān)系，現(xiàn)有不同溫度的三條曲線，請指出哪條溫度最高?哪條溫度最低?你的根據(jù)是什么？

13．什么叫斯賓那多分解?它和成核－生成機(jī)理有何差別?

14．什么叫登山擴(kuò)散?為什么在散賓那多分解中能產(chǎn)生這種擴(kuò)散，在成核－生長相變中則不能?

15．在最后的形態(tài)中，成核－生長機(jī)理相變和斯賓那多相變都有可能形成三維連貫的結(jié)構(gòu)，在實(shí)驗(yàn)上能否區(qū)別是哪種機(jī)理？復(fù)習(xí)提綱1.什么是相變、相變過程，相變過程的分類，相變推動(dòng)力，相變過程的溫度條件。

2.析晶的兩個(gè)過程，均態(tài)核化和非均態(tài)核化的含義；會(huì)推導(dǎo)均態(tài)核化的臨界半徑和相變活化能；了解影響均態(tài)核化速率的因素；掌握非均態(tài)核化的相變活化能與均態(tài)核化的相變活化能的關(guān)系，能從理論上進(jìn)行解釋；掌握核化速率和晶化速率與溫度的關(guān)系，畫圖說明，并指出形成晶體或玻璃有利的溫度區(qū)間?？偟慕Y(jié)晶速率用什么表征。

3.分析影響結(jié)晶速率的因素。8 1．若由MgO和Al2O3球形顆粒之間的反應(yīng)生成MgAl2O4是通過產(chǎn)物層的擴(kuò)散進(jìn)行的：

(1)畫出其反應(yīng)的幾何圖形并推導(dǎo)出反應(yīng)初期的速度方程。

(2)若1300℃時(shí)DAl3+>DMg2+0-2:基本不動(dòng)，那么哪一種離子的擴(kuò)散控制著MgAl2O4的生成？為什么？

2．鎳（Ni）在0.1大氣壓的氧氣中氧化，測得其重量增量（μg/cm2）如下表：溫度時(shí)間溫度時(shí)間1(h)2(h)3(h)4(h)1(h)2(h)3(h)4(h)550℃9131520650℃29415065600567588106

(1)導(dǎo)出合適的反應(yīng)速度方程；(2)計(jì)算其活化能。

3．由Al2O3和SiO2粉末反應(yīng)生成莫來石，過程由擴(kuò)散控制，擴(kuò)散活化能為50千卡/摩爾，1400℃下，一小時(shí)完成10%，求1500℃下，一小時(shí)和四小時(shí)各完成多少？（應(yīng)用揚(yáng)德方程計(jì)算）

4．粒徑為1μ球狀A(yù)l2O3由過量的MgO微粒包圍，觀察尖晶石的形成，在恒定溫度下，第一個(gè)小時(shí)有20%的Al2O3起了反應(yīng)，計(jì)算完全反應(yīng)的時(shí)間。

(1)用揚(yáng)德方程計(jì)算

(2)用金斯特林格方程計(jì)算

(3)比較揚(yáng)德方程、金斯特林格方程優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件。

5．當(dāng)測量氧化鋁－水化物的分解速率時(shí)，發(fā)現(xiàn)在等溫反應(yīng)期間，重量損失隨時(shí)間線性增加到50%左右，超過50%時(shí)重量損失的速率就小于線性規(guī)律。速率隨溫度指數(shù)增加，這是一個(gè)由擴(kuò)散控制的反應(yīng)還是由界面一級控制的反應(yīng)？當(dāng)溫度從451℃增至493℃時(shí)，速率增大到10倍，計(jì)算此過程的活化能（利用表9-1及圖22進(jìn)行分析）

6．由Al2O3和SiO2粉末形成莫來石反應(yīng)，由擴(kuò)散控制并符合揚(yáng)德方程，實(shí)驗(yàn)在溫度保持不變的條件下，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行1小時(shí)的時(shí)候，測知已有15%的反應(yīng)物起反應(yīng)而作用掉了。

(1)將在多少時(shí)間內(nèi)全部反應(yīng)物都生成產(chǎn)物？

(2)為了加速莫來石的生產(chǎn)應(yīng)采取什么有效措施？

7．試分析影響固相反應(yīng)的主要因素。

8．如果要合成鎂鋁尖晶石，可供選擇的原料為MgCO3、Mg(OH)2、MgO、Al2O33H2O、γ-Al2O3、α-Al2O3。從提高反應(yīng)速率的角度出發(fā)，選擇什么原料較好？請說明原因。

復(fù)習(xí)提綱

1．廣義固相反應(yīng)的共同特點(diǎn)；固相反應(yīng)機(jī)理；固相界面上的化學(xué)反應(yīng)的三個(gè)過程。

2．固相反應(yīng)的一般動(dòng)力學(xué)關(guān)系及其意義；解釋化學(xué)動(dòng)力學(xué)范圍；解釋擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)范圍的特點(diǎn)，擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)范圍的三個(gè)動(dòng)力學(xué)方程的表達(dá)式、各自所采用的模

型極其適用范圍、有何優(yōu)缺點(diǎn)。

3．分析影響固相反應(yīng)的因素。91．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?

