無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)試卷(6_10章)

1、.無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)試卷一、名詞解釋液相獨(dú)立析晶：是在轉(zhuǎn)熔過程中發(fā)生的，由于冷卻速度較快，被回收的晶相有可能會(huì)被新析出的固相包裹起來，使轉(zhuǎn)熔過程不能繼續(xù)進(jìn)行，從而使液相進(jìn)行另一個(gè)單獨(dú)的析晶過程，就是液相獨(dú)立析晶。二次再結(jié)晶 ：少數(shù)巨大晶粒在細(xì)晶消耗時(shí)成核長(zhǎng)大過程。晶粒生長(zhǎng) ：平衡晶粒尺寸在不改變其分布的情況下，連續(xù)增大的過程。本征擴(kuò)散 ：是指空位來源于晶體結(jié)構(gòu)中本征熱缺陷而引起質(zhì)點(diǎn)的遷移。非本征擴(kuò)散 ：受固溶引入的雜質(zhì)離子的電價(jià)和濃度等外界因素所控制的擴(kuò)散?；蛴刹坏葍r(jià)雜質(zhì)離子取代造成晶格空位，由此而引起的質(zhì)點(diǎn)遷移。一級(jí)相變 ：體系由一相變?yōu)榱硪幌鄷r(shí)，如兩相的化學(xué)勢(shì)相等但化學(xué)勢(shì)的一級(jí)偏微商(一級(jí)導(dǎo)

2、數(shù) )不相等的稱為一級(jí)相變二級(jí)相變 ：相變時(shí)兩相化學(xué)勢(shì)相等，其一級(jí)偏微商也相等，但二級(jí)偏微商不等的稱為二級(jí)相變 。液相燒結(jié) ：凡有液相參加的燒結(jié)過程稱為液相燒結(jié)。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 。均勻成核 ：晶核從均勻的單相熔體中產(chǎn)生的過程。非均勻成核 ：是指借助于表面、界面 、微粒裂紋器壁以及各種催化位置等而形成晶核的過程穩(wěn)定擴(kuò)散 ：若擴(kuò)散物質(zhì)在擴(kuò)散層 dx 內(nèi)各處的濃度不隨時(shí)間而變化 ，即 dc/dt=0 。 這種擴(kuò)散稱穩(wěn)定擴(kuò)散 。不穩(wěn)定擴(kuò)散 ：擴(kuò)散物質(zhì)在擴(kuò)散層 dx 內(nèi)的濃度隨時(shí)間而變化 ，即 dc/d

3、t 0。 這種擴(kuò)散稱為不穩(wěn)定擴(kuò)散 。三角形規(guī)則 ：原始熔體組成點(diǎn)所在副三角形的三個(gè)頂點(diǎn)表示的物質(zhì)即為其結(jié)晶產(chǎn)物；與這三個(gè)物質(zhì)相應(yīng)的初初晶區(qū)所包圍的三元無變量點(diǎn)是其結(jié)晶結(jié)束點(diǎn)。連線規(guī)則 ：將一界線 （或其延長(zhǎng)線 ）與相應(yīng)的連線 （或其延長(zhǎng)線 ）相交，其交點(diǎn)是該界線上的溫度最高點(diǎn) 。一致熔融化合物：是一種穩(wěn)定的化合物。它與正常的純物質(zhì)一樣具有固定的熔點(diǎn)，熔化時(shí)，所產(chǎn)生的液相與化合物組成相同，故稱一致熔融化合物。不一致熔化合物：是一種不穩(wěn)定的化合物，加熱到一定溫度會(huì)發(fā)生分解，分解產(chǎn)物是一種液相和一種固相，液相和固相的組成與化合物組成都不相同。燒結(jié) ：由于固態(tài)中分子（或原子 ）的相互吸引 ，通過加熱

4、，使粉末體產(chǎn)生顆粒粘結(jié)，經(jīng)過物質(zhì)遷移使粉末體產(chǎn)生強(qiáng)度并導(dǎo)致致密化和再結(jié)晶的過程。（ 2.5 ）泰曼溫度 ：反應(yīng)物開始呈現(xiàn)顯著擴(kuò)散作用的溫度。玻璃分相 ：一個(gè)均勻的玻璃相在一定的溫度和組成范圍內(nèi)有可能分成兩個(gè)互不溶解或部分溶解的玻璃相 (或液相 )，并相互共存的現(xiàn)象稱為玻璃的分相 (或稱液相不混溶現(xiàn)象 )二、選擇題1. 據(jù)范特荷夫規(guī)則 ,純固相反應(yīng) ，反應(yīng)過程是 （ A ）A.放熱過程B.等溫過程C.吸熱過程.專業(yè)資料 .2. 在反應(yīng)溫度下 ，當(dāng)固相反應(yīng)的某一相發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變時(shí)，反應(yīng)速度是 （B ）A. 無影響B(tài). 加快C. 減慢3. 表面擴(kuò)散系數(shù)Ds ，界面擴(kuò)散系數(shù)Dg ，晶格擴(kuò)散系Db 的關(guān)系

