【文章內(nèi)容簡介】 結晶速率用什么表征。 3. 分析影響結晶速率的因素。固相反應1．若由MgO和Al2O3球形顆粒之間的反應生成MgAl2O4是通過產(chǎn)物層的擴散進行的： (1) 畫出其反應的幾何圖形并推導出反應初期的速度方程。 (2) 若1300℃時DAl3+DMg2+02:基本不動，那么哪一種離子的擴散控制著MgAl2O4的生成？為什么？ 2．鎳（Ni），測得其重量增量（μg/cm2）如下表：溫 度 時 間 溫 度 時 間 1(h) 2(h) 3(h) 4(h) 1(h) 2(h) 3(h) 4(h) 550 ℃ 9131520650 ℃ 29415065600 ℃ 17232936700 ℃ 567588106 (1) 導出合適的反應速度方程； (2) 計算其活化能。 3．由Al2O3和SiO2粉末反應生成莫來石，過程由擴散控制，擴散活化能為50千卡/摩爾，1400℃下，一小時完成10%，求1500℃下，一小時和四小時各完成多少？（應用揚德方程計算） 4．粒徑為1μ球狀Al2O3由過量的MgO微粒包圍，觀察尖晶石的形成，在恒定溫度下，第一個小時有20%的Al2O3起了反應，計算完全反應的時間。 (1) 用揚德方程計算 (2) 用金斯特林格方程計算 (3) 比較揚德方程、金斯特林格方程優(yōu)缺點及適用條件。 5． 當測量氧化鋁－水化物的分解速率時，發(fā)現(xiàn)在等溫反應期間，重量損失隨時間線性增 加到50%左右，超過50%時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，這是一個由擴散控制的反應還是由界面一級控制的反應？當溫度從451℃增至493℃時，速率增大到10倍，計算此過程的活化能（利用表91及圖22進行分析） 6． 由Al2O3和SiO2粉末形成莫來石反應，由擴散控制并符合揚德方程，實驗在溫度保持不變的條件下，當反應進行1小時的時候，測知已有15%的反應物起反 應而作用掉了。 (1) 將在多少時間內(nèi)全部反應物都生成產(chǎn)物？ (2) 為了加速莫來石的生產(chǎn)應采取什么有效措施？ 7． 試分析影響固相反應的主要因素。 8． 如果要合成鎂鋁尖晶石，可供選擇的原料為MgCOMg(OH)MgO、Al2O33H2O、γAl2OαAl2O3。從提高反應速率的角度出發(fā)，選擇什么原料較 好？請說明原因。復 習 提 綱 1． 廣義固相反應的共同特點；固相反應機理；固相界面上的化學反應的三個過程。 2． 固相反應的一般動力學關系及其意義；解釋化學動力學范圍；解釋擴散動力學范圍的特點，擴散動力學范圍的三個動力學方程的表達式、各自所采用的模 型極其適用范圍、有何優(yōu)缺點。 3． 分析影響固相反應的因素。燒結　　 1．燒結推動力是什么? 它可憑哪些方式推動物質(zhì)的遷移，各適用于何種燒結機理?　　 2．燒結過程是怎樣產(chǎn)生的，各階段的特征是什么? 　　 3．下列過程中哪一個能使燒結體強度增大，而不產(chǎn)生坯體宏觀上的收縮? 試說明之?！　?　　 　(a) 蒸發(fā)冷凝； (b) 體積擴散； (c) 粘性流動； (d) 表面擴散； (e) 溶解沉淀　　 4．某氧化物粉末的表面能是1000erg/cm2，燒結后晶界能是550erg/cm2今用粒徑為1μm的粉料(假定為立方體)壓成1cm3的壓塊進行燒結，試計算燒結時的推動力。　　 5．試就 (a) 推動力來源； (b) 推動力大小； (c) 在陶瓷系統(tǒng)的重要性來區(qū)別初次再結晶，晶粒長大和二次再全結晶。　　 