2．燒結(jié)過程是怎樣產(chǎn)生的，各階段的特征是什么?

3．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)；(d)表面擴(kuò)散；(e)溶解沉淀

4．某氧化物粉末的表面能是1000erg/cm2，燒結(jié)后晶界能是550erg/cm2今用粒徑為1μm的粉料(假定為立方體)壓成1cm3的壓塊進(jìn)行燒結(jié)，試計(jì)算燒結(jié)時(shí)的推動(dòng)力。

5．試就(a)推動(dòng)力來源；(b)推動(dòng)力大小；(c)在陶瓷系統(tǒng)的重要性來區(qū)別初次再結(jié)晶，晶粒長大和二次再全結(jié)晶。

6．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,為什么了？

7．假如直徑為5μm的氣封閉在表而張力為280達(dá)因／厘米的玻璃內(nèi)，氣孔內(nèi)氮?dú)鈮毫κ?.8大氣壓，當(dāng)氣體壓力與表面張力產(chǎn)生的負(fù)壓平衡時(shí)，氣孔尺寸是多少?

8.在1500℃，MgO正常的晶粒長大期間．觀察到晶體在1小時(shí)內(nèi)從直徑從1μm長大到10μm，在此條件下，要得到直徑20μm的晶粒，需燒結(jié)多長時(shí)間?如已知晶界擴(kuò)散活化能為60KCal／mol，試計(jì)算在1600℃下4小時(shí)后晶粒的大小，為抑制晶粒長大，加入少量雜質(zhì)，在1600℃下保溫4小時(shí)，晶粒大小又是多少?

9．假定NiCr2O4的表面能為600erg／cm2，由半徑0.5μm的NiO和Cr2O3粉末合成尖晶石。在1200℃和1400℃時(shí)Ni2+和Cr3+離子的擴(kuò)散系數(shù)分別為：Ni2+在NiO中D1473=1×10-11；D1673=3×10-10cm2/s；Cr3+在Cr2O3中D1473=7×10-11；D1673=10-10cm

答案1.1、解：石英晶體石英熔體Na2O?2SiO2結(jié)構(gòu)[SiO4]按共頂方式對稱有規(guī)律有序排列，遠(yuǎn)程有序基本結(jié)構(gòu)單元[SiO4]呈架狀結(jié)構(gòu)，遠(yuǎn)程無序基本結(jié)構(gòu)單元[Si6O18]12-呈六節(jié)環(huán)或八節(jié)環(huán)，遠(yuǎn)程無序性質(zhì)固體無流動(dòng)性，熔點(diǎn)高，硬度大，導(dǎo)電性差，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，化學(xué)穩(wěn)定性好有流動(dòng)性，η大，電導(dǎo)率大，表面張力大有流動(dòng)性，η較石英熔體小，電導(dǎo)率大，表面張力大2、解：根據(jù)lnη=A+B/T，727℃時(shí)，η=108P0，1156℃時(shí)，η=104P0，∴A=-5.32，B=13324，當(dāng)η=107P0時(shí)，則t=80℃。

3、解：Na2O-SiO2系統(tǒng)中，SiO2含量增加，η增大，σ減?。灰?yàn)镾iO2含量增加，聚合離子團(tuán)尺寸增大，遷移阻力增大，η增大，e/r減小，相互作用力減小，σ減小；RO-SiO2系統(tǒng)中，SiO2含量增加，η增大，σ減??；因?yàn)闊oSiO2時(shí)RO-O2系統(tǒng)η很低，表面張力大；加入SiO2，系統(tǒng)中出現(xiàn)聚合離子團(tuán)，SiO2增加，聚合離子團(tuán)尺寸增大，數(shù)目增大，η增大，σ減小。

4、解：玻璃的介穩(wěn)性：熔體轉(zhuǎn)變?yōu)椴Ａн^程中，是快速冷卻，使玻璃在低溫下保留了高溫時(shí)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，玻璃態(tài)是能量的介穩(wěn)態(tài)，有自發(fā)放熱而轉(zhuǎn)變?yōu)榫w的趨勢；玻璃無固定熔點(diǎn)：熔體的結(jié)晶過程中，系統(tǒng)必有多個(gè)相出現(xiàn)，有固定熔點(diǎn)；熔體向玻璃體轉(zhuǎn)變時(shí)，其過程是漸變的，無多個(gè)相出現(xiàn)，無固定的熔點(diǎn)，只有一個(gè)轉(zhuǎn)化溫度范圍。

5.

