無機非金屬材料科學(xué)基礎(chǔ)課后習(xí)題答案

1、第一章答案20、（1）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。21、解：島狀；架狀；單鏈；層狀（復(fù)網(wǎng)）；組群（雙四面體）。22、解：（1）有兩種配位多面體，SiO4，MgO6，同層的MgO6八面體共棱，如59MgO6和49MgO6共棱75O2-和27O2-，不同層的MgO6八面體共頂，如1MgO6和51MgO6共頂是22O2-，

2、同層的MgO6與SiO4共頂，如TMgO6和7SiO4共頂22O2-，不同層的MgO6與SiO4共棱，TMgO6和43SiO4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。23、解：透閃石雙鏈結(jié)構(gòu)，鏈內(nèi)的Si-O鍵要比鏈5的Ca-O、Mg-O鍵強很多，所以很容易沿鏈間結(jié)合力較弱處劈裂成為纖維狀；滑石復(fù)網(wǎng)層結(jié)構(gòu)，復(fù)網(wǎng)層由兩個SiO4層和中間的水鎂石層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，復(fù)網(wǎng)層與復(fù)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。24、解：石墨中同層C原子進行SP2雜化，形成大鍵，每一層都是六邊形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。由于間隙較

3、大，電子可在同層中運動，可以導(dǎo)電，層間分子間力作用，所以石墨比較軟。25、解：（1）Al3+可與O2-形成AlO45-；Al3+與Si4+處于第二周期，性質(zhì)類似，易于進入硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)單元AlSiO4ASiO5，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(jié)構(gòu)中；（3）設(shè)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

4、差為1/4，若取代超過一半，二者相差必然1/4，造成結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。 第二章答案1、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+占據(jù)K.位置，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。2、解：（1）NaClNaCa+ ClCl + VCl（2）CaCl2CaNa + 2ClCl + VNa（3）OVNa + VCl（4）AgAgVAg + Agi3、解：設(shè)有缺陷的MgO晶胞的晶胞分子數(shù)為x，晶胞體積V=(4.20)3，x=VN0/M=3.96,單位晶胞的肖脫基缺陷數(shù)=4-x=0.04

5、。4、解：（a）根據(jù)熱缺陷濃度公式 n/N=exp(-E/2RT)，E=6eV=61.60210-19=9.61210-19J,T=298k：n/N=1.9210-51，T=1873k：n/N=8.010-9；（b）在MgO中加入百萬分之一的AL2O3，AL2O32ALMg + VMg + 3OO，AL2O3= 10-6，雜質(zhì)缺陷=310-6/2=1.510-6，比較可知，雜質(zhì)缺陷占優(yōu)。5、解：n/N=exp(-E/2RT)，R=8.314，T=1000k：n/N=6.410-3；T=1500k：n/N=3.510-2。6、解：Fe2O32FeFe + 3OO + VFey2yyFe3+2yF

6、e2+1-3yO，X=1-y=1-0.0435=0.9565,Fe0.9565OVFe=2.2210-27、解：Zn(g)Zni + e, Zn(g) + 1/2O2 = ZnO , Zni + e+ 1/2O2 ZnO , ZnO=e，PO2ZniO2(g) OO + VFe + 2hk=OO VFeh/PO21/2=4OO VFe3/ PO21/2 , VFe PO2-1/6，PO2 VFe 8、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。10、解：排斥，張應(yīng)力重疊，壓應(yīng)力重疊。11、解：晶界對位錯運動起阻礙作用。12、解：不能，在大角

7、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。13、解：（1）原子或離子尺寸的影響，r30%很難或不能形成固溶體；r愈大，固溶度愈??；（2）晶體結(jié)構(gòu)類型的影響，只有兩種結(jié)構(gòu)相同和r0kOVM+ VxMMMi+ VMMXMX只受溫度控制固溶體無限，有限，置換，間隙攙雜溶解大小，電負性，電價，結(jié)構(gòu)無：受溫度控制有：攙雜量固溶度 受固溶度控制非化學(xué)計量化合物陽缺陰間陽間陰缺環(huán)境中氣憤性質(zhì)和壓力變化Fe1-xOUO2+xZn1+xOTiO2_xhPO2-1/6Oi PO2-1/6Zni PO2-1/6VO PO2-1/617、解：設(shè)AL2O3、Mg

