材料科學(xué)基礎(chǔ)6習(xí)題and答案(編輯修改稿)
2025-02-10 15:21 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 C2S迅速越過分解溫度或晶型轉(zhuǎn)變溫度，在低溫下以介穩(wěn)態(tài)保存下來。68 今通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得如圖63所示的各相圖，試判斷這些相圖的正確性。如果有錯(cuò)，請(qǐng)指出錯(cuò)在何處？并說明理由。圖63解：第一圖錯(cuò)，B組元有一個(gè)固定的熔點(diǎn)，因此液相線和固相線在B側(cè)應(yīng)交于一點(diǎn)。第二圖錯(cuò)，A、B組元具有一個(gè)低共熔點(diǎn)，因此A、B的兩條液相線應(yīng)交于一點(diǎn)。第三圖錯(cuò)，析晶過程中，達(dá)到共熔點(diǎn)后，系統(tǒng)進(jìn)入低共熔過程，從液相中析出固溶體α、β，系統(tǒng)進(jìn)入三相平衡狀態(tài)，系統(tǒng)的溫度不能變，因此中間的那條線應(yīng)與AB平行。第四圖錯(cuò)，具有低共熔點(diǎn)的有限固溶體二元系統(tǒng)相圖中γ固溶體不可能存在。第五圖錯(cuò)，具有轉(zhuǎn)熔點(diǎn)的有限固溶體二元系統(tǒng)相圖中γ固溶體不可能存在。69 根據(jù)圖64所示的二元系統(tǒng)相圖回解：（1）注明各相區(qū)；（2）寫出無變量點(diǎn)的性質(zhì)及其相平衡關(guān)系；（3）寫出M1和M2熔體的平衡冷卻析晶過程；（4）計(jì)算從熔體剛冷至 TP溫度及離開TP溫度時(shí)系統(tǒng)中存在各相的百分含量。解：（1） 相區(qū)如圖所示：（2） 轉(zhuǎn)熔點(diǎn)P： 低共熔點(diǎn)E：（3） 液： 固： 圖64 液： 固：（4） 點(diǎn)，剛到時(shí) 離開時(shí)， 點(diǎn)，剛到時(shí) 離開時(shí)， 610 圖65為具有一個(gè)不一致熔融化合物的二元系統(tǒng)，在低共熔點(diǎn)E發(fā)生如下析晶的過程：LA＋AmBn。E點(diǎn)B含量為20％，化合物AmBn 含B量為64％，今有C1和C2兩種配料，其配料點(diǎn)分置于E點(diǎn)兩側(cè)。，且在達(dá)低共熔點(diǎn)溫度前的冷卻析晶過程中，從該二配料中析出的初晶相含量相等。試計(jì)算C1和C2的組成。圖65解：設(shè)A－B二元相圖中組成以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示。和兩種配料量均為G（kg）。據(jù)題意，初相在低共溶點(diǎn)前析出，則和二配料組成必在AP之間（若在PB之間，初相比在轉(zhuǎn)熔點(diǎn)P前析出）。又該二配料組成不同，而析出的初相含量相等，可知二配料點(diǎn)一定分置于低共溶點(diǎn)E兩側(cè)，析出初相分別為和A。 設(shè)含B的量為x%,含B量為y%, 則根據(jù)桿杠規(guī)則可以建立下面方程： 解聯(lián)立方程，得x=26%,y=%。所以，組成為含B的量26%，%611 圖66是一個(gè)未完成的具有一個(gè)不一致熔化合物并形成固溶體的二元系統(tǒng)相圖。請(qǐng)根據(jù)已給出的諸點(diǎn)完成此相圖的草圖。解：草圖如下：圖66612 已知A和B兩組成構(gòu)成具有低共熔點(diǎn)的有限固溶體的二元系統(tǒng)。試根據(jù)下列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制粗略相圖。已知A的熔點(diǎn)為1000℃，B熔點(diǎn)為700℃。含B為25mol％的試樣在500℃完全凝固，％初晶相SA（B）和 ％（SA（B）＋SB（A））共生體。含B為50mol％的試樣在同一溫度下凝固完畢，其中含40mol％初晶相SA（B）和60mol％（SA（B）＋SB（A））共生體，而SA（B）相總量占晶相總量的50％。