無機非金屬材料科學基礎

2021-03-04 09:50:41 字數 3458 閱讀 8263

6-16加熱粘土礦物高嶺石(al2o3·2sio2·2h2o)至600℃時,高嶺石分解為水蒸氣和al2o3·2sio2,繼續加熱到1595℃時會發生什麼變化?在該溫度下長時間保溫達到平衡,系統的相組成如何?當系統生成40%液相時,應達到什麼溫度?

在什麼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,生成a3s2

(2)1595 ℃ 長時間保溫,系統中為液相和a3s2 , l%= =21.8%

(3)完全熔融即固相完全消失,應為33%直線與液相線交點處溫度。

6-17將含有mgo和al2o3的熔體冷卻到一定溫度,然後濾去析出的晶體並對剩下的液相進行分析,得知液相中含mgo為65%,

而且知道液相量是物係總量的70%,求原始熔體的組成。

解:mgo 45.5%;al2o3 54.5%

6-18指出圖6-7所示一些三元系統相圖中的錯誤,並說明理由。

解:(a)此相圖上等界線相應的連線可將圖面劃分成五個副三角形,但是只有四個無變數點,這是不可能的。事實上三元化合物xyz的初晶區不可能延伸到yz邊上。

圖6-7

6-19請劃分圖6-8所示四個相圖中的副三角形。

圖6-8

解:如下圖所示

6-20在濃度三角形中畫出下列配料的組成點的位置。m:a=10%、b=70%、c=20%;n:a=10%、b=20%、

c=70%;p:a=70%、b=20%、c=10%。若將3kgm、2kgn和5kgp混合,試根據槓桿規則用作圖法找出新配料q的組成點位置。

解:如圖所示

6-21 圖6-9是最簡單的三元系統投影圖,圖中等溫線從高溫到低溫的次序是:t5>t4>t3>t2>t1,根據此投影圖回解:

(1)三個組元a、b、c熔點的高低次序是怎樣排列的?

(2)各液相面的陡勢排列如何?哪個最陡?哪個最平坦?

(3)指出組成為65%a、15%b、20%c的熔體在什麼溫度下開始析晶?析晶過程怎樣?(表明液、固相組成點的變化及結晶過程各階段中發生的變化過程)

解:(1)熔點:tb>ta>tc

(2)b最陡,c次之,a最平坦;

(3)如圖所示,在m點所在的溫度下開始析晶,

析晶過程如下:

圖6-9圖6-10

6-22圖6-10為abc三元系統相圖,根據此相圖:(l)判斷化合物k和d的性質;(2)標出各條界線上的溫度下降方向;(3)劃分副三角形;

(4)判斷各無變數點的性質,並寫出相平衡關係式。

解:(1)k為一致熔融三元化合物;d為一致熔融二元化合物。

(2)如右圖所示。

(3)如右圖所示。

(4)無變數點m、n、o、p均為低共熔點,

向平衡關係如下:

mnop6-23試分析圖6-11上配料點1、2、3的結晶過程,寫出結晶過程的相平衡表示式(表明液、固相組成點的變化及結晶過程各階段系統中發生的相變化和自由度數的變化)。

解:1點冷卻析晶過程:

2點冷卻析晶過程:

3點冷卻析晶過程:

圖6-11圖6-12

6-24圖6-12所示為生成乙個三元化合物的三元系統相圖。(1)判斷三元化合物n的性質;(2)標出界線上的溫降方向**熔界線用雙箭頭);(3)指出無變數點k、l、m的性質,並寫出相平衡方程;(4)分析點l、2的結晶過程,寫出結晶過程的相平衡表示式。

解: (1)n為不一致熔融三元化合物

(2)如圖所示

(3)副△a** 對應m 低共熔點

副△b** 對應l 低共熔點

副△abn 對應k 單轉熔點

(4)1的結晶過程:

2的結晶過程:

6-25根據圖6-13三元系統相圖:(1)判斷無變數點e、p的性質,並寫出相平衡關係式;(2)分析熔體m1、m2和m3的冷卻析晶過程,並總結判斷結晶產物和結晶結束點的規則;(3)加熱組成為m4的混合物,將於什麼溫度出現液相?在該溫度下出現的最大液相量是多少?

在什麼溫度下完全熔融?寫出其加熱過程相平衡表示式。

解: (1)e為低共熔點

p為單轉熔點

(2)①熔體m1的冷卻析晶過程:

熔體m2的冷卻析晶過程:

熔體m3的冷卻析晶過程:

熔體組成點所在副三角形三個頂點所代表的晶相違結晶產物;三晶相對應的初晶區所包圍的無變數點為結晶結束點。

(3)加熱組成為m4的混合物,將於e點對應的溫度出現液相。在該溫度下出現的最大液相量為,在m4點對應的溫度下完全熔融。

加熱過程相平衡表示式:

圖6-13圖6-14

6-26圖6-14為乙個三元系統相圖。根據此圖:(1)判斷化合物d的性質,標出圖中各邊界和界線溫降方向並判斷界線性質;(2)判斷無變數點e、f、g的性質,並寫出相平衡關係式;(3)寫出熔體m1和m2的冷卻析晶過程;(4)計算熔體m2液相剛到結晶結束點時以及結晶結束後的各相含量。

解: (1)化合物d為不一致熔融三元化合物;

(2)e 低共熔點

f 單轉熔點

g 單轉熔點

(3)熔體m1的冷卻析晶過程:

熔體m2的冷卻析晶過程:

(4)熔體m2液相剛到結晶結束點時各相的含量:

熔體m2液相到結晶結束點後各相的含量:

6-27圖6-15為生成2個一致熔融二元化合物的三元系統,據圖回答下列問題: (l)可將其劃分為幾個副三角形?(2)標出圖中各邊界及相區界線上溫度下降方向。

(3)判斷各無變數點的性質,並寫出相平衡關係式。

解: (1)三個副三角形,△as1s2、△s1s2b、△s2cb

(2)如下圖所示

(3)無變數點e1、e2、e3都是低共熔點,各向平衡關係式如下:

△as1s2 e1

△s1s2b e2

△s2cb e3

圖6-15圖6-16

6-28圖6-16是生成一致熔融二元化合物(bc)的三元系統投影圖。設有組成為35%a、35%b、30%c的熔體,試確定其在圖中的位置。冷卻時該熔體在何溫度下開始析出晶體?

解:m點的位置如下圖所示, m 點所在溫度約 1050 ℃ , 1050 ℃ 開始析晶。

6-29根據圖6-17回答下列問題:(l)說明化合物s1、s2的性質;(2)在圖中劃分副三角形及用箭頭指示出各界線的溫度下降方向及性質;(3)指出各無變數點的性質並寫出各點的平衡關係;(4)寫出1、3組成的熔體的冷卻結晶過程;(5)計算熔體1結晶結束時各相百分含量,若在第三次結晶過程開始前將其急冷卻(這時液相凝固成為玻璃相),各相的百分含量又如何?(用線段表示即可);(6)加熱組成2的三元混合物將於哪一點溫度開始出現液相?

在該溫度下生成的最大液相量是多少?在什麼溫度下完全熔融?寫出它的加熱過程。

解:(1)s1為一致熔融二元化合物,s2為不一致熔融化合物。

(2)如圖所示。

(3)e 低共熔點

p1 單轉熔點

p2 單轉熔點

(4)1組成的熔體的冷卻結晶過程

3組成的熔體的冷卻結晶過程

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