6．有人試圖用延長燒結時間來提高產(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達因／厘米的玻璃內(nèi)，當氣體壓力與表面張力產(chǎn)生的負壓平衡時，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，需燒結多長時間? 如已知晶界擴散活化能為60KCal／mol，試計算在1600℃下4小時后晶粒的大小，為抑制晶粒長大，加入少量雜質(zhì)，在1600℃下保溫4小時，晶粒大小又是多少? 　　 9．假定NiCr2O4 的表面能為600erg／cm2，由半徑 的NiO和Cr2O3粉末合成尖晶石。在1200℃和1400℃時Ni2+和Cr3+離子的擴散系數(shù)分別為：Ni2+在 NiO中D1473=11011；D1673=31010cm2/s ；Cr3+在Cr2O3中D1473 =71011；D1673=1010cm2/s ，求在1200℃和1400℃燒結時，開始1秒的線收縮率是多少？（假定擴散粒子的半徑為 ?) 　　 10．材料的許多性能如強度、光學性能等要求其晶粒尺寸微小且分布均勻，工藝上應如何控制燒結過程以達到此目的?　　 11．試分析二次再結晶過程對材料性能有何種效應? 　　 12．特種燒結和常規(guī)燒結有什么區(qū)別? 試舉例說明?！　?13.(a) 燒結MgO時加入少量FeO，在氫氣氛和氧分壓低時都不能促進燒結，只有在氧分壓高的氣氛下才促進燒結；　 (b) 燒結Al2O3時，氫氣易促進致密化而氮氣妨礙致密化。試分析其原因。 　　 14．某磁性氧化物材料被認為是遵循正常晶粒長大方程。當顆粒尺寸增大超出1μm的平均尺寸時，則磁性和強度等性質(zhì)就變壞， 。燒結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時間。你想推薦的最長時間是多少?腐蝕與防護1. 名詞解釋及符號意義　　　　全面腐蝕 局部腐蝕 點腐蝕 晶間腐蝕 應力腐蝕 腐蝕疲勞 渦流腐蝕 縫隙腐蝕 KISCC da/dt　　2. 以不銹鋼在充氣的NaCl溶液中孔腐蝕為例，簡述小孔腐蝕的機理?！　?. 為提高18Cr9Ni不銹鋼的抗點蝕性能,可在鋼中加入哪些元素? 　　4. 應力腐蝕裂紋擴展速率da/dt與KI值之間的關系如圖 所示,試指出曲線上的兩個端點各代表材料的什么特征值？并根據(jù)此圖說明裂紋擴展速率da/dt與KI值的關系?！　?. 影響晶間腐蝕的因素有哪些？　　6. 簡述應力腐蝕的機理及減少應力腐蝕的措施?！　?. 試述硅酸鹽材料的腐蝕機理及影響腐蝕的因素。 　　8. 玻璃的腐蝕有哪幾種形式?簡要說明之。 　　9. 混凝土的腐蝕有哪幾種形式?簡要說明之。 　　。　　?有何主要表現(xiàn)？　　?其特點是什么?物理老化對性能有何影響？疲勞與斷裂1 解釋下列概念 　　　疲勞 低溫疲勞 熱疲勞 韌 脆轉化溫度 氫致斷裂 疲勞強度 蠕變強度　　2 試述疲勞失效的特點。 　　3 分析材料高溫下的失效方式?！　? 簡述氫脆的類型。 　　5 試述氫致開裂機理。參考答案緒論此試題尚無答案晶體結構略。解：（1）h:k:l=1/2:1/3:1/6=3:2:1,∴該晶面的米勒指數(shù)為（321）；（2）（321）略。略。解：MgO為NaCl型，O2做密堆積，Mg2+填充空隙。