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文檔簡介
1、材料物理化學材料物理化學第六章相平衡與相圖1、什么是平衡狀態(tài)?影響平衡的因素有哪些?解:平衡態(tài):不隨時間而發(fā)生變化的狀態(tài)稱為平衡狀態(tài)。影響平衡的因素有:溫度、壓力、組分濃度等。2、什么是凝聚系統(tǒng)?什么是介穩(wěn)平衡?解:凝聚系統(tǒng):不含氣相或氣相可以忽略的系統(tǒng)。介穩(wěn)平衡:即熱力學非平衡態(tài),能量處于較高狀態(tài),經常出現于硅酸鹽系統(tǒng)中。3、簡述一致熔化合物與不一致熔化合物各自的特點。解:一致熔化合物是指一種穩(wěn)定的化合物。它與正常的純物質一樣具有固定的熔點,熔化時,所產生的液相與化合物組成相同,故稱一致熔融。不一致熔化合物是指一種不穩(wěn)定的化合物。加熱這種化合物某一溫度便發(fā)生分解,分解產物是一種液相和一種晶相
2、,二者組成與化合物組成皆不相同,故稱不一致熔融。4、比較各種三元無變量點(低共熔點、雙升點、雙降點、過渡點和多晶轉變點)的特點,寫出它們的相平衡關系。解:低共熔點:是一種無變量點,系統(tǒng)冷卻時幾種晶相同時從熔液中析出,或加熱時同時融化。LA+S+CE雙升點:處于其相應的副三角形的交叉位的單轉熔點。l+AB+SP雙降點:處于其相應的副三角形的共軛位的雙轉熔點。l+A+BSR5、簡述SiO2的多晶轉變現象,說明為什么在硅酸鹽產品中SiO2經常以介穩(wěn)狀態(tài)存在?解:在573C以下的低溫,SiO2的穩(wěn)定晶型為b石英,加熱至573C轉變?yōu)楦邷匦偷腶石英,這種轉變較快;冷卻時在同一溫度下以同樣的速度發(fā)生逆轉變
3、。如果加熱速度過快,則a石英過熱而在1600C時熔融。如果加熱速度很慢,則在870C轉變?yōu)閍鱗石英。a鱗石英在加熱較快時,過熱到1670C時熔融。當緩慢冷卻時,在870C仍可逆地轉變?yōu)閍石英;當迅速冷卻時,沿虛線過冷,在163C轉變?yōu)榻榉€(wěn)態(tài)的b鱗石英,在117C轉變?yōu)榻榉€(wěn)態(tài)的g湖南工學院湖南工學院200200熔怵熔怵鱗石英。加熱時g鱗石英仍在原轉變溫度以同樣的速度先后轉變?yōu)閎鱗石英和a鱗石英。a鱗石英緩慢加熱,在1470C時轉變?yōu)閍方石英,繼續(xù)加熱到1713C熔融。當緩慢冷卻時,在1470C時可逆地轉變?yōu)閍鱗石英;當迅速冷卻時,沿虛線過冷,在180270C轉變?yōu)榻榉€(wěn)狀態(tài)的b一方石英;當加熱b方
4、石英仍在180270C迅速轉變?yōu)榉€(wěn)定狀態(tài)的a方石英。熔融狀態(tài)的SