材料科學基礎6習題and答案-資料下載頁

　　

【正文】 ：（1）說明化合物S的熔融性質，并分析相圖中各界線上溫度變化的方向以及界線和無變量點的性質；（2）寫出組成點為3及4各熔體的冷卻結晶過程；（3）分別將組成為5和組成為6的物系，在平衡的條件下加熱到完全熔融，說明其固液相組成的變化途徑。解：（1）化合物S為不一致熔融三元化合物；P1E、P2E均為共熔界線，P1P2為轉熔界線；無變量點E為低共熔點，PP2均為單轉熔點。 （2）組成點為1的熔體的冷卻結晶過程：組成點為2的熔體的冷卻結晶過程：組成點為3的熔體的冷卻結晶過程：組成點為4的熔體的冷卻結晶過程：（3）組成為5物系的熔融過程：組成為6物系的熔融過程：631根據圖619回答下列問題：（1）用箭頭標出各界線的溫度下降方向并說明界線性質；（2）指出各無變量點E、P、R、Q的性質，并寫出其相平衡關系；（3）寫出熔體M的結晶過程，說明液相離開R點的原因；（4）畫出 AB、BC二元系統相圖。解：（1）界線Eee1P、ab、PE、RE、QR、e3Q均為共熔界線，界線aP、bR為轉熔界線。（2）E 低共熔點 P 單轉熔點 Q 過渡點 （3）熔體M的結晶過程： 熔體M在副△BCS內，其結晶結束點應在E點，所以液相離開R點。圖619632比較各種三元無變量點（低共熔點，單轉熔點，雙轉熔點，過渡點和多晶轉變點）的特點，寫出它們的平衡關系。解：低共熔點指是一種無變量點，系統冷卻時幾種晶相同時從熔液中析出，或加熱時同時融化。相平衡關系為L（E）若無變量點處于交叉位置的是單共熔分別點，在共軛位置的是雙轉熔點。相轉變關系為，過渡點就是轉熔性質和共熔性質轉變的點，無對應三角形，相平衡的三晶相組成在一條直線上。多晶轉變點兩種或者三種晶型發生晶型轉變的溫度點。638如圖625為CaO－Al2O3－SiO2系統的富鈣部分相圖，若原始液相組成位于硅酸鹽水泥的配料圈內，并恰好在CaO和C3S初相區的邊界曲線上。（1）分析此液相組成的結晶過程；（2）在緩慢冷卻到無變量點K的溫度1455℃時急劇冷卻到室溫，則最終獲得哪些相，各相含量多少？圖625 CaOAl2O3SiO2系統高鈣區部分相圖解：（1） ， （2） 溶體平衡冷卻得到產物是C2S，C3S和C3A，其固相組成點為P點，各晶相可根據P點在△C2S—C3S—C3A中的位置按雙線法求得，C2S=%,C3S=%，C3A=%。實際生產過程中有可能會產生玻璃相。639見圖625，已知H點的溫度1470℃，K點溫度1455℃，F點溫度1355℃。今取配料成分恰為無變量點H的組成，在充分平衡條件下，問：（l）加熱該配料混合物，什么溫度開始出現液相？（2）要使物料全部熔融，至少要加熱到多高溫度？（3）寫出該配合料的加熱過程相平衡表達式。解： （1） 1335℃（2）1455℃（3） 640如圖625，配料P的液相在無變量點K發生獨立析晶，最終在低共熔點F結束結晶。問此時所獲得的C3S、C2S、C3A和C4AF四種晶相的含量各為多少？如果在F點仍未達到充分平衡，殘留液相能否離開F點向其它無變量點繼續轉移？為什么？解： 配料P的液相在無變量點K發生獨立析晶，最終在低共熔點F結束結晶，%，%，%。獨立析晶過程也不一定會進行到底，由于冷卻速度較快，還可能使熟料中殘留玻璃相，這樣的話殘留玻璃相有可能離開F點向其它無變量點繼續轉移。6 43參看CaO－A12O3－SiO2系統相圖（圖627），回答下列問題：（1）組成為 66％CaO、26％SiO8％A12O3的水泥配料將于什么溫度開始出現液相？這時生成的最大液相量是多少；（2）為了得到較高的C3S含量，（1）中組成的水泥燒成后急冷好．還是緩冷讓其充分結晶好？（3）欲得到（l）中組成的水泥，若只用高嶺土和石灰石（A12O32SiO22H2O和CaCO3）配料，能否得到該水泥的組成點？為什么？若不能，需要加入何種原料？并計算出所需各種原料的百分含量。圖627 CaO－Al2O3－SiO2系統相圖解：（1） k 點開始出現液相，溫度為 1455 ℃ ,連接 3k 交 CaOC3S 線于 6 點 ,L%=，線段長度可直接量取。（2）急冷好， k 點將進行轉熔過程 這樣C3S量會減少，急冷使轉熔過程來不及進行，從而提高C3S含量（3） AS2與CaCO3配料，不能得到 3 點礦物組成3 點組成 66 CaO 26 SiO2 8 Al203 mol% % % % SiO2 mol%/ Al203 mol%=題目組成點 Al203 2SiO2 2H2O 與CaCO3配料， SiO2 mol%/Al203 mol%=2 ：1，二者比較， SiO2 量不夠，所以需加入 SiO2 。設配料 100g ，含有66g CaO ， 26g SiO2 ， 8g Al203 ，66g CaO 化成CaCO3量 66/56 100=8g Al203 化成 Al203 2SiO2 2H2O 量 8/102 258=AS2 2H2O 提供 SiO2 8/102 2 60=還需 SiO2 量 =，CaCO3 wt%=% ，AS2 2H2O wt%=% ， SiO2 wt%=%644根據Na2O－CaO－SiO2系統相圖（圖628）回解：（1）組成為13％Na2O，13％CaO，74％SiO2玻璃配合料將于什么溫度熔化？