【正文】 2 .解：（1）將重量增量平方對(duì)t做圖，呈拋物線關(guān)系，則符合。，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，且擴(kuò)散截面積一定。3． 分析影響固相反應(yīng)的因素。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、各自所采用的模從提高反應(yīng)速率的角度出發(fā)，選擇什么原料較 好？請(qǐng)說明原因。(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。(1) 將在多少時(shí)間內(nèi)全部反應(yīng)物都生成產(chǎn)物？ 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。 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。 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）第九章 固相反應(yīng)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：這樣，就可以用小角度xray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。 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)。在相分離早期，系統(tǒng)出現(xiàn)孤立的分立顆粒。但觀察整個(gè)相變過程的變化情況可以區(qū)分。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。 對(duì)吸熱過程如蒸發(fā)，熔融ΔＨ０則ΔT0,Tm0，必須過熱： 溫度Ｔ時(shí)，系統(tǒng)處于不平衡狀態(tài)，則ΔＧ＝ΔＨ－ＴΔＳ≠ ０::： 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。③轉(zhuǎn)變速度極快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 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）答案1. 略2. 解：特征：總的結(jié)晶速率用什么表征。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 、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。計(jì)算這溫度下的臨界核胚半徑及臨界核胚的原子數(shù)。 (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*。 (1) 在 900 ℃和 1000 ℃時(shí)的，臨界晶核半徑； 設(shè)固－液界面能 γSL =500erg/cm 2，求： 時(shí)，△Gr*是均勻成核活化能的一半。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。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。第八章 相變1 ．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)。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。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)。如果陰離子進(jìn)行擴(kuò)散，則要改變晶體堆積方式，阻力大。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。 擴(kuò)散介質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)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；αFe 體心立方，βFe 面心立方。 Dβ=(141284/RT)=108 cm2/s1解：T=800+273=1073K時(shí) T，DgbDV，高溫時(shí)，體積擴(kuò)散占優(yōu)； T減小，exp(19100/T)增大，Dgb增大，DV增大； 體擴(kuò)散 DV=104exp(38200/T)略。 ∴要得到兩倍厚度的滲碳層，需4h。 1個(gè)晶胞面積a2， n=Jx60a2=82個(gè)解：根據(jù)恒定源擴(kuò)散深度 濃度差： J=1019個(gè)/S?m2 20個(gè)Fe的晶胞體積：20a3m3 ， 30個(gè)Fe的晶胞體積：30a3m3 c2=1019=1023解： cx=1017/106=1023 D=1014exp()=1014=1017m2/s R=， T=300+273=573K Q=103104J/mol D0=1014m2/s 擴(kuò)散系數(shù)宏觀表達(dá)式 D=D0exp(Q/RT)解：看成一維穩(wěn)定擴(kuò)散，根據(jù)菲克第一定律 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。解：略。 (8）分析影響擴(kuò)散系數(shù)的因素。 (5）間隙擴(kuò)散系數(shù)的表達(dá)式。 (3）無序擴(kuò)散系數(shù) D=1/6qd2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）。 (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？ ? 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。 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=1010exp(19100/T)和Dv=104exp(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αFe(體心立方)和γFe（面心立方)中的擴(kuò)散系數(shù)分別為： (a) 請(qǐng)判斷該實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否符合 ， 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2109cm2/s(736 ℃) 、5109cm2/s(782 ℃) 、108cm2/s(838 ℃)。(1）擴(kuò)散的活化能和D0； （已知鋅在銅內(nèi)的擴(kuò)散體系中D0=1014m2／s ； Q=／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=),1000 ℃時(shí)碳的擴(kuò)散系數(shù)為3101m2／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=1012m2／sec ； D1000 ℃ =31011m2／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103cm 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 ℃=81012cm2/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31014cm2/sec。(4) 擴(kuò)散系數(shù)與擴(kuò)散通量。(3）自擴(kuò)散與互擴(kuò)散； (2) 本征擴(kuò)散與非本征擴(kuò)散； (1) 穩(wěn)定擴(kuò)散與不穩(wěn)定擴(kuò)散； 第七章 擴(kuò)散1 ．解釋并區(qū)分下列概念： 化成長石 556= 僅從長石中獲得K2O Al203 K20: wt%=% Al203 : wt%=% SiO2: wt%=% 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。 30%KAS61:3:6 加熱到 RQ 界線與 CS1:3:6 交點(diǎn)溫度開始熔化(1050 ℃左右）分解出βCS 18 、解：組成點(diǎn)確定下來，圖中 M 點(diǎn)，△ MSM 2 Al2S35 SiO2 對(duì)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 MSSiO2 連線上變化，以 M 點(diǎn)為支點(diǎn)連成杠桿，當(dāng) L%=35% 時(shí)，對(duì)應(yīng)溫度 1390 ℃， L%=45% 時(shí)，對(duì)應(yīng)溫度 1430 ℃，燒成溫度范圍為 1390 ～ 1430 ℃。1:3:6 析晶，先析出αCS ，α CS →βCS ， RQ 線上 L+ βCS→1:3:6 (3)NC3S6 加熱是不一致熔融，加熱分解 配料在 827 ℃熔化，完全熔化為 1050 ℃左右 對(duì)應(yīng)無變量點(diǎn) H 點(diǎn) 1:3:6+ α石英 +L 1:1:5 2H2O wt%=% ， SiO2 wt%=% 17 、解：(1)該點(diǎn)位于△NC3S6 NCS 5 SiO2 中， Q 點(diǎn)附近β CS 初晶區(qū) AS2 2H2O 量 8/102 258= 8g Al203 化成 Al203 66g CaO 化成CaCO3量 66/56 100= 設(shè)配料 100g ，含 66g CaO ， 26g SiO2 ， 8g Al203 2SiO2 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； (2)急冷好， k 點(diǎn)將進(jìn)行轉(zhuǎn)熔過程 L +C3SC2S +C3A 14 、略。(5)在 E5 點(diǎn)出現(xiàn)液相，在 N 點(diǎn)所在溫度完全熔融。(2) 見圖 6 點(diǎn) 冷卻過程 2 點(diǎn) 位于 A 初晶區(qū)，在 AS 連線上，結(jié)晶產(chǎn)物為 A 、 S(2)結(jié)晶過程 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；E4 ，過渡點(diǎn)，(4)LE3 ，單轉(zhuǎn)熔點(diǎn)，L+A←→B+ME2 ，低共熔點(diǎn)，L←→C+B+M 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 ??? 8 、解： 7 、解：(1)高→ 低 Al203 2SiO2 + H2O 2SiO2 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=% ，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。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； (2)為了保持硅磚的耐火度，要嚴(yán)格防止原料中混如 Al203 。72 ～ 90% Al203 、A3S2 粘土磚(含 Al203 35 ～ 50%) 主要晶相： SiO2 、A3S2 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 3 、解：可逆多晶轉(zhuǎn)變： β石英←→α石英 α石英←→α鱗石英 (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