5、是 （ A）A.DsDg DbB. Ds Db DgC.Db Ds DgD. Db Dg Ds4、表面擴(kuò)散活化能Qs，界面擴(kuò)散活化能Qg ，晶格擴(kuò)散活化能Qb 的關(guān)系是 （ B）A.Qs Qg QbB. Qb Qg QsC.Qb Qs QgD. Qs Qb Qg5. 同一種物質(zhì)在晶體中的擴(kuò)散系數(shù) （C ）在玻璃中的擴(kuò)散系數(shù)A 大于B 等于C小于D 不確定6. A， B 進(jìn)行反應(yīng)生成AmBn, 為擴(kuò)散控制的固相反應(yīng)，若 DBD A ，則在 AmBn-A界面上 ，反應(yīng)物 B的濃度 CB為（B）A.1B.0C.不確定7. 燒結(jié)中晶界移動(dòng)的推動(dòng)力是 （ B）A.表面能B.晶界兩側(cè)自由焓差C.空位濃度差

6、8. 陶瓷經(jīng)燒結(jié)后在宏觀上的變化表述不正確的是（D）A.強(qiáng)度增加B.體積收縮C.氣孔率降低D.致密度減少9. 金斯特林格方程采用的反應(yīng)截面模型為（B）A.平板B.球體C.球殼D.圓柱10 、楊德爾方程采用的反應(yīng)截面模型為A。A. 平板B. 球體C. 球殼D. 圓柱11. 下列過程中 ，哪一個(gè)能使燒結(jié)體的強(qiáng)度增加而不引起坯體收縮？ (A)A.蒸發(fā) -凝聚B.體積擴(kuò)散C.流動(dòng)傳質(zhì)D.溶解 -沉淀12. 下列屬于逆擴(kuò)散過程的是（B ）A. 二次再結(jié)晶B.雜質(zhì)的富集于晶界C.布朗運(yùn)動(dòng)13. 在制造透明 Al 2 O3陶瓷材料時(shí) ，原料粉末的粒度為 2 m ，在燒結(jié)溫度下保溫 30分鐘 ，測(cè)得晶粒尺寸為

7、10 m 。 若在同一燒結(jié)溫度下保溫4小時(shí) ，晶粒尺寸為 （ D）, 為抑制晶粒生長(zhǎng)加入0.1 MgO ，此時(shí)若保溫 4 小時(shí)，晶粒尺寸為 （B ）。A. 16 mB. 20 m C. 24 mD. 28 m14 、在擴(kuò)散系數(shù)的熱力學(xué)關(guān)系中， (1lni)稱為擴(kuò)散系數(shù)的熱力學(xué)因子。在非理想混合體系中 ：ln N i當(dāng)擴(kuò)散系數(shù)的熱力學(xué)因子 0時(shí)，擴(kuò)散結(jié)果使溶質(zhì)（C）當(dāng)擴(kuò)散系數(shù)的熱力學(xué)因子 0時(shí)，擴(kuò)散結(jié)果使溶質(zhì)（A）a. 發(fā)生偏聚b. 濃度不改變c. 濃度趨于均勻15 、一般情況下 ，離子晶體較大離子的擴(kuò)散多半是通過（A）A.空位機(jī)構(gòu)B.直接易位C.間隙擴(kuò)散D.亞間隙機(jī)構(gòu)三、填空題 （18 分）1

8、. 燒結(jié)的主要傳質(zhì)方式有蒸發(fā) - 凝聚傳質(zhì) 、擴(kuò)散傳質(zhì) 、流動(dòng)傳質(zhì)和溶解 -沉淀傳質(zhì)四種 ，產(chǎn)生這四種傳質(zhì)的原因依次為（壓力差）、（空位濃度差）、（應(yīng)力 - 應(yīng)變）和（溶解度）。 線收縮L/L 與燒結(jié)時(shí)間的關(guān)系依次為：L/L=0 、L/L t2/5 、L/L t和L/L t1/3 。.專業(yè)資料 .2.均勻成核的成核速率 Iv由 （受核化位壘影響的成核率因子） 和 （受原子擴(kuò)散影響的成核率因子） 因子所決定的 。3.菲克第一定律的應(yīng)用條件是（ 穩(wěn)定擴(kuò)散）， 菲克第二定律的應(yīng)用條件是（不穩(wěn)定擴(kuò)散）。4.液 - 固相變過程的推動(dòng)力為（過冷度） 、 （過飽和濃度） 和 （ 過飽和蒸汽壓）。5.固體內(nèi)粒