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均在達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)測(cè)定。解：因a、b點(diǎn)溫度及低共熔溫度已知，欲繪此相圖之草圖，關(guān)鍵是求出C、E、D三點(diǎn)之組成。由于二個(gè)試樣析出初晶相均為，且在同一溫度下凝固完畢（此溫度顯然即低共熔溫度，可知該二試樣的組成必都落在CE間。 設(shè)C點(diǎn)含B量為x, E點(diǎn)含B量為z。根據(jù)題意借助杠桿規(guī)則可以獲得下面關(guān)系式。 解上述聯(lián)立方程，得x=,y=,z=, 據(jù)此，, , 。這樣相圖中C、E、D位置可以找到，從而繪出相圖的草圖如下：613 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％的液相便軟化不能使用，試計(jì)算含40mol％Al2O3的粘土磚的最高使用溫度。解：（1） 硅磚（含 SiO2 98%）主要晶相： SiO2 、 2Al203 2SiO 3 固溶體（莫來石）， 粘土磚（含 Al203 35 ～ 50%）主要晶相： SiO2 、A3S2 ，高鋁磚（含 Al203 60 ～ 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/=% ，會(huì)使硅磚的耐火度大大下降； （3） 根據(jù)相圖，當(dāng)出現(xiàn)40%液相時(shí)，由桿杠規(guī)則可知，得x=, 在相圖中作出析晶路線，可以估計(jì)出粘土磚的最高溫度約為1670 ℃。 Al2O3－SiO2系統(tǒng)相圖614 根據(jù)CaO－SiO2系統(tǒng)相圖回答下列問題：（1）若以含CaO80％的熔體1000g冷卻到2150℃以后（溫度即將離開2150℃時(shí)），會(huì)獲得何種產(chǎn)物？這些產(chǎn)物的量各為多少？（2）若以 CaO、SiO2二組元配料，加熱至熔融后再冷卻，要求產(chǎn)物中只有C2S和C3S，則配料范圍應(yīng)選在哪里？若平衡冷卻能達(dá)到目的嗎？為什么？應(yīng)采取什么措施？解：CaO－SiO2系統(tǒng)如下：CaO－SiO2系統(tǒng)相圖（1）根據(jù)上圖，可知，含CaO80％的熔體1000g冷卻到即將離開轉(zhuǎn)熔點(diǎn)M時(shí)（2150℃），產(chǎn)物為C3S和CaO，根據(jù)桿杠規(guī)則可知：C3S為，CaO為。 （2）若要求產(chǎn)物中只有C2S和C3S，據(jù)相圖可知，配料范圍應(yīng)選在含CaO65%～74%之間。平衡冷卻不能達(dá)到目的，因?yàn)槠胶饫鋮s得到的是C2S和CaO，為使產(chǎn)物只有C2S和C3S，應(yīng)在溫度降至1250℃急冷。615 在CaO－SiO2和Al2O3－SiO2系統(tǒng)中，SiO2的液相線都很陡，解釋為什么在硅磚生產(chǎn)中可摻入少量CaO做礦化劑不會(huì)降低硅磚的耐火度，而在硅磚中卻要嚴(yán)格防止混入Al2O3，否則便會(huì)使硅磚耐火度大大下降。解：SiO2 中加入少量的 CaO ，在低共熔點(diǎn) 1436 ℃ 時(shí)，液相量為 2/37=% ，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。616加熱粘土礦物高嶺石（Al2O32SiO22H2O）至600℃時(shí)，高嶺石分解為水蒸氣和Al2O32SiO2，繼續(xù)加熱到1595℃時(shí)會(huì)發(fā)生什么變化？在該溫度下長(zhǎng)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？解：Al2O3 2SiO2 H2O Al2O3 2SiO2 + H2O Al2O3 2SiO2 相圖中 SiO2 %=33%mol （1）加熱到 1595 ℃ 時(shí)，生成A3S2 （2）1595 ℃ 長(zhǎng)時(shí)間保溫，系統(tǒng)中為液相和A3S2 ， L%= =%
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