rO2 =，rMg2+=，z=4，晶胞中質(zhì)點體積：(4/3πr O23+4/3πrMg2+ 3)4，a=2(r++r)，晶胞體積=a3，堆積系數(shù)=晶胞中MgO體積/晶胞體積=%，密度=晶胞中MgO質(zhì)量/晶胞體積=。解：體心：原子數(shù) 2，配位數(shù) 8，堆積密度 %；　　　　 　面心：原子數(shù) 4，配位數(shù) 6，堆積密度 %；　　　　　 六方：原子數(shù) 6，配位數(shù) 6，堆積密度 %。解：u=z1z2e2N0A/r0(11/n)/4πε0，e=1019，ε0=1012，N0=1023，NaCl：z1=1，z2=1，A=，nNa+=7，nCl=9，n=8，r0=，u NaCl=752KJ/mol；MgO：z1=2，z2=2，A=，nO2=7，nMg2+=，n=7，r0=，uMgO=392KJ/mol；∵uMgO uNaCl，∴MgO的熔點高。略。解：設球半徑為a，則球的體積為4/3πa3，求的z=4，則球的總體積（晶胞）44/3πa3，立方體晶胞體積：(2a)3=16a3，空間利用率=球所占體積/空間體積=%，空隙率=%=%。解：ρ=m/V晶=，V=1022。1解：Si4+4；K+12；Al3+6；Mg2+6。1略。1解：MgS中a=?，陰離子相互接觸，a=2r，∴rS2=?；CaS中a=?，陰陽離子相互接觸，a=2(r++r)，∴rCa 2+=?；CaO中a=?， a=2(r++r)，∴rO2=?；MgO中a=?， a=2(r++r)，∴rMg2+=?。1解：LiF為NaCl型結構，z=4，V=a3，ρ=m/V=，a=?，根據(jù)離子半徑a1=2(r++r)=?，aa1。1解：（1）如圖是一個四面體空隙，O為四面體中心位置。AO=r++r，BC=2r，CE=r，CG=2/3CE=2r/3，AG=2r/3，△OGC∽△EFC，OG/CG=EF/CF，OG=EF/CFCG=r/6，AO=AGOG=r/2，r+=AOr =(/21)r=?，查表知rLi+=? ?，∴O2不能互相接觸。　　　　　?。?）體對角線=a=4(r++r)，a=?；（3）ρ=m/V=1略。1解：rMg2+與rCa2+不同，rCa2+ rMg2+，使CaO結構較MgO疏松，H2O易于進入，所以活潑。18.19.?。?）略；　 （2）四面體空隙數(shù)/O2數(shù)=2:1，八面體空隙數(shù)/O2數(shù)=1:1；　 （3）(a)CN=4，z+/48=2，z+=1，Na2O，Li2O；(b)CN=6，z+/66=2，z+=2，F(xiàn)eO，MnO；（c）CN=4，z+/44=2，z+=4，ZnS，SiC；(d)CN=6，z+/63=2，z+=4，MnO2。2解：島狀；架狀；單鏈；層狀（復網(wǎng)）；組群（雙四面體）。2解：（1）有兩種配位多面體，[SiO4]，[MgO6]，同層的[MgO6]八面體共棱，如59[MgO6]和49[MgO6]共棱75O2和27O2，不同層的[MgO6]八面體共頂，如1[MgO6]和51[MgO6]共頂是22O2，同層的[MgO6]與[SiO4]共頂，如T[MgO6]和7[SiO4]共頂22O2，不同層的[MgO6]與[SiO4]共棱，T[MgO6]和43[SiO4]共28O2和28O2；（3）z=4；（4）Si4+占四面體空隙=1/8，Mg2+占八面體空隙=1/2。2解：透閃石雙鏈結構，鏈內(nèi)的SiO鍵要比鏈5的CaO、MgO鍵強很多，所以很容易沿鏈間結合力較弱處劈裂成為纖維狀；滑石復網(wǎng)層結構，復網(wǎng)層由兩個[SiO4]層和中間的水鎂石層結構構成，復網(wǎng)層與復網(wǎng)層之間靠教弱的分之間作用力聯(lián)系，因分子間力弱，所以易沿分子間力聯(lián)系處解理成片狀。