9、子的主要遷移方式有（空位機(jī)構(gòu)） 、 （間隙機(jī)構(gòu)）。6.如晶體純度降低，擴(kuò)散系數(shù)與溫度關(guān)系曲線中本征與非本征擴(kuò)散的轉(zhuǎn)折點(diǎn)（向左）。7.合成鎂鋁尖晶石 ，可選擇的原料為MgCO 3 ,MgO, -Al 2O3 , -Al 2O3,從提高反應(yīng)速率的角度出發(fā)選擇 （MgCO 3），（-Al 2 O3）原料較好 。8.析晶相變過程的推動(dòng)力是，；在均勻成核時(shí) ，臨界成核位壘Gk= （ 1/3A k ） ,其值相當(dāng)于 （ 新相界面能的1/3）具有臨界半徑rk 的粒子數(shù) n k/N=（ exp （ -Gk/RT ） ）。9.液- 固相變時(shí) ，非均勻成核位壘與接觸角有關(guān) ，當(dāng) 為（ 180 o）時(shí)，非均勻成核位

10、壘與均勻成核位壘相等 。10.成核生長(zhǎng)機(jī)理的相變過程需要有一定的過冷或過熱，相變才能發(fā)生 ，在（相變過程放熱 ）情況下需要過冷 。11. 在制硅磚時(shí) ，加入氧化鐵和氧化鈣的原因 （作為礦化劑 ，產(chǎn)生不同晶型石英溶解度不同的液相 ）， 能否加入氧化鋁 （不能）。12. 在液相線以下的分相區(qū)的亞穩(wěn)區(qū)內(nèi)，其分解機(jī)理為 （ 成核 - 生長(zhǎng)機(jī)理）， 新相成（孤立的球形顆粒 ）狀，不穩(wěn)定區(qū)的分解機(jī)理為（ 旋節(jié)分解區(qū) （Spinodale ） ）， 新相成 （ 高度連續(xù)性的非球形顆粒）狀。13、擴(kuò)散系數(shù) D=D 0 exp(-Q/RT) 中，空位擴(kuò)散活化能Q 由 （空位形成能 ），（ 質(zhì)點(diǎn)遷移能）組成 ，

11、間隙擴(kuò)散活化能Q 由（間隙原子遷移能 ）組成 。14 、在三元系統(tǒng)中 ，無變量點(diǎn)有三種，分別是（最低共熔點(diǎn) ） 、 （雙升點(diǎn)） 和 （雙降點(diǎn)）15、本征擴(kuò)散是由 （本征擴(kuò)散是由本征熱缺陷所產(chǎn)生的空位而引起的質(zhì)點(diǎn)遷移，本征擴(kuò)散的活化能由 ）而引起的質(zhì)點(diǎn)遷移 ，本征擴(kuò)散的活化能由（空位形成能和 ）和（質(zhì)點(diǎn)遷移能兩部分組成 ）兩部分組成 。16、從熔體中析晶的過程分二步完成，首先是（成核） ，然后就是 （晶體生長(zhǎng) ） 過程。17、根據(jù)擴(kuò)散的熱力學(xué)理論，擴(kuò)散的推動(dòng)力是（化學(xué)位梯度） ， 而發(fā)生逆擴(kuò)散的條件是（熱力學(xué)因子小于零 ） 。18、熔體是物質(zhì)在液相溫度以上存在的一種高能量狀態(tài)，在冷卻的過程中可以

12、出現(xiàn)（結(jié)晶化） 、 （玻璃化 ） 和 （分相 ） 三種不同的相變過程 。四、問答題1、 試比較楊德爾方程和金斯特林格方程的優(yōu)缺點(diǎn)及其適用條件。（ 8 分）答：楊德爾方程在反應(yīng)初期具有很好的適應(yīng)性，但楊氏模型中假設(shè)球形顆粒反應(yīng)截面積始終不變 ，因而只適用反應(yīng)初期轉(zhuǎn)化率較低的情況。（ 4 分）而金氏模型中考慮在反應(yīng)進(jìn)程中反應(yīng)截面積隨反應(yīng)進(jìn)程變化這一事實(shí)，因而金氏方程適用范圍更廣，可以適合反應(yīng)初、中期。 兩個(gè).專業(yè)資料 .方程都只適用于穩(wěn)定擴(kuò)散的情況。（4分）2 、 MoO 3 和 CaCO 3 反應(yīng)時(shí) ，反應(yīng)機(jī)理受到CaCO 3 顆粒大小的影響。當(dāng) MoO 3： CaCO 3 1：1 ， MoO

13、3 的粒徑 r 1 為 0.036mm ， CaCO 3 的粒徑 r 2 為 0.13mm時(shí)，反應(yīng)是擴(kuò)散控制的 ；而當(dāng) CaCO 3 ：MoO 3 15 ：1 ， r 2 0.03mm時(shí)，反應(yīng)由升華控制 ，試解釋這種現(xiàn)象 。答：當(dāng) MoO 3 的粒徑 r1 為 0.036mm ， CaCO3的粒徑 r2 為 0.13mm時(shí) , CaCO3 顆粒大于 MoO3，由于產(chǎn)物層較厚 ，擴(kuò)散阻力較大，反應(yīng)由擴(kuò)散控制，反應(yīng)速率隨著CaCO3 顆粒度減小而加速，（ 3.5 分）當(dāng) r2<r1 時(shí)存在過量CaCO 33 粒徑升華控制 ，并隨著 MoO 3 粒徑， 反應(yīng)由 MoO減小而加劇 。3 、 二次