6、解：在熔體結(jié)構(gòu)中，不O/Si比值對應(yīng)著一定的聚集負(fù)離子團(tuán)結(jié)構(gòu)，如當(dāng)O/Si比值為2時(shí)，熔體中含有大小不等的歪扭的[SiO2]n聚集團(tuán)（即石英玻璃熔體）；隨著O/Si比值的增加，硅氧負(fù)離子集團(tuán)不斷變小，當(dāng)O/Si比值增至4時(shí)，硅-氧負(fù)離子集團(tuán)全部拆散成為分立狀的[SiO4]4-，這就很難形成玻璃。

7、解：網(wǎng)絡(luò)變體Na2OCaOK2OBaO

中間體Al2O3

網(wǎng)絡(luò)形成體SiO2B2O3P2O5

9、解：微晶學(xué)說：玻璃結(jié)構(gòu)是一種不連續(xù)的原子集合體，即無數(shù)“晶子”分散在無定形介質(zhì)中；“晶子”的化學(xué)性質(zhì)和數(shù)量取決于玻璃的化學(xué)組成，可以是獨(dú)立原子團(tuán)或一定組成的化合物和固溶體等微晶多相體，與該玻璃物系的相平衡有關(guān)；“晶子”不同于一般微晶，而是帶有晶格極度變形的微小有序區(qū)域，在“晶子”中心質(zhì)點(diǎn)排列較有規(guī)律，愈遠(yuǎn)離中心則變形程度愈大；從“晶子”部分到無定形部分的過渡是逐步完成的，兩者之間無明顯界限。無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說：玻璃的結(jié)構(gòu)與相應(yīng)的晶體結(jié)構(gòu)相似，同樣形成連續(xù)的三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。但玻璃的網(wǎng)絡(luò)與晶體的網(wǎng)絡(luò)不同，玻璃的網(wǎng)絡(luò)是不規(guī)則的、非周期性的，因此玻璃的內(nèi)能比晶體的內(nèi)能要大。由于玻璃的強(qiáng)度與晶體的強(qiáng)度屬于同一個(gè)數(shù)量級，玻璃的內(nèi)能與相應(yīng)晶體的內(nèi)能相差并不多，因此它們的結(jié)構(gòu)單元（四面體或三角體）應(yīng)是相同的，不同之處在與排列的周期性。微晶學(xué)說強(qiáng)調(diào)了玻璃結(jié)構(gòu)的不均勻性、不連續(xù)性及有序性等方面特征，成功地解釋了玻璃折射率在加熱過程中的突變現(xiàn)象。網(wǎng)絡(luò)學(xué)說強(qiáng)調(diào)了玻璃中離子與多面體相互間排列的均勻性、連續(xù)性及無序性等方面結(jié)構(gòu)特征。

10、解：當(dāng)數(shù)量不多的堿金屬氧化物同B2O3一起熔融時(shí)，堿金屬所提供的氧不像熔融SiO2玻璃中作為非橋氧出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)中，而是使硼氧三角體轉(zhuǎn)變?yōu)橛蓸蜓踅M成的硼氧四面體，致使B2O3玻璃從原來兩度空間的層狀結(jié)構(gòu)部分轉(zhuǎn)變?yōu)槿瓤臻g的架狀結(jié)構(gòu)，從而加強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并使玻璃的各種物理性能變好。這與相同條件下的硅酸鹽玻璃相比，其性能隨堿金屬或堿土金屬加入量的變化規(guī)律相反，所以稱之為硼反?，F(xiàn)象41、解：表面張力：垂直作用在單位長度線段上的表面緊縮力或?qū)⑽矬w表面增大一個(gè)單位所需作的功；σ=力/總長度N/m

表面能：恒溫、恒壓、恒組成情況下，可逆地增加物系表面積須對物質(zhì)所做的非體積功稱為表面能；J/m2=N/m

液體：不能承受剪應(yīng)力，外力所做的功表現(xiàn)為表面積的擴(kuò)展，因?yàn)楸砻鎻埩εc表面能數(shù)量是相同的；

固體：能承受剪切應(yīng)力，外力的作用表現(xiàn)為表面積的增加和部分的塑性形變，表面張力與表面能不等。

2、解：同一種物質(zhì)，其液體固體的表面結(jié)構(gòu)不同，液體分子可自由移動(dòng)，總是通過形成球形表面來降低其表面能；固體則不能，固體質(zhì)點(diǎn)不能自由移動(dòng)，只能通過表面質(zhì)點(diǎn)的極化、變形、重排來降低系統(tǒng)的表面能，固體表面處于高能量狀態(tài)（由于表面力的存在）。