2解：石墨中同層C原子進行SP2雜化，形成大Π鍵，每一層都是六邊形網(wǎng)狀結構。由于間隙較大，電子可在同層中運動，可以導電，層間分子間力作用，所以石墨比較軟。2解：（1）Al3+可與O2形成[AlO4]5；Al3+與Si4+處于第二周期，性質(zhì)類似，易于進入硅酸鹽晶體結構中與Si4+發(fā)生同晶取代，由于鮑林規(guī)則，只能部分取代；（2）Al3+置換Si4+是部分取代，Al3+取代Si4+時，結構單元[AlSiO4][ASiO5]，失去了電中性，有過剩的負電荷，為了保持電中性，將有一些半徑較大而電荷較低的陽離子如K+、Ca2+、Ba2+進入結構中；（3）設Al3+置換了一半的Si4+，則O2與一個Si4+一個Al3+相連，陽離子靜電鍵強度=3/41+4/41=7/4，O2電荷數(shù)為2，二者相差為1/4，若取代超過一半，二者相差必然1/4，造成結構不穩(wěn)定。晶體結構缺陷解：鈉原子空位；鈉離子空位，帶一個單位負電荷；氯離子空位，帶一個單位正電荷；最鄰近的Na+空位、Cl空位形成的締合中心；Ca2+，帶一個單位正電荷；Ca原子位于Ca原子位置上；Ca2+處于晶格間隙位置?！　〗猓海?）NaClNaCa’+ ClCl + VCl（2）CaCl2CaNa + 2ClCl + VNa’（3）OVNa’ + VCl（4）AgAgVAg’ + Agi解：設有缺陷的MgO晶胞的晶胞分子數(shù)為x，晶胞體積V=()3，x=ρVN0/M=,單位晶胞的肖脫基缺陷數(shù)=4x=。解：（a）根據(jù)熱缺陷濃度公式 n/N=exp(E/2RT)，E=6eV=61019=1019J,T=298k：n/N=1051，T=1873k：n/N=109；（b）在MgO中加入百萬分之一的AL2O3，AL2O32ALMg + VMg’’ + 3OO，∵[AL2O3]= 106，∴[雜質(zhì)缺陷]=3106/2=106，∴比較可知，雜質(zhì)缺陷占優(yōu)。解：n/N=exp(E/2RT)，R=，T=1000k：n/N=103；T=1500k：n/N=102。解：Fe2O32FeFe + 3OO + VFe’’y2yyFe3+2yFe2+13yO，X=1y==,[VFe’’]===102解：Zn(g)Zni + e’, Zn(g) + 1/2O2 = ZnO , Zni + e’+ 1/2O2 ZnO , [ZnO]=[e’]，∴PO2[Zni]ρO2(g) OO + VFe’’ + 2hk=[OO][ VFe’’][h]/PO21/2=4[OO][ VFe’’]3/ PO21/2 , [ VFe’’] ∝PO21/6，∴PO2[ VFe’’]ρ 解：刃位錯：位錯線垂直于位錯線垂直于位錯運動方向；螺位錯：位錯線平行于 位錯線平行于位錯運動方向。略。解：排斥，張應力重疊，壓應力重疊。1解：晶界對位錯運動起阻礙作用。1解：不能，在大角度晶界中，原子排列接近于無序的狀態(tài)，而位錯之間的距離可能只有一、兩個原子的大小，不適用于大角度晶界。1解：（1）原子或離子尺寸的影響，△r15%時，可以形成連續(xù)固溶體；△r=15%～30%時，只能形成有限型固溶體；△r30%很難或不能形成固溶體；△r愈大，固溶度愈??；（2）晶體結構類型的影響，只有兩種結構相同和△r15%時才是形成連續(xù)固溶體的充分必