14、再結(jié)晶與晶粒生長(zhǎng)有何異同？生產(chǎn)中避免二次再結(jié)晶的方法有哪些？答：相同點(diǎn) :（ 1）兩者推動(dòng)力均為界面兩側(cè)質(zhì)點(diǎn)的吉布斯自由能之差；（ 2 ）進(jìn)行方式都是通過界面遷移 。（ 1 分）不同點(diǎn) ：（ 1）前者是個(gè)別晶粒異常生長(zhǎng) ，后者是晶粒尺寸均勻生長(zhǎng)；（ 2）前者氣孔被包裹到晶粒內(nèi)部 ，后者氣孔維持在晶界交匯處。（2 分）生產(chǎn)中避免二次再結(jié)晶的方法有：（ 1 ）合理選擇原料的細(xì)度，提高粉料粒度的均勻性；（2）控制溫度 ；（ 3）引入添加劑 。4 、 對(duì)比不穩(wěn)分解和均勻成核成長(zhǎng)這兩種相變過程。討論熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性以及過冷度和時(shí)間對(duì)產(chǎn)物組織的影響 。 如何用實(shí)驗(yàn)方法區(qū)分這兩種過程？在玻璃工業(yè)中 ，分相

15、有何作用 ？請(qǐng)舉例說明 。答：不穩(wěn)分解 ：在此區(qū)域內(nèi) ，液相會(huì)自發(fā)分相，不需要克服熱力學(xué)勢(shì)壘；無成核 - 長(zhǎng)大過程 ，分相所需時(shí)間極短，第二相組成隨時(shí)間連續(xù)變化。在不穩(wěn)分解分相區(qū)內(nèi)，隨著溫度的降低、時(shí)間的延長(zhǎng) ，析出的第二相在母液中相互貫通，形成蠕蟲狀結(jié)構(gòu)。成核 - 生成：在此區(qū)域內(nèi) ，在熱力學(xué)上 ， ，系統(tǒng)對(duì)微小的組成起伏是亞穩(wěn)的，形成新相需要做功，即存在成核勢(shì)壘，新相形成如同結(jié)晶過程的成核- 長(zhǎng)大機(jī)理 ，分相所需時(shí)間長(zhǎng)，分出的第二相組成不隨時(shí)間變化。隨著溫度的降低、時(shí)間的延長(zhǎng) ，析出的第二相在母液中逐漸長(zhǎng)大，形成孤立球狀結(jié)構(gòu)。用 TEM 觀察分相以后形貌 ，若兩相無明顯的連續(xù)性 ，第二相呈

16、孤立球狀 ，則為成核 - 生長(zhǎng)分相；若兩相形成互相交織的 " 蠕蟲狀 " ，則為不穩(wěn)分解相變過程 。在玻璃工業(yè)中 ，利用玻璃分相可以改進(jìn)結(jié)構(gòu)和玻璃性能，制備新型玻璃 。 例如通過硼硅酸鹽玻.專業(yè)資料 .璃分相制備微孔玻璃 、高硅氧玻璃 ，通過分相促進(jìn)鋰鋁硅微晶玻璃的核化和晶化，通過磷硅酸鹽玻璃的分相制備乳濁玻璃等。5 、如果 NiO 和 Cr2O3 球形顆粒之間反應(yīng)生成NiCr 2O4 是通過產(chǎn)物層擴(kuò)散進(jìn)行的，請(qǐng)回答：（1 ）若 1300 ， DCr3+ >>D Ni2+ >D O2- ，控制 NiCr 2O4 生成速率的擴(kuò)散是哪一種離子的擴(kuò)散？為什么 ？

17、（2 ）試分析早期的這一反應(yīng)轉(zhuǎn)化率G-t關(guān)系應(yīng)符合哪一個(gè)動(dòng)力學(xué)方程？答：（ 1）控制 NiCr 2 O4 生成速率的擴(kuò)散是Ni 2+ 離子 。 因?yàn)?NiO 與 Cr2O 3 主要陽離子經(jīng)過產(chǎn)物層的逆向擴(kuò)散生成 NiCr 2O4 。 而 D Cr3+ >>D Ni2+ >DO2， Cr3+ 擴(kuò)散速度快 ，而 Ni 2+ 擴(kuò)散速度慢 。（4 分）（2 ）這一反應(yīng)早期轉(zhuǎn)化率與時(shí)間之間的關(guān)系應(yīng)符合楊德爾方程1-(1-G) 1/3 2 =K Jt。6 、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