3、解：吸附：固體表面力場與被吸附分子發(fā)生的力場相互作用的結(jié)果，發(fā)生在固體表面上，分物理吸附和化學(xué)吸附；

粘附：指兩個(gè)發(fā)生接觸的表面之間的吸引，發(fā)生在固液界面上；銅絲放在空氣中，其表面層被吸附膜（氧化膜）所覆蓋，焊錫焊接銅絲時(shí)，只是將吸附膜粘在一起，錫與吸附膜粘附的粘附功小，銼刀除去表面層露出真正銅絲表面（去掉氧化膜），錫與銅相似材料粘附很牢固。

4、解：1J=107爾格（erg），1卡=4.1868J，

設(shè)方鎂石為正方體邊長為a，V=a3，S表=6a2，比表面積S表/V=6a2/a3=6/a，1cm方鎂石顆粒粉碎為1μm顆粒時(shí)，比表面積增加為:104倍，

增加的表面能為：=0.06卡/g。5、解：結(jié)構(gòu)相同而取向不同的晶體相互接觸，其接觸界面稱晶界。若相鄰晶粒的原子彼此無作用，那么，每單位面積晶界能將等于兩晶粒表面能之和，晶界結(jié)構(gòu)和表面結(jié)構(gòu)不同導(dǎo)致的。但實(shí)際上，兩個(gè)相鄰晶粒的表面層上的原子間存在相互作用，且很強(qiáng)（兩者都力圖使晶界上質(zhì)點(diǎn)排列符合于自己的取向，所以晶界上原子形成某種過渡的排列方式，與晶格內(nèi)卻不同，晶界上原子排列疏松，處于應(yīng)力畸變狀態(tài)，晶界上原子比晶界內(nèi)部相同原子有較高的能量），這種作用部分抵消了表面質(zhì)點(diǎn)的剩余的鍵力。

7、解：設(shè)水膜厚度為h，水密度1g/cm3，1個(gè)粒度1μ的顆粒水膜重量為6×(10-4)2×h×1，1g石英可粉碎為N個(gè)1μ的粉末，石英密度2.65g/cm3,N·(10-4)3×2.65=1N=3.77×1011,N個(gè)μ微粒水的量為1.02-1=0.02gh==8.83×10-7m=8.83nm。8、解：γsg=γlgcosθ+γlscosθ===-0.8097θ=144°7'>90°，不能潤濕。

9、解：γlg=500erg/cm2，求氧化物表面張力γsg，γsg=γlgcos45°+γls，2xγlscos45°=γss

γss=1000dyn/cm=10-2N/cm=1N/m=1J/m2=103erg/cm2γsg=500·cos45°+

=1060.5erg/cm2。

10、解：(1)γgs=γglcos70.52°+γls

γgs=900cos70.52°+600=900erg/cm2

(2)γss=2cos×900=848.5erg/cm2

51、解：有問題，根據(jù)相律，F(xiàn)=C-P+2=1-P+2=3-P，系統(tǒng)平衡時(shí)，F(xiàn)=0，則P=3，硫系統(tǒng)只能是三相平衡系統(tǒng)。2、解：(1)KEC為晶型Ⅰ的相區(qū)，EFBC過冷液體的介穩(wěn)區(qū)，AGFB晶型Ⅱ的介穩(wěn)區(qū)，JGA晶型Ⅲ的介穩(wěn)區(qū)；

(2)晶型Ⅰ為穩(wěn)定相，晶型Ⅱ、Ⅲ為介穩(wěn)相；因?yàn)榫廷?、Ⅲ的蒸汽壓高于晶型Ⅰ的，即它們的自由能較高，有自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂赡茌^低的晶型Ⅰ的趨勢；

多晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)的溫度高于兩種晶型的熔點(diǎn)；

Ⅱ、Ⅲ轉(zhuǎn)變可逆的，雙向的，多晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)溫度低于Ⅱ、Ⅲ的熔點(diǎn)。3、解：可逆多晶轉(zhuǎn)變：β-石英←→α-石英α-石英←→α-鱗石英

不可逆多晶轉(zhuǎn)變：β-方石英←→β-石英γ-鱗石英←→β-石英4、解：(1)硅磚(含SiO2>98%)主要晶相：SiO2、2Al203·2SiO3固溶體（莫來石）