8、O總重量為100g，則AL2O318g，MgO82g，溶入MgO中AL2O3的mol數(shù)：AL2O3 mol%=0.08=8%, MgO mol%=1-8%=92%,固溶體組成：8% AL2O3，92%MgO，固溶體組成式：Al0.16Mg0.92O1.16(a)AL2O32ALMg + 2OO + OiX2xx固溶體化學(xué)式：Al2xMg1-2xO1+x將化學(xué)式與組成式一一對應(yīng)，求出待定參數(shù)x，由于O2-的量不同，將O2-的量化為1Al0.16/1.16Mg0.92/1.16OAl2x/1+xMg1-2x/1+xOx=0.074，化學(xué)式Al0.148Mg0.852O1.074d理想=，=1.04

9、（b）AL2O32ALMg + 3OO + OMgx2xxAl2xMg1-3xOAl0.16/1.16Mg0.92/1.16Ox=Al0.138Mg0.793O=0.97 18、解：Fe1-xS中存在Fe空位，VFe非化學(xué)計量，存在h P型半導(dǎo)體；FeS1-x中金屬離子過剩，存在S2-空位，存在e，N型半導(dǎo)體；因Fe1-xS、FeS1-x分屬不同類型半導(dǎo)體，通過實驗確定其半導(dǎo)體性質(zhì)即可。19、解：（1）晶體中間隙位置是有限的，容納雜質(zhì)質(zhì)點能力10%；（2）間隙式固溶體的生成，一般都使晶格常數(shù)增大，增加到一定的程度，使晶格變得不穩(wěn)定而離解；置換固溶體形成是同號離子交換位置，不會對接產(chǎn)生影響，所以

10、可形成連續(xù)固溶體。20、解：TaWr大-r小/ r大=4.2%15%電負性差=2.2-2.2=0結(jié)構(gòu)類型：面心立方形成有限固溶體CoNir大-r小/ r大=0.4%15%電負性差：1.8-1.6=0.2當(dāng)T427，Co Zn結(jié)構(gòu)類型相同可形成連續(xù)固溶體TiTar大-r小/ r大=2.12%883，Ti Ta結(jié)構(gòu)類型相同可形成連續(xù)固溶體21、解：（a）r大-r小/ r大=10%90 ，不能潤濕。 9 、解： lg =500erg/cm 2 ，求氧化物表面張力 sg ，sg =lgcos45 + ls，2xlscos45 =ss ss=1000dyn/cm=10-2 N/cm=1N/m=1J/m2

11、 =103erg/cm2sg=500cos45 + =1060.5erg/cm2。10 、解：(1)gs=glcos70.52 +lsgs=900cos70.52 +600=900erg/cm2(2)ss=2cos 900=848.5erg/cm2(3) 略。 第五章1 、解：有問題，根據(jù)相律，F(xiàn)=C-P+2=1-P+2=3-P，系統(tǒng)平衡時，F(xiàn)=0 ，則P=3 ，硫系統(tǒng)只能是三相平衡系統(tǒng)。2 、解：(1) KEC 為晶型的相區(qū)， EFBC 過冷液體的介穩(wěn)區(qū)， AGFB 晶型的介穩(wěn)區(qū)， JGA 晶型的介穩(wěn)區(qū)； (2)晶型為穩(wěn)定相，晶型、為介穩(wěn)相；因為晶型、的蒸汽壓高于晶型的，即它們的自由能較高，

12、有自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂赡茌^低的晶型的趨勢； 多晶轉(zhuǎn)變點的溫度高于兩種晶型的熔點；、轉(zhuǎn)變可逆的，雙向的，多晶轉(zhuǎn)變點溫度低于、的熔點。3 、解：可逆多晶轉(zhuǎn)變： -石英-石英 -石英-鱗石英 不可逆多晶轉(zhuǎn)變： -方石英-石英 -鱗石英-石英 4 、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 。