18、、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 。（ 4 分）對(duì)于擴(kuò)散傳質(zhì) ：（ 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(zhǎng)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)。7 、用圖例說明過冷度對(duì)核化、晶化速率和晶粒尺寸等的影響，如無析晶區(qū)又要使其析晶應(yīng)采取什么措施 ？要使自發(fā)析晶能力大的熔體形成玻璃應(yīng)采取什么措施？（8 分）答：過冷度過大或過小對(duì)成核與生長(zhǎng)速率均不利，只有在一定過冷

19、度下才能有最大成核和生長(zhǎng)速率，如下圖 。（ 4分）若 T 大，控制在成核率較大處析晶 ，易得晶粒多而尺寸小的細(xì)晶；（1 分）若 T 小，控制在生長(zhǎng)速率較大處析晶則容易獲得晶粒少而尺寸大的粗晶；（ 1分）如果成核與生長(zhǎng)兩曲線完全分開而不重疊，則無析晶區(qū) ，該熔體易形成玻璃而不易析晶；若要使其在一定過冷度下析晶，一般采用移動(dòng)成核曲線的位置，使它向生長(zhǎng)曲線靠攏 ?？梢杂眉尤诉m當(dāng)?shù)暮嘶瘎?，使成核位壘降低 ，用非均勻成核代替均勻成核。使兩曲線重疊而容易析晶。（ 1 分）要使自發(fā)析晶能力大的熔體形成玻璃，采取增加冷卻速度以迅速越過析晶區(qū)的方法，使熔體來不及析晶而玻璃化。（1 分）.專業(yè)資料 .8 、說明

20、影響擴(kuò)散的因素？答：（ 1）化學(xué)鍵 ：共價(jià)鍵方向性限制不利間隙擴(kuò)散，空位擴(kuò)散為主。金屬鍵離子鍵以空位擴(kuò)散為主 ，間隙離子較小時(shí)以間隙擴(kuò)散為主。（2 ）缺陷：缺陷部位會(huì)成為質(zhì)點(diǎn)擴(kuò)散的快速通道，有利擴(kuò)散 。（3 ）溫度 ：D=D0exp （ -Q/RT ） Q 不變 ，溫度升高擴(kuò)散系數(shù)增大有利擴(kuò)散 。 Q 越大溫度變化對(duì)擴(kuò)散系數(shù)越敏感 。（ 4）雜質(zhì) ：雜質(zhì)與介質(zhì)形成化合物降低擴(kuò)散速度；雜質(zhì)與空位締合有利擴(kuò)散；雜質(zhì)含量大本征擴(kuò)散和非本征擴(kuò)散的溫度轉(zhuǎn)折點(diǎn)升高。（ 5 ）擴(kuò)散物質(zhì)的性質(zhì) ：擴(kuò)散質(zhì)點(diǎn)和介質(zhì)的性質(zhì)差異大利于擴(kuò)散（ 6 ）擴(kuò)散介質(zhì)的結(jié)構(gòu) ：結(jié)構(gòu)緊密不利擴(kuò)散 。9 影響固相反應(yīng)的因素有那些？答

21、：影響固相反應(yīng)的因素有反應(yīng)物化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)的影響；顆粒度和分布影響 ；反應(yīng)溫度 、壓力、氣氛影響 ；礦化劑的影響 。（ 6 分）10 晶界移動(dòng)遇到氣孔時(shí)會(huì)出現(xiàn)幾種情況，從實(shí)現(xiàn)致密化目的考慮 ， 晶界應(yīng)如何移動(dòng) ？怎樣控制？（ 10 分）答：燒結(jié)初期 ，晶界上氣孔數(shù)目很多 ，此時(shí)氣孔阻止晶界移動(dòng)， Vb=0 。（ 2 分）燒結(jié)中 、后期，溫度控制適當(dāng) ，氣孔逐漸減少 。 可以出現(xiàn) Vb=Vp ，此時(shí)晶界帶動(dòng)氣孔以正常速度移動(dòng)，使氣孔保持在晶界上，氣孔可以利用晶界作為空位傳遞的快速通道而迅速匯集或消失。（ 2分）繼續(xù)升溫導(dǎo)致Vb Vp ，晶界越過氣孔而向曲率中心移動(dòng)，氣孔包入晶體內(nèi)部，只能通過體積

22、擴(kuò)散排除 ，這是十分困難的 。（ 2 分）從實(shí)現(xiàn)致密化目的考慮，晶界應(yīng)帶動(dòng)氣孔以正常速度移動(dòng)，使氣孔保持在晶界上，氣孔可以利用晶界作為空位傳遞的快速通道而迅速匯集或消失。（ 2分）控制方法 ：控制溫度 ，加入外加劑等 。11. 相變過程的推動(dòng)力是什么？（8分）答：總的推動(dòng)力 ：相變過程前后自由能的差值1 、相變過程的溫度條件在等溫等壓下 ， G= H-T S在平衡條件下，G 0，則S=H/T 0式中 ：T0 相變的平衡溫度；H 相變熱 。在任意一溫度了的不平衡條件下，則有G=H-TS0若H 與S 不隨溫度而變化，G=H-TH/T 0=H（ T0-T） /T 0=HT/T 0相變過程放熱H<