在什么溫度完全熔融？（2）上面組成的玻璃，當加熱到1050℃、1000℃、900℃、800℃時，可能會析出什么晶體？（3）NC3S6晶體加熱時是否會不一致熔化？分解出什么晶體，熔化溫度如何？圖628 Na2O－CaO－SiO2系統相圖解：（1）該點位于△NC3S6 NCS5 SiO2 中， Q 點附近β CS 初晶區對應無變量H 點 1:3:6+ α石英 +L 1:1:5，配料在 827 ℃熔化，完全熔化為 1050 ℃左右（2）加熱到 1050 ℃ L→ βCS，1000 ℃ L→1:3:6+ α鱗石英，900 ℃ L→1:3:6+ α石英，800 ℃ 加熱到 800 ℃時未熔化，冷卻到 800 ℃時三個晶相 1:3:6 1:1:5（3）NC3S6 加熱是不一致熔融，加熱分解1:3:6 析晶，先析出αCS ，α CS →βCS ， RQ 線上 L+ βCS→1:3:61:3:6 加熱到 RQ 界線與 CS1:3:6 交點溫度開始熔化（1050 ℃左右）分解出βCS645在陶瓷生產中一般出現 35％液相就足以使瓷坯玻化，而當液相達到45％時，將使瓷坯變形，成為過燒。根據MgO－A12O3－SiO2系統相圖（圖629）具體計算含10％偏高嶺石、90％偏滑石的配料的燒成溫度范圍。圖629 MgO－Al2O3－SiO2系統高硅部分相圖解：組成點確定下來，圖中 M 點，△ MSM 2 Al2S35 SiO2 對應無變量點 1 點（1355 ℃）加熱該組成點，于 1 點開始出現液相，液相組成點在 MS 與 SiO2 界線上移動，固相組成點在 MSSiO2 連線上變化，以 M 點為支點連成杠桿，當 L%=35% 時，對應溫度 1390 ℃， L%=45% 時，對應溫度 1430 ℃，燒成溫度范圍為 1390 ～ 1430 ℃。646根據K2O－A12O3－SiO2系統相圖（圖630），計算含50％高嶺石、30％長石、20％石英的一個瓷器配方在1250℃燒成達到平衡時的相組成及各相的相對量。圖630 K2OAl2O3SiO2系統相圖解： 50%AS2 30%KAS6 20%SiO2 組成點在△ QWD 中 3 點， 3 點位于初晶區，對應 E 點結晶結束 985 ℃ L SiO2 +A3S2 + KAS 6 ，加熱組成為 3 物質，于 E 點開始出現液相升溫于 1250 ℃時，固相中有 SiO2 A3S2 及 L 相，液相組成點在莫來石與石英界線上（與 1250 ℃等溫線交點），固相組成點在 SiO2 與A3S2 連線上，用杠桿規則計算。647根據K2O－A12O3－SiO2系統相圖（圖630），如果要使瓷器中僅含有40％莫來石晶相及60％的玻璃相，原料中應含K2O多少？若僅從長石中獲得，K2O原料中長石的配比應是多少？解： 40%A3S2 + 60% 液相。原始組成點在A3S2 初晶區，在A3S2 組點與 E 點連線上，在圖中 12 點附近，過原始組成點做△ SiO2 K20Al203 各邊平行線，確定出K2O 、 SiO2 、Al203百分含量 K2O：wt%=% Al203 : wt%=% SiO2: wt%=% 長石K2O Al203 6SiO2 （94+102+360=556） 僅從長石中獲得K2O100gK2O: Al203: SiO2: 化成長石 556= 長石提供Al203 SiO2 另需加Al203: = SiO2: =長石 648高鋁水泥的配料通常選擇在CA相區范圍內，生產時常燒至熔融后冷卻制得，高鋁水泥主要礦物為CA，而C2AS沒有水硬性，因此希望水泥中不含C2AS。這樣在CA相區內應取什么范圍的配料才好，為什么（注意生產時不可能完全平衡，可能會出現獨立結晶過程）？解：高鋁水泥具有快速硬化的特性，在國防工業中有廣泛的應用，配料范圍在Al2O335%～55%,CaO35%～45%,SiO25%～10%,Fe2O30～15%。這樣可以防止C2AS的產生。649對某硅酸鹽水泥進行巖相分析，得知熔劑礦物中C3A先于C4AF析出晶相，問此配方是高鋁配方（P＞），還是高鐵配方（P＜）？對于這兩種不同配料在燒成帶的降溫速度應如何控制？解： 是高鋁配方（P）。鋁氧率P，其溶體冷卻經過KT2界線時液相要回收C3S，析出C2S和C3A。因此，當熟料在燒成帶內緩慢降溫，使冷卻過程接近平衡狀態時，將有部分C3S被回收，這對水泥質量不利。所以對P，在燒成帶的冷卻過程中應采取極冷的方法。鋁氧率P，其溶體冷卻析晶過程要經過WT2界線，在該界線上液相回吸C2S，析出C3S和C4AF，因此，熟料冷卻速度愈慢，愈接近平衡狀態，C2S被回吸的愈充分。熟料中C3S的含量便會增加，這對水泥的質量有利。所以對P，在燒成帶的冷卻中，降溫速度應當適當減慢。