13、 SiO2 熔點為 1723 ， SiO2 液相很陡，加入少量的 Al203 后，硅磚中會產(chǎn)生大量的液相， SiO2 的熔點劇烈下降。如加入 1wt% Al203 ，在低共熔點(1595 )時產(chǎn)生的液相量為 1/5.5=18.2% ，會使硅磚的耐火度大大下降； (3)略。 5 、解： SiO2 中加入少量的 CaO ，在低共熔點 1436 時，液相量為 2/37=5.4% ，液相量增加不多，不會降低硅磚的耐火度，故可加少量 CaO 作礦化劑。 6 、解： Al203 2SiO2 H2O Al203 2SiO2 + H2O Al203 2SiO2 相圖中 SiO2 %=33%mol (1)加熱到

14、 1595 時，生成A3S2 (2) 1595 長時間保溫，系統(tǒng)中為液相和A3S2 ， L%= =21.8% (3)略； (4)完全熔融即固相完全消失，應(yīng)為 33% 直線與液相線交點處溫度。 7 、解：(1)高 低 BCA (2) B 最陡， C 次之， A 最次； (3)在 M 點所在的溫度下開始析晶， 液相組成點 MM1E （結(jié)晶結(jié)束） 固相組成點 A A D M (4)第一次析晶僅析出晶相 A ，到 M 1 時第一次析晶結(jié)束，晶相 A 的百分?jǐn)?shù)為 65% ， 結(jié)晶結(jié)束時，析晶相 A 、 B 、 C ，液相消失，固相組成點在 M 點。 ? 8 、解：9 、解： M 點所在溫度約 1050

15、， 1050 開始析晶。 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，L+AC+M E2 ，低共熔點，LC+B+M E3 ，單轉(zhuǎn)熔點，L+AB+ME4 ，過渡點，(4)L (5) E2 溫度，H 點所在溫度；過H點做副三角形BCM的兩條邊CM 、BM的平行線HH1 、HH2，C%=BH2/BC 100% ， B%=CH1/BC100% ， C%=H1H2/BC100% 。12 、解：(1) S 組成點在三角形內(nèi)且位于初晶區(qū)外，不一致熔融三元化合物

16、；(2)結(jié)晶過程 2 點 位于 A 初晶區(qū)，在 AS 連線上，結(jié)晶產(chǎn)物為 A 、 S3 點 位于 A 初晶區(qū)，在 BCS 內(nèi)，結(jié)晶產(chǎn)物為 B 、 C 、 S (3) 5 點 冷卻過程 6 點 冷卻過程 12 、解：(1) S1 不一致熔融二元化合物，高溫穩(wěn)定，低溫分解 S2 一致熔融二元化合物 S3 不一致熔融二元化合物，低溫穩(wěn)定，高溫分解(2) 見圖 (3) E1 ，過渡點，E2 ，單轉(zhuǎn)熔點， E3 ，過渡點， E4 ，低共熔點， E5 ，低共熔點，(4)(5)在 E5 點出現(xiàn)液相，在 N 點所在溫度完全熔融。 16 、解：(1) k 點開始出現(xiàn)液相，溫度為 1455 ,連接 3k 交 Ca

17、O-C3S 線于 6 點 ,線段長度可直接量??；(2)急冷好， k 點將進行轉(zhuǎn)熔過程 L +C3SC2S +C3A 這樣C3S量會減少，急冷使轉(zhuǎn)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 66CaO 1.179mol 26SiO2 0.433mol 8Al203 0.078mol 化成 mol% 69.76% 25.62% 4.62% SiO2 mol%/Al203 mol%=5.55 題目中組成點 Al203 2SiO2 2H2O 與CaCO3配料， SiO2 mol%/Al203 mol%=2 ：1 二者比較， SiO2 量不