23、;O ，要使G<0 ，須有T>O ， T<T 0,過冷 ；相變過程吸熱H>O ，要使G<0 ，須有T<O ， T>T 0,過熱 。因此相平衡理論溫度與系統(tǒng)實(shí)際溫度之差即為該相變過程的推動(dòng)力。(2分)2 相變過程的壓力和濃度條件.專業(yè)資料 .(1) 氣相 ，恒溫下G=RTlnP 0/P 欲使G <0 ，須 P>P0即汽相過飽和。 (2 分 )(2) 溶液G=RTlnC 0/C欲使G <0 ，須 C>C 0即液相過飽和 。(2 分 )綜上所述 ，相變過程的推動(dòng)力應(yīng)為過冷度、過飽和濃度 、過飽和蒸汽壓。即相變時(shí)系統(tǒng)溫度 、濃度和壓力與

24、相平衡時(shí)溫度、濃度和壓力之差值。 (2 分 )12 、說明影響燒結(jié)的因素？ （ 6 分）（ 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(zhǎng) ，不僅不引起

25、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 。13 、 典型的傳質(zhì)過程有哪些 ？各采用什么燒結(jié)模型？分析產(chǎn)生的原因是什么？典型的傳質(zhì)過程有 ：固相燒結(jié)的蒸發(fā) -凝聚傳質(zhì) 、擴(kuò)散傳質(zhì) ，液相燒結(jié)的流動(dòng)傳質(zhì)、溶解 - 沉淀傳質(zhì) 。固相燒結(jié)的蒸發(fā) - 凝聚傳質(zhì)過程采用中心距不變的雙球模型。固相燒結(jié)的擴(kuò)散傳質(zhì) 、液相燒結(jié)的流動(dòng)傳質(zhì)、溶解 - 沉淀傳質(zhì)過程采用中心距縮短的雙球模型14 、試述燒結(jié)的推動(dòng)力

26、和晶粒生長(zhǎng)的推動(dòng)力。并比較兩者的大小 。解：燒結(jié)推動(dòng)力是粉狀物料的表面能（sv）大于多晶燒結(jié)體的晶界能（gb ）， 即 sv> g 。晶粒生長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)推動(dòng)力約大十倍 。15 、在燒結(jié)期間 ，晶粒長(zhǎng)大能促進(jìn)胚體致密化嗎？晶粒長(zhǎng)大能夠影響燒結(jié)速率嗎？試說明之。解：晶粒生長(zhǎng)是界面移動(dòng)的結(jié)果 ，并不是原子定向向頸部遷移得傳質(zhì)過程，因而不能促進(jìn)胚體致密化 。 晶界移動(dòng)可以引起原子躍遷，也可使氣孔移入晶粒內(nèi)，從而影響燒結(jié)速率。因而

27、晶界移動(dòng)速率需進(jìn)行控制 。16 、試說明晶界能總是小于相鄰二個(gè)晶粒表面能之和；解：在恒溫恒壓條件下增加單位表面積時(shí)體系自由能的增量稱為表面能，而形成單位新界面所需要的能量稱為界面能 。 表面能和界面能的本質(zhì)是處在表面或界面上的質(zhì)點(diǎn)受到不對(duì)稱力場(chǎng)作用，與晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)相比具有較高的能量。晶粒的表面能指晶粒與氣相接觸，界面能通常指兩個(gè)晶粒相接觸 。 顯然 ，晶粒與氣相接觸時(shí)，表面質(zhì)點(diǎn)受到力場(chǎng)的不對(duì)稱性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于兩個(gè)晶粒相接觸時(shí) 。 因此，界面能總是小于相鄰二個(gè)晶粒表面能之和。18 、影響陶瓷燒結(jié)的主要因素有哪些？答： 1、影響陶瓷燒結(jié)的主要因素有：（ 1 ）原始粉料的粒度 ；（ 2）外加劑的作用 ；（

28、 3 ）燒結(jié)溫度與保溫時(shí)間 ；（ 4）鹽類的選擇及煅燒條件；（ 5）氣氛的影響 ；（ 6）成型壓力 。19 、陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)主要由哪些基本因子構(gòu)成？答：陶瓷是由晶體 、玻璃體和氣孔組成的多晶多相材料。其顯微結(jié)構(gòu)包括晶體的種類和含量，晶粒尺寸和形狀 ，玻璃相的含量和分布情況，晶粒之間 、晶粒與玻璃相之間的界面，氣孔的數(shù)量、尺寸 、分布等20 、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 。.專業(yè)資料 .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， Al2O3>

