無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)試卷(6-10章)

1、【精品文檔】如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除，僅供學(xué)習(xí)與交流無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)試卷(6-10章).精品文檔.無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)試卷1、 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

2、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)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)

3、在擴(kuò)散層dx內(nèi)的濃度隨時(shí)間而變化，即dc/dt0。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

4、）的相互吸引，通過加熱，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)2、 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 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. 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)系是（A

5、 ）A.DsDgDb B. DsDbDgC.DbDsDg D. DbDgDs4、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.QsQgQb B. QbQgQsC.QbQsQg D. QsQbQg 5. 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DBDA，則在AmBn-A界面上，反應(yīng)物B的濃度CB為（ B ）A.1 B.0 C.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8. 陶瓷經(jīng)燒結(jié)后在宏觀上的變化表述不正

6、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Al2O3陶瓷材料時(shí)，原料粉末的粒度為2m，在燒結(jié)溫度下保溫30分鐘，測(cè)得晶粒尺寸為10m。若在同一燒結(jié)溫

7、度下保溫4小時(shí)，晶粒尺寸為（ D ）, 為抑制晶粒生長(zhǎng)加入0.1MgO，此時(shí)若保溫4小時(shí)，晶粒尺寸為（ B ）。 A. 16m B. 20m C. 24m D. 28m 14、在擴(kuò)散系數(shù)的熱力學(xué)關(guān)系中， 稱為擴(kuò)散系數(shù)的熱力學(xué)因子。在非理想混合體系中： 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. 燒結(jié)的主要傳質(zhì)方式有蒸發(fā)-凝聚傳質(zhì)、擴(kuò)

8、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/Lt2/5、L/Lt和L/Lt1/3。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)粒子的主要遷移方式有（ 空位機(jī)構(gòu) ） 、 （

9、 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MgCO3 , MgO, -Al2O3, -Al2O3, 從提高反應(yīng)速率的角度出發(fā)選擇（ MgCO3 ），（ -Al2O3 ）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=（ 1/3Ak ）,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)nk/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（ 180º ）時(shí)，非均勻成核位壘與均勻成核位壘相等。10. 成核生

10、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=D0exp(-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， 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

11、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

12、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)方程都只適用于穩(wěn)定擴(kuò)散的情況。（4分）2、 MoO3和CaCO3反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)機(jī)理受到CaCO3顆粒大小的影響。當(dāng)MoO3 ：CaCO31：1，MoO3的粒徑r1為0.036mm，CaCO3的粒徑r2為0.13mm時(shí)，反應(yīng)是擴(kuò)散控制的；而當(dāng)CaCO3 ：MoO315：1，r20.03mm時(shí)，反應(yīng)由

13、升華控制，試解釋這種現(xiàn)象。答：當(dāng)MoO3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CaCO3，反應(yīng)由MoO3粒徑升華控制，并隨著MoO3粒徑減小而加劇。3、 二次再結(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

14、，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

15、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)

16、生成NiCr2O4是通過產(chǎn)物層擴(kuò)散進(jìn)行的，請(qǐng)回答：（1）若1300，DCr3+>>DNi2+>DO2-，控制NiCr2O4生成速率的擴(kuò)散是哪一種離子的擴(kuò)散？為什么？（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NiCr2O4生成速率的擴(kuò)散是Ni2+離子。因?yàn)镹iO與Cr2O3主要陽離子經(jīng)過產(chǎn)物層的逆向擴(kuò)散生成NiCr2O4。而DCr3+>>DNi2+>DO2，Cr3+擴(kuò)散速度快，而Ni2+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)1/32=KJt。6、在擴(kuò)散傳質(zhì)的燒結(jié)過程中，使

17、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。（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？（

18、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。可以用加人適當(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。

19、（1分）8、 說明影響擴(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：影響固相反應(yīng)的因素有反應(yīng)物化學(xué)組

20、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VbVp，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

21、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-TS 在平衡條件下，G0，則S=H/T0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/T0=H（T0-T）/T0=HT/T0相變過程放熱H<O，要使G<0，須有T>O，T<T0,過冷；相變過程吸熱H>O，要使G<0，須有T<O，T>T0

22、,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(1)氣相，恒溫下G=RTlnP0/P 欲使G <0，須P>P0 即汽相過飽和。(2分)(2)溶液 G=RTlnC0/C 欲使G <0，須C>C0 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

23、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

24、？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

25、。 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

26、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；（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

27、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，Al2O3>99.9%，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(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

28、以致于趨于零。所以反應(yīng)自由焓變化GH。而純固相反應(yīng)的熱力學(xué)必要條件是G<0，這樣H<0（即放熱）的反應(yīng)才能發(fā)生。對(duì)于有液相或氣相參與的固相反應(yīng)，S可以變得很大，范特荷夫規(guī)則不再適用。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（Habit plane），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。

29、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)椋篏#c =Gc。f（）并且：f（）=(2+COS)(1- COS)2/4，當(dāng)：=90度時(shí)，f（）=(2+COS)(1- COS)2/4=(2+0)(1- 0)2/4=2/4=1/2，所以：G#c =Gc

30、。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=R021-(1-G)1/32 ；金斯特林格動(dòng)力學(xué)方程積分式: Kk.t=(2DC0/R02n.)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)；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

31、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 ：低共溶點(diǎn) G ：?jiǎn)无D(zhuǎn)熔點(diǎn)(4)分析點(diǎn)M1，M2的結(jié)晶路程；（6分）(5)計(jì)算M2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。 M2點(diǎn)液相剛到結(jié)晶

32、結(jié)束點(diǎn)時(shí)存在C、D、液相LL%= fM2/Ff C%=（FM2/Ff）（Df/DC） D%=（FM2/Ff）（Cf/DC） 結(jié)晶結(jié)束后存在A、D、C，各相的含量過M2點(diǎn)作平行線或用雙線法求得，C%=Ag A%=Ch D%=gh 2、下圖為CaO-A12O3-SiO2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)；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？（

33、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)，LFC3A+C12A7+C2S （1.5分）H點(diǎn)單轉(zhuǎn)熔點(diǎn)，LH+CaOC3A+C3S（1.5分）K點(diǎn)單轉(zhuǎn)熔點(diǎn)，LK+C3SC3A+C2S（1.5分）4、M點(diǎn)： LC2S LC2S+C3S L+C2SC3S液：M-a-y-K始(LK+C3SC2S+C3A)K終 f=2 f=1 f=1 f=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

34、才能得到這三種礦物。從早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度、水化速度、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)榫徛鋮s到K點(diǎn)，可以通過轉(zhuǎn)熔反應(yīng)L+C2SC3S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)镵點(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AmBn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