18、夠，所以需加入 SiO2 。 設(shè)配料 100g ，含 66g CaO ， 26g SiO2 ， 8g Al203 66g CaO 化成CaCO3量 66/56 100=117.86g 8g Al203 化成 Al203 2SiO2 2H2O 量 8/102 258=20.24g AS2 2H2O 提供 SiO2 8/102 2 60=9.41g 還需 SiO2 量 20.24-9.41=10.83g CaCO3 wt%=79.14% ，AS2 2H2O wt%=13.59% ， SiO2 wt%=7.27% 17 、解：(1)該點位于NC3S6 -NCS 5 -SiO2 中， Q 點附近 -C

19、S 初晶區(qū) 對應(yīng)無變量點 H 點 1:3:6+ -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 -CS 1000 L1:3:6+ -鱗石英 900 L1:3:6+ -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-CS ， -CS -CS ， RQ 線上 L+ -CS1:3:6 1:3:6 加熱到 RQ 界線與 CS-1:3:6 交點溫度開始熔化(1050 左右）分解出-CS 18 、解：組成點確定下來，圖中 M 點， MS

20、-M 2 Al2S35 -SiO2 對應(yīng)無變量點 1 點(1355 ）加熱該組成點，于 1 點開始出現(xiàn)液相，液相組成點在 MS 與 SiO2 界線上移動，固相組成點在 MS-SiO2 連線上變化，以 M 點為支點連成杠桿，當(dāng) L%=35% 時，對應(yīng)溫度 1390 ， L%=45% 時，對應(yīng)溫度 1430 ，燒成溫度范圍為 1390 1430 。 19 、解： 50%AS2 30%KAS6 20%SiO2 組成點在 QWD 中 3 點， 3 點位于初晶區(qū)，對應(yīng) E 點結(jié)晶結(jié)束 985 L SiO2 +A3S2 + KAS 6 ，加熱組成為 3 物質(zhì)，于 E 點開始出現(xiàn)液相 升溫于 1250 時，

21、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(guī)則計算。 20 、解： 40%A3S2 + 6% 液相 原始組成點在A3S2 初晶區(qū)，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 -K20-Al203 各邊平行線，確定出K2O 、 SiO2 、Al203百分含量 K20: wt%=4.12% Al203 : wt%=27.06% SiO2: wt%=68.82% 長石K2O Al203 6SiO2 (94+102+360=556) 僅從長石中獲得K2O

22、100gK2O: 4.12g Al203: 27.06g SiO2: 68.82g 4.12gK2O 化成長石 4.12/94 556=24.34g 24.34g 長石提供Al203 4.47g SiO2 15.79g 另需加Al203: 27.06-4.47=22.59g SiO2: 68.82-15.79=53.03g 長石 wt%=24.35 第六章答案2、解：擴散的基本推動力是化學(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。如果低濃度處化學(xué)勢高，則可進行負擴散，如玻璃的分相過程。3、解：看成一維穩(wěn)定擴散，根據(jù)菲克第一定

23、律 擴散系數(shù)宏觀表達式 D=D0exp(-Q/RT) D0=0.3410-14m2/s Q=4.5kcal/mol=4.51034.1868J/mol=1.85104J/mol R=8.314J/mol?K， T=300+273=573K D=0.3410-14exp(-3.88)=0.3410-140.02=6.810-17m2/s cx=2.51017/10-6=2.51023 c2=cx-2.941019=2.510234、解： 20個Fe的晶胞體積：20a3m3 ， 30個Fe的晶胞體積：30a3m3 濃度差： J=1.021019個/S?m2 1個晶胞面積a2， n=Jx60a2=8

24、2個5、解：根據(jù)恒定源擴散深度 要得到兩倍厚度的滲碳層，需4h。 6、解：不穩(wěn)定擴散中恒定源擴散問題 已知x不變， D1t1=D2t2 已知D1，D2，t1，則可求t2=480s 7、解：不穩(wěn)定擴散恒定源半無限擴散 已知x=10-3cm，D，求解t=1.25105s=34.7h 8、解：(1) D=D0exp(-Q/RT) T=563+273=836K時，D=310-14cm2/s T=450+273=723K時，D=1.010-14cm2/s 代入上式可求 Q=48875J，D0=3.3910-15cm2/s 10、解：晶界擴散 Dgb=2.00210-10exp(-19100/T) 體擴散