粘土磚(含Al20335～50%)主要晶相：SiO2、A3S2

高鋁磚(含Al20360～90%)主要晶相：60～72%A3S2

72～90%Al203、A3S2

(2)為了保持硅磚的耐火度，要嚴(yán)格防止原料中混如Al203。SiO2熔點(diǎn)為1723℃，SiO2液相很陡，加入少量的Al203后，硅磚中會(huì)產(chǎn)生大量的液相，SiO2的熔點(diǎn)劇烈下降。如加入1wt%Al203，在低共熔點(diǎn)(1595℃)時(shí)產(chǎn)生的液相量為1/5.5=18.2%，會(huì)使硅磚的耐火度大大下降；5、解：SiO2中加入少量的CaO，在低共熔點(diǎn)1436℃時(shí)，液相量為2/37=5.4%，液相量增加不多，不會(huì)降低硅磚的耐火度，故可加少量CaO作礦化劑。6、解：Al203·2SiO2·H2OAl203·2SiO2+H2O

Al203·2SiO2相圖中SiO2%=33%mol

(1)加熱到1595℃時(shí)，生成A3S2

(2)1595℃長時(shí)間保溫，系統(tǒng)中為液相和A3S2，L%==21.8%

(4)完全熔融即固相完全消失，應(yīng)為33%直線與液相線交點(diǎn)處溫度。7、解：(1)高→低

B→C→A

(2)B最陡，C次之，A最次；

(3)在M點(diǎn)所在的溫度下開始析晶，

液相組成點(diǎn)M→M→1→E（結(jié)晶結(jié)束）

固相組成點(diǎn)A→A→D→M(4)第一次析晶僅析出晶相A，到M1時(shí)第一次析晶結(jié)束，晶相A的百分?jǐn)?shù)為65%，

結(jié)晶結(jié)束時(shí)，析晶相A、B、C，液相消失，固相組成點(diǎn)在M點(diǎn)。8、解：

9、解：M點(diǎn)所在溫度約1050℃，1050℃開始析晶。10、解：(1)見圖，付三角形3分，界線性質(zhì)1分，界線上溫度降低的方向；

(2)D，一致熔融二元化合物，高溫穩(wěn)定、低溫分解；M，不一致熔融三元化合物；(3)E1，單轉(zhuǎn)熔點(diǎn)，L+A←→C+M

E2，低共熔點(diǎn)，L←→C+B+M

E3，單轉(zhuǎn)熔點(diǎn)，L+A←→B+M

E4，過渡點(diǎn)，(4)L

(5)E2溫度，H點(diǎn)所在溫度；過H點(diǎn)做副三角形BCM的兩條邊CM、BM的平行線HH1、HH2，C%=BH2/BC×100%，B%=CH1/BC×100%，C%=H1H2/BC×100%。12、解：(1)S組成點(diǎn)在三角形內(nèi)且位于初晶區(qū)外，不一致熔融三元化合物；

(2)結(jié)晶過程

2點(diǎn)位于A初晶區(qū)，在AS連線上，結(jié)晶產(chǎn)物為A、S

3點(diǎn)位于A初晶區(qū)，在△BCS內(nèi)，結(jié)晶產(chǎn)物為B、C、S

(3)5點(diǎn)冷卻過程

6點(diǎn)冷卻過程

12、解：(1)S1不一致熔融二元化合物，高溫穩(wěn)定，低溫分解

S2一致熔融二元化合物

S3不一致熔融二元化合物，低溫穩(wěn)定，高溫分解

(2)見圖

(3)E1，過渡點(diǎn)，

E2，單轉(zhuǎn)熔點(diǎn)，

E3，過渡點(diǎn)，

E4，低共熔點(diǎn)，

E5，低共熔點(diǎn)，(4)

(5)在E5點(diǎn)出現(xiàn)液相，在N點(diǎn)所在溫度完全熔融。16、解：(1)k點(diǎn)開始出現(xiàn)液相，溫度為1455℃,連接3k交CaO-C3S線于6點(diǎn),線段長度可直接量取；

(2)急冷好，k點(diǎn)將進(jìn)行轉(zhuǎn)熔過程L+C3SC2S+C3A

這樣C3S量會(huì)減少，急冷使轉(zhuǎn)熔過程來不及進(jìn)行，從而提高C3S含量；

(3)AS2與CaCO3配料，不能得到3點(diǎn)礦物組成

3點(diǎn)組成66CaO1.179mol26SiO20.433mol8Al2030.078mol

化成mol%69.76%25.62%4.62%

SiO2mol%/Al203mol%=5.55

題目中組成點(diǎn)Al203·2SiO2·2H2O與CaCO3配料，SiO2mol%/Al203mol%=2：1

二者比較，SiO2量不夠，所以需加入SiO2。

設(shè)配料100g，含66gCaO，26gSiO2，8gAl203

66gCaO化成CaCO3量66/56×100=117.86g

8gAl203化成Al203·2SiO2·2H2O量8/102×258=20.24g

AS2·2H2O提供SiO28/102×2×60=9.41g

還需SiO2量20.24-9.41=10.83g

CaCO3wt%=79.14%，AS2·2H2Owt%=13.59%，SiO2wt%=7.27%17、解：(1)該點(diǎn)位于△NC3S6-NCS5-SiO2中，Q點(diǎn)附近β-CS初晶區(qū)