29、;99.9%，無雜質(zhì)和玻璃相 ；（ 2） 添加 0.1 0.5%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(zhǎng) ；（ 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 。21 、 純固相反應(yīng)在熱力學(xué)上有何特點(diǎn)？為什么固相反應(yīng)有氣體或液體參加時(shí)，范特荷夫規(guī)則就不適用了 ？解：一切實(shí)際可以進(jìn)行的純固相反應(yīng)，其反應(yīng)幾乎總是放熱的，這一規(guī)律性的現(xiàn)象稱為范特荷夫規(guī)則 。 此規(guī)則的熱力學(xué)基礎(chǔ)是因?yàn)閷?duì)純固相反應(yīng)而言，反應(yīng)的熵變 S 往往很小以致于趨于零 。 所以反應(yīng)自由焓變化 G H 。 而純固相反應(yīng)的熱力學(xué)必要條件是G<0 ，這樣 H<

30、0（即放熱 ）的反應(yīng)才能發(fā)生 。， S 可以變得很大 ，范特荷夫規(guī)則不再適用對(duì)于有液相或氣相參與的固相反應(yīng)。22 、馬氏體相變具有什么特征？它和成核好生長(zhǎng)機(jī)理有何區(qū)別?解：馬氏體相變具有如下特征：（ 1）相變體和母體之間的界面保持既不扭曲變形也不旋轉(zhuǎn)。這種界面稱習(xí)性平面（ Habitplane ）， 其結(jié)晶學(xué)方向不變。（ 2 ）無擴(kuò)散的位移式相變。（3 ）相變速率可高達(dá)聲速。（ 4）相變不是在特定的溫度，而是在一個(gè)溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。成核生長(zhǎng)的新相與母相有完全不同的晶格結(jié)構(gòu)，新相是在特定的溫度下產(chǎn)生的，相變具有核化和晶化位壘 。23 、純物質(zhì)在任意指定溫度下，固、液、氣三相可以平衡共存，請(qǐng)用相律說

31、明這個(gè)結(jié)論是否正確 ？請(qǐng)舉例說明 。答：這個(gè)結(jié)論不正確。因?yàn)?，固、液、氣三相平衡時(shí) ，相律為 ： F=C-P+2 ，其中 ， C=1 ，P=3 ，則 F=0 ，即自由度為 0 溫度和壓力均不可以變化 。這時(shí)不能夠指定溫度 。 例如 ：水在 0 度時(shí)是三相共存 ，溫度一變固 、液、氣三相就不平衡了 。 所以溫度不能任意指定溫度 。24 、為什么非均相成核比均相成核更易進(jìn)行？因?yàn)?： G#c = Gc 。f（）并且 ： f （） =(2+COS)(1- COS)2/4 ， 當(dāng)： =90 度時(shí)， f（） =(2+COS - COS)(1 )2/4=(2+0)(1 - 0)2/4=2/4=1/2，所

32、以 ： G#c = Gc 。f（）=1/2 。 Gc，即：非均相成核所需能量是均相成核的一半，雜質(zhì)存在有利成核 。25 、說明斯賓那多分解相變和成核-生長(zhǎng)相變的主要區(qū)別？組成變 -不變 ；相分布和尺寸有規(guī)律- 無規(guī)律 ；相顆粒高度連續(xù)性非球型 -連續(xù)性差的球型26 、反應(yīng)顆粒尺寸對(duì)加快固相反應(yīng)的影響。楊德爾方程 ： Kt=R 02 1-(1-G) 1/3 2 ；金斯特林格動(dòng)力學(xué)方程積分式 : K k.t=(2D C0/R 02n.)t=1-2/3G-(1-G)2/3公式中 ： R0- 反應(yīng)物等徑球顆粒半徑； G - 轉(zhuǎn)化率 ； Kk- 速度常數(shù) ； t- 時(shí)間 ； D-擴(kuò)散系數(shù)； n- 分子數(shù)

33、 ； C0- 初始?xì)怏w濃度 ；- 分子量 ；-產(chǎn)物密度 。由公式可見 ：速度常數(shù) K 與 R0 顆粒半徑平方成反比，顆粒越小 ，反應(yīng)體系比表面積越大，反應(yīng)界面和擴(kuò)散截面也相應(yīng)增加，因此反應(yīng)速率增大 。 威爾表面學(xué)說 ：顆粒尺寸減小 ，鍵強(qiáng)分布曲線變平 ，弱鍵比例增加 ，故而使反應(yīng)和擴(kuò)散能力增強(qiáng)。五相圖分析1、右圖為生成一個(gè)三元化合物的三元相圖，(1) 判斷三元化合物 D 的性質(zhì) ，說明理由 ？不一致熔融三元化合物，因其組成點(diǎn)不在其初晶區(qū)內(nèi)。（ 2 分）(2) 標(biāo)出邊界曲線的溫降方向 （轉(zhuǎn)熔界限用雙箭頭 ）；見圖（3 分）(3) 指出無變量點(diǎn)的性質(zhì) （E、F、 G）；（ 3 分）E：?jiǎn)无D(zhuǎn)熔點(diǎn)F：