25、 DV=1.0010-4exp(-38200/T) T增大，exp(-19100/T)減小，Dgb減小，DV減??； T減小，exp(-19100/T)增大，Dgb增大，DV增大； 計算有 T=1455.6K Dgb= DV T1455.6K時，DgbDV，高溫時，體積擴散占優(yōu)； T DV，低溫時，晶界擴散占優(yōu)。 11、解：T=800+273=1073K時 D=0.0079exp(-83600/RT)=6.7710-7cm2/s D=0.21exp(-141284/RT)=2.110-8 cm2/s D D 擴散介質(zhì)結(jié)構(gòu)對擴散有很大影響，結(jié)構(gòu)疏松，擴散阻力小而擴散系數(shù)大，體心較面心疏松；-Fe

26、體心立方，-Fe 面心立方。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。所以陽離子較易擴散。如果陰離子進行擴散，則要改變晶體堆積方式，阻力大。從而就會拆散離子晶體的結(jié)構(gòu)骨架。 14 解：固體表面質(zhì)點在表面力作用下，導(dǎo)致表面質(zhì)點的極化、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)。晶體的內(nèi)部質(zhì)點排列有周期性，每個質(zhì)點力場是對稱的，質(zhì)點在表面遷移所需活化能較晶體內(nèi)部小，則相應(yīng)的擴散系數(shù)大。同理，晶界上質(zhì)點排列方式不同于內(nèi)部，排列混亂，存在著空位、位錯等缺陷，使之處于應(yīng)力畸變狀態(tài)，具有較高能量，質(zhì)點在晶界遷移所需的活化能較晶內(nèi)小，擴散系

27、數(shù)大。 但晶界上質(zhì)點與晶體內(nèi)部相比，由于晶界上質(zhì)點受兩個晶粒作用達到平衡態(tài)，處于某種過渡的排列方式，其能量較晶體表面質(zhì)點低，質(zhì)點遷移阻力較大因而D晶界D表面。第八章相變答案2. 解：特征： 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） 相變時不發(fā)生擴散，是一種無擴散相變，馬氏體在化學(xué)組成上與母體完全相同 轉(zhuǎn)變速度極快 馬氏體相變過程需要成核取動力，有開始溫度和終了溫度。 區(qū)別： 成核生長過程中存在擴散相變，母相與晶相組成可相同可不同，轉(zhuǎn)變速度較慢，無明顯的開始和終了溫度。 .解： 4.解: 5.解: Tm:相變平衡溫度；相變熱 溫度時，系

28、統(tǒng)處于不平衡狀態(tài)，則 對方熱過程如結(jié)晶，凝聚0 ,Tm0，必須過冷 對吸熱過程如蒸發(fā)，熔融則T0，必須過熱 .解： 均勻成核在均勻介質(zhì)中進行，在整體介質(zhì)中的核化可能性相同，與界面，缺陷無關(guān) 非均勻成核在異相界面上進行，如容器壁，氣泡界面或附著于外加物（雜質(zhì)或晶核劑） 7.解: 8.解: 9.解: 10.解: 11解： 12解：r相同時G1G2G3 T1T2T3 13解:斯賓納多分解，是由于組成起伏引起的熱力學(xué)上的不穩(wěn)定性產(chǎn)生的，又稱不穩(wěn)定分解兩種相變機理的主要差別成核 - 生長機理 斯賓納多機理 1 、溫度不變時，第二相組成不隨時間而改變 1 、組成發(fā)生連續(xù)的變化，直至達到平衡為止 2 、成核

29、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 、分相所需時間長，動力學(xué)障礙大 5 、分相所需時間極短，動力學(xué)障礙小 14解：登山擴散-負擴散，爬坡擴散，擴散的結(jié)果是增大濃度梯度。15.解：在后期是無法區(qū)分的。但觀察整個相變過程的變化情況可以區(qū)分。 對于成核-生長機理的相變，在相分離早期，由于新相核的產(chǎn)生必須達到臨界尺寸，因此在形態(tài)上就看不到同相之間的連接性，新相傾向于以球形析出。在相分離早期，系統(tǒng)出現(xiàn)孤立的分立