對應(yīng)無變量點(diǎn)H點(diǎn)1:3:6+α-石英+L1:1:5

配料在827℃熔化，完全熔化為1050℃左右

(2)加熱到1050℃L→β-CS

1000℃L→1:3:6+α-鱗石英

900℃L→1:3:6+α-石英

800℃加熱到800℃時(shí)未熔化，冷卻到800℃時(shí)三個(gè)晶相1:3:61:1:5

(3)NC3S6加熱是不一致熔融，加熱分解

1:3:6析晶，先析出α-CS，α-CS→β-CS，RQ線上L+β-CS→1:3:6

1:3:6加熱到RQ界線與CS-1:3:6交點(diǎn)溫度開始熔化(1050℃左右）分解出β-CS18、解：組成點(diǎn)確定下來，圖中M點(diǎn)，△MS-M2Al2S35-SiO2對應(yīng)無變量點(diǎn)1點(diǎn)(1355℃）加熱該組成點(diǎn)，于1點(diǎn)開始出現(xiàn)液相，液相組成點(diǎn)在MS與SiO2界線上移動(dòng)，固相組成點(diǎn)在MS-SiO2連線上變化，以M點(diǎn)為支點(diǎn)連成杠桿，當(dāng)L%=35%時(shí)，對應(yīng)溫度1390℃，L%=45%時(shí)，對應(yīng)溫度1430℃，燒成溫度范圍為1390～1430℃。19、解：50%AS2

30%KAS6

20%SiO2組成點(diǎn)在△QWD中3點(diǎn)，3點(diǎn)位于初晶區(qū)，對應(yīng)E點(diǎn)結(jié)晶結(jié)束985℃LSiO2+A3S2+KAS6，加熱組成為3物質(zhì)，于E點(diǎn)開始出現(xiàn)液相升溫于1250℃時(shí)，固相中有SiO2·A3S2及L相，液相組成點(diǎn)在莫來石與石英界線上（與1250℃等溫線交點(diǎn)），固相組成點(diǎn)在SiO2與A3S2連線上，用杠桿規(guī)則計(jì)算。20、解：40%A3S2+6%液相

原始組成點(diǎn)在A3S2初晶區(qū)，在A3S2組點(diǎn)與E點(diǎn)連線上，在圖中12點(diǎn)附近，過原始組成點(diǎn)做△SiO2-K20-Al203各邊平行線，確定出K2O、SiO2、Al203百分含量

K20:wt%=4.12%Al203:wt%=27.06%SiO2:wt%=68.82%

長石K2O·Al203·6SiO2(94+102+360=556)

僅從長石中獲得K2O

100gK2O:4.12gAl203:27.06gSiO2:68.82g

4.12gK2O化成長石4.12/94×556=24.34g

24.34g長石提供Al2034.47gSiO215.79g

另需加Al203:27.06-4.47=22.59gSiO2:68.82-15.79=53.03g長石wt%==24.356

2、解：擴(kuò)散的基本推動(dòng)力是化學(xué)位梯度，只不過在一般情況下以濃度梯度的方式表現(xiàn)出來；擴(kuò)散是從高化學(xué)位處流向低化學(xué)位處，最終系統(tǒng)各處的化學(xué)位相等。如果低濃度處化學(xué)勢高，則可進(jìn)行負(fù)擴(kuò)散，如玻璃的分相過程。

3、解：看成一維穩(wěn)定擴(kuò)散，根據(jù)菲克第一定律

擴(kuò)散系數(shù)宏觀表達(dá)式D=D0exp(-Q/RT)

D0=0.34×10-14m2/s

Q=4.5kcal/mol=4.5×103×4.1868J/mol=1.85×104J/mol

R=8.314J/mol?K，T=300+273=573K

D=0.34×10-14exp(-3.88)=0.34×10-14×0.02=6.8×10-17m2/s

cx=2.5×1017/10-6=2.5×1023

c2=cx-2.94×1019=2.5×1023

4、解：

20個(gè)Fe的晶胞體積：20a3m3，30個(gè)Fe的晶胞體積：30a3m3

濃度差：J=1.02×1019個(gè)/S?m2

1個(gè)晶胞面積a2，n=Jx×60×a2=82個(gè)