34、低共溶點(diǎn)G：?jiǎn)无D(zhuǎn)熔點(diǎn)(4)分析點(diǎn) M 1，M 2 的結(jié)晶路程 ；（ 6 分）.專業(yè)資料 .(5) 計(jì)算 M 2 點(diǎn)液相剛到結(jié)晶結(jié)束點(diǎn)和結(jié)晶結(jié)束后各相的含量。M 2 點(diǎn)液相剛到結(jié)晶結(jié)束點(diǎn)時(shí)存在C、D、液相 LL%= fM 2/FfC%= （ FM2 /Ff ）（ Df/DC ）D%= （ FM 2/Ff ）（ Cf/DC ）結(jié)晶結(jié)束后存在A、 D、 C，各相的含量過 M 2 點(diǎn)作平行線或用雙線法求得，C%=AgA%=ChD%=gh2、下圖為 CaO-A12O3 -SiO 2 系統(tǒng)的富鈣部分相圖，對(duì)于硅酸鹽水泥的生產(chǎn)有一定的參考價(jià)值。試：1、畫出有意義的付三角形 ；2、用單 、雙箭頭表示界線的性質(zhì)

35、；3、說明 F、 H、 K 三個(gè)化合物的性質(zhì)和寫出各點(diǎn)的相平衡式；4、分析 M # 熔體的冷卻平衡結(jié)晶過程并寫出相變式；5、并說明硅酸鹽水泥熟料落在小圓圈內(nèi)的理由；6、為何在緩慢冷卻到無變量點(diǎn)K（ 1455 ） 時(shí)再要急劇冷卻到室溫？（20 分）解： 1、如圖所示 ；（ 1.5 分）2、如圖所示 ；（ 4 分）3、 F 點(diǎn)低共熔點(diǎn) ， LF C3A+C12A7+C2S （ 1.5 分）H 點(diǎn)單轉(zhuǎn)熔點(diǎn) ， LH+CaO C3A+C3S （ 1.5 分）K 點(diǎn)單轉(zhuǎn)熔點(diǎn) ， LK+C3S C3A+C2S （1.5 分）4、M 點(diǎn)：L C2S L C2S+C3S L+C2S C3S液： M- a-y-

36、K始 (LK+C3SC2S+C3A)K終f=2f=1f=1f=0C2S C2S+C3S C2S+C3S C2S+C3S+C3A固： D- D- b- d-M（ 4 分）5、因?yàn)楣杷猁}水泥熟料中三個(gè)主要礦物是 C3S、 C2S、 C3A 。 根據(jù)三角形規(guī)則 ，只有當(dāng)組成點(diǎn)落在 C3S-C2S-C3A 付三角形中 ，燒成以后才能得到這三種礦物 。從早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度 、水.專業(yè)資料 .化速度 、礦物的形成條件等因素考慮 ，水泥熟料 C3S 的含量應(yīng)當(dāng)最高 ， C2S 次之， C3A 最少 。根據(jù)杠桿規(guī)則 ，水泥熟料的組成點(diǎn)應(yīng)當(dāng)位于 C3S-C2S-C3A 付三角形中小圓圈內(nèi) 。（ 3 分）6、因?yàn)?/p>

37、緩慢冷卻到 K 點(diǎn)，可以通過轉(zhuǎn)熔反應(yīng) L+C2S C3S得到盡可能多的 C3S。 到達(dá) K 點(diǎn)后 ，急劇冷卻到室溫 ，可以（ 1 ）防止 C3S 含量降低 ，因?yàn)?K 點(diǎn)的轉(zhuǎn)熔反應(yīng) LK+C3SC2S+C3A；（2 ）使 C2S 生成水硬性的 -C2S ，而不是非水硬性的 -C2S ；（ 3）液相成為玻璃相 ，可以提高熟料的易磨性 。（ 3 分）3、右圖為生成一個(gè)三元化合物的三元相圖，1 判斷三元化合物A m Bn 的性質(zhì)不一致熔融二元化合物。（ 1 分）2 標(biāo)出邊界曲線的溫降方向（轉(zhuǎn)熔界限用雙箭頭）；見下圖（5 分）3 指出無變量點(diǎn)的性質(zhì)（ E、 N ）；（2 分）E：?jiǎn)无D(zhuǎn)熔點(diǎn)F：低共溶點(diǎn)分析點(diǎn) 1， 2 的結(jié)晶路程 ；（ 8 分）4 分析點(diǎn) 1， 2 的結(jié)晶路程 。4、右圖為生成一個(gè)三元化合物的三元相圖，1.判斷三元化合物N 的性質(zhì) ，說明理由 ？不一致熔融三元化合物，因其組成點(diǎn)不在其初晶區(qū)內(nèi) 。（ 1 分）2.標(biāo)出邊界曲線的溫降方向（轉(zhuǎn)熔界限用雙箭頭）；見圖（3