30、顆粒。在中期，顆粒產(chǎn)生聚結(jié)，在后期，可能呈現(xiàn)高度的連續(xù)性。 斯賓納多分解可由微小的成分波動產(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行登山擴散，促進了組成的波動。因此，其分解產(chǎn)物組織沒有固定的周期性，但存在著高度的連續(xù)性。這樣，就可以用小角度x-ray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。還可以用電子顯微鏡對等溫下相生長隨時間變化進行觀察。第九章固相反應(yīng)答案1.解：（a）1 反應(yīng)物是半徑為R0的等徑球粒B,x為產(chǎn)物層厚度。 2.反應(yīng)物A是擴散相，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)自球表面向中心進行

31、3.A在產(chǎn)物層中的濃度梯度是線性的，且擴散截面積一定。 （b）整個反應(yīng)過程中速度最慢的一步控制產(chǎn)物生成D小的控制產(chǎn)物生成，即DMg2+小，Mg2+擴散慢，整個反應(yīng)由Mg2+的擴散慢，整個反應(yīng)由Mg2+的擴散控制。 2 .解：（1）將重量增量平方對t做圖，呈拋物線關(guān)系，則符合 X2=kt3.解: 代入 T=1400 G=10% t=1h Q=50kcal/mol 求得k及c c=3.3510-7 代入楊德方程 T=1500 t=1h 4h 求出 G=0.0999 0.1930 5 解：根據(jù)表9-1 （P324P325）部分重要的固相反應(yīng)動力學(xué)方程 及圖9-18各種類型反應(yīng)中G-t/t0.5曲線

32、分析 G50%，G-t小于線性規(guī)律，是由擴散控制的反應(yīng)，G2=kt 將T1 =451，T2=493 G1=G，G2=10G， 代入求得Q 6. 解： （1） 已知t=1h，G=0.15 求G=100% t=？ （2）影響擴散的因素： 減小粒度 采用活性反應(yīng)物，如Al2O3?3H2O 適當(dāng)加壓等等 8 .解：選擇MgCO3或Mg(OH)2及Al2O3?3H2O較好。 其活性較高。 這些原料在反應(yīng)中進行熱分解和脫水，獲得具有較大比表面和晶格缺陷的初生態(tài)或無定形物質(zhì)從而提高了反應(yīng)活性，加劇了固相反應(yīng)的進行第十章燒結(jié)答案1.解: 燒結(jié)的推動力從廣義上講是化學(xué)位移梯度,具體的是系統(tǒng)的表面能 主要以流動傳

33、質(zhì),擴散傳質(zhì),氣象傳質(zhì),溶解 - 沉淀方式推動物質(zhì)遷移。 其中：固相燒結(jié)中傳質(zhì)機理：(1) 流動傳質(zhì) (2) 擴散傳質(zhì) (2) 氣相傳質(zhì)液相燒結(jié)中的傳質(zhì)機理 (1) 流動傳質(zhì) (2) 溶解-沉淀2.解：燒結(jié)過程是經(jīng)過成型的固體粉狀顆粒在加熱到低于熔點溫度的溫度下,產(chǎn)生顆粒粘結(jié)；通過物質(zhì)傳遞,使成型題逐漸變成具有一定幾何形狀和性能的整體的過程。 燒結(jié)初期：顆粒僅發(fā)生重排和鍵和,顆粒和空隙形狀變化很小,頸部相對變化 x/r0.3 ,線收縮率小于0.06 。 燒結(jié)中期:(1) 燒結(jié)中期,頸部進一步擴大,顆粒變形較大,氣孔由不規(guī)則的形狀逐漸變成由三個顆粒包圍的,近似圓柱形的氣孔,且氣孔是聯(lián)通的。 (2

34、) 晶界開始移動,顆粒正常長大。與氣孔接觸的顆粒表面為空位源,質(zhì)點擴散以體積擴散和晶界擴散為主而擴散到氣孔表面,空位返鄉(xiāng)擴散而消失。 (3)坯體氣孔率降為5%左右,收縮達90%。 燒結(jié)末期：(1) 進入燒結(jié)末期,氣孔封閉,相互孤立,理想情況為四個顆粒包圍,近似球狀。 (2) 晶粒明顯長大,只有擴散機理是重要的,質(zhì)點通過晶界擴散和體積擴散,進入晶界間近似球狀的氣孔中。 (3) 收縮率達90100%, 密度達理論值的95% 以上。 3.解： a,d能使燒結(jié)體強度增大,而不會產(chǎn)生肧體宏觀上的收縮。應(yīng)為這兩種物質(zhì)傳遞僅涉及肧體表面形狀的變化,而并沒有涉及到肧體內(nèi)部氣孔體積的變化。這樣,陪體表面顆粒間接

35、觸面積增大,粘附力增加,從而使燒結(jié)體強度增大,但不產(chǎn)生肧體宏觀上的收縮。 4.解：粉料立方體1mm=10-4cm1cm3壓塊中有1/（10-4）3=1012個顆粒 最初表面能=6*（10-4）2*1000erg/cm3*1012個/cm3=6*107erg/cm3最后晶界能=1/2*6 *（10-4）2*550erg/cm3*1012個/cm3=1.65*107 erg/cm3推動力D=6*107erg/cm3-1.65*107erg/cm3 =5.35*107 erg/cm35.解： 初次再結(jié)晶晶粒長大二次再結(jié)晶推動力來源基質(zhì)塑性變形而儲存于基質(zhì)中的能量 晶界過剩的界面能推動力大小 小 0.

36、51cal/g較大很大在陶瓷系統(tǒng)中重要性影響不大關(guān)鍵盡量避免6.解：延長燒結(jié)時間一般都為不同程度地促使燒結(jié)完成,但對粘性流動機理的燒結(jié)較為明顯,而對體積擴散和表面擴散機理影響較小。對體積擴散和表面擴散,低溫下以表面擴散為主,高溫下以體積擴散為主,而表面擴散并不改變?yōu)槊S體的致密度,因此,可適當(dāng)延長高溫?zé)Y(jié)時間。另外,在燒結(jié)后期,不合理的延長燒結(jié)時間,有時會加劇二次再結(jié)晶作用,反而得不到充分致密的制品。 7.解：P=g(1/r1+1/r2) P=0.8大氣壓 g=280達因/厘米 r1=5m 求r29.解：線收縮率： 1200,對NiO和Cr2O3粉末,其則可求出K1473,同理,可求出 K167

37、3,代入上式,即可求出式中g(shù)=600erg/cm2,=0.59T=1473K,1673K,r=0.5m 10.解:(1) 晶粒的大小取決于起始晶粒的大小,燒結(jié)溫度和燒結(jié)時間 (2) 防止二次再結(jié)晶引起的晶粒異常長大 11.解：二次再結(jié)晶發(fā)生后,由于個別晶粒異常長大,氣孔進入晶粒內(nèi)部,成為孤立閉氣孔,不易排除,使燒結(jié)速率降低甚至停止,肧體不再致密；加之大晶粒的晶界上有應(yīng)力存在,使其內(nèi)部易出現(xiàn)隱裂紋,繼續(xù)燒結(jié)時肧體易膨脹而開裂,使燒結(jié)體的機械,電學(xué)性能下降。 12.解：常規(guī)燒結(jié)過程主要是基于顆粒間的接觸與鍵合,以及在表面張力推動下物質(zhì)的傳遞過程。其總體的推動力由系統(tǒng)表面能提供。這就決定了其致密化是有一定限度的。常規(guī)條件下坯體密度很難達到理論密度值。對于特種燒結(jié),它是為了適應(yīng)特種材料對性能的要求而產(chǎn)生的。這些燒結(jié) 過程除了常規(guī)燒結(jié)中由系統(tǒng)表面能提供的驅(qū)動力之外,還由特殊工藝條件增加了系統(tǒng)燒結(jié)的驅(qū)動力,因此提高了坯體的燒結(jié)速