5、解：根據(jù)恒定源擴(kuò)散深度

∴要得到兩倍厚度的滲碳層，需4h。

6、解：不穩(wěn)定擴(kuò)散中恒定源擴(kuò)散問題

已知x不變，

∴D1t1=D2t2已知D1，D2，t1，則可求t2=480s

7、解：不穩(wěn)定擴(kuò)散恒定源半無限擴(kuò)散

已知x=10-3cm，D，求解t=1.25×105s=34.7h

8、解：(1)D=D0exp(-Q/RT)

T=563+273=836K時(shí)，D=3×10-14cm2/s

T=450+273=723K時(shí)，D=1.0×10-14cm2/s

代入上式可求Q=48875J，D0=3.39×10-15cm2/s

10、解：晶界擴(kuò)散Dgb=2.002×10-10exp(-19100/T)

體擴(kuò)散DV=1.00×10-4exp(-38200/T)

T增大，exp(-19100/T)減小，Dgb減小，DV減??；

T減小，exp(-19100/T)增大，Dgb增大，DV增大；

計(jì)算有T=1455.6KDgb=DV

T>1455.6K時(shí)，Dgb<DV，高溫時(shí)，體積擴(kuò)散占優(yōu)；

T<1455.6K時(shí)，Dgb>DV，低溫時(shí)，晶界擴(kuò)散占優(yōu)。

11、解：T=800+273=1073K時(shí)

Dα=0.0079exp(-83600/RT)=6.77×10-7cm2/s

Dβ=0.21exp(-141284/RT)=2.1×10-8cm2/s

Dα>Dβ

擴(kuò)散介質(zhì)結(jié)構(gòu)對擴(kuò)散有很大影響，結(jié)構(gòu)疏松，擴(kuò)散阻力小而擴(kuò)散系數(shù)大，體心較面心疏松；α-Fe體心立方，β-Fe面心立方。

13解：離子晶體一般為陰離子作密堆積，陽離子填充在四面體或八面體空隙中。所以陽離子較易擴(kuò)散。如果陰離子進(jìn)行擴(kuò)散，則要改變晶體堆積方式，阻力大。從而就會(huì)拆散離子晶體的結(jié)構(gòu)骨架。

14解：固體表面質(zhì)點(diǎn)在表面力作用下，導(dǎo)致表面質(zhì)點(diǎn)的極化、變形、重排并引起原來的晶格畸變，表面結(jié)構(gòu)不同于內(nèi)部，并使表面處于較高的能量狀態(tài)。晶體的內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)排列有周期性，每個(gè)質(zhì)點(diǎn)力場是對稱的，質(zhì)點(diǎn)在表面遷移所需活化能較晶體內(nèi)部小，則相應(yīng)的擴(kuò)散系數(shù)大。

同理，晶界上質(zhì)點(diǎn)排列方式不同于內(nèi)部，排列混亂，存在著空位、位錯(cuò)等缺陷，使之處于應(yīng)力畸變狀態(tài)，具有較高能量，質(zhì)點(diǎn)在晶界遷移所需的活化能較晶內(nèi)小，擴(kuò)散系數(shù)大。

但晶界上質(zhì)點(diǎn)與晶體內(nèi)部相比，由于晶界上質(zhì)點(diǎn)受兩個(gè)晶粒作用達(dá)到平衡態(tài)，處于某種過渡的排列方式，其能量較晶體表面質(zhì)點(diǎn)低，質(zhì)點(diǎn)遷移阻力較大因而D晶界<D表面。72.解：特征：

①母相與馬氏體之間不改變結(jié)晶學(xué)方位關(guān)系（新相總是沿一定的結(jié)晶學(xué)面形成，新相與母相之間有嚴(yán)格的取向關(guān)系）

②相變時(shí)不發(fā)生擴(kuò)散，是一種無擴(kuò)散相變，馬氏體在化學(xué)組成上與母體完全相同

③轉(zhuǎn)變速度極快

④馬氏體相變過程需要成核取動(dòng)力，有開始溫度和終了溫度。

區(qū)別：

成核－生長過程中存在擴(kuò)散相變，母相與晶相組成可相同可不同，轉(zhuǎn)變速度較慢，無明顯的開始和終了溫度。

３.解：

4.解:

5.解:

Tm:相變平衡溫度；ΔＨ相變熱

溫度Ｔ時(shí)，系統(tǒng)處于不平衡狀態(tài)，則ΔＧ＝ΔＨ－ＴΔＳ≠０

對方熱過程如結(jié)晶，凝聚ΔＨ<０則ΔT>0,Tm>0，必須過冷

對吸熱過程如蒸發(fā)，熔融ΔＨ>０則ΔT<0,Tm>0，必須過熱

６.解：

均勻成核——在均勻介質(zhì)中進(jìn)行，在整體介質(zhì)中的核化可能性相同，與界面，缺陷無關(guān)

非均勻成核——在異相界面上進(jìn)行，如容器壁，氣泡界面或附著于外加物（雜質(zhì)或晶核劑）

7.解:

8.解:

9.解:

10.解:

11解：

12解：r相同時(shí)ΔG1>ΔG2>ΔG3

T1>T2>T3

13解:斯賓納多分解，是由于組成起伏引起的熱力學(xué)上的不穩(wěn)定性產(chǎn)生的，又稱不穩(wěn)定分解

兩種相變機(jī)理的主要差別成核-生長機(jī)理斯賓納多機(jī)理1、溫度不變時(shí)，第二相組成不隨時(shí)間而改變1、組成發(fā)生連續(xù)的變化，直至達(dá)到平衡為止2、成核相與基質(zhì)之間的界面始終是清除的2、界面起初是很散亂的，最后才明顯起來3、平衡相的尺寸和位置存在著混亂傾向3、相的尺寸和分布有一定的規(guī)律性4、第二相分離成孤立的球形顆粒4、第二相分離成有高度連續(xù)性的非球形顆粒5、分相所需時(shí)間長，動(dòng)力學(xué)障礙大5、分相所需時(shí)間極短，動(dòng)力學(xué)障礙小

14解：登山擴(kuò)散-負(fù)擴(kuò)散，爬坡擴(kuò)散，擴(kuò)散的結(jié)果是增大濃度梯度。

15.解：在后期是無法區(qū)分的。但觀察整個(gè)相變過程的變化情況可以區(qū)分。

對于成核-生長機(jī)理的相變，在相分離早期，由于新相核的產(chǎn)生必須達(dá)到臨界尺寸，因此在形態(tài)上就看不到同相之間的連接性，新相傾向于以球形析出。在相分離早期，系統(tǒng)出現(xiàn)孤立的分立顆粒。在中期，顆粒產(chǎn)生聚結(jié)，在后期，可能呈現(xiàn)高度的連續(xù)性。

斯賓納多分解可由微小的成分波動(dòng)產(chǎn)生，在相變初期不必形成明顯的新相界面，系統(tǒng)中各組分之間逆濃度梯度方向進(jìn)行登山擴(kuò)散，促進(jìn)了組成的波動(dòng)。因此，其分解產(chǎn)物組織沒有固定的周期性，但存在著高度的連續(xù)性。

這樣，就可以用小角度x-ray散射方法研究相變組織，用場離子顯微鏡加原子探針技術(shù)研究早期斯賓納多分解及有序化。還可以用電子顯微鏡對等溫下相生長隨時(shí)間變化進(jìn)行觀察。91.解：（a）1反應(yīng)物是半徑為R0的等徑球粒B,x為產(chǎn)物層厚度。

2.反應(yīng)物A是擴(kuò)散相，即A總是包圍著B的顆粒，且A，B同產(chǎn)物C是完全接觸的，反應(yīng)自球表面向中心進(jìn)行

3.A在產(chǎn)物層中的濃度梯度是線性的，且擴(kuò)散截面積一定。

（b）整個(gè)反應(yīng)過程中速度最慢的一步控制產(chǎn)物生成D小的控制產(chǎn)物生成，即DMg2+小，Mg2+擴(kuò)散慢，整個(gè)反應(yīng)由Mg2+的擴(kuò)散慢，整個(gè)反應(yīng)由Mg2+的擴(kuò)散控制。

2.解：（1）將重量增量平方對t做圖，呈拋物線關(guān)系，則符合X2=kt

3.解:

代入T=1400℃G=10%t=1h

Q=50kcal/mol

求得k及cc=3.35′×10-7

代入楊德方程T=1500℃t=1h4h求出G=0.09990.1930

5解：根據(jù)表9-1（P324~P325）部分重要的固相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程

及圖9-18各種類型反應(yīng)中G-t/t0.5曲線

分析

G<50%，G-t呈線性關(guān)系

G>50%，G-t小于線性規(guī)律，是由擴(kuò)散控制的反應(yīng)，G2=kt

將T1=451℃，T2=493℃

G1=G，G2=10G，

代入求得Q

6.解（1）

已知t=1h，G=0.15

求G=100%t=？

（2）影響擴(kuò)散的因素：減小粒度采用活性反應(yīng)物，如Al2O3?3H2O適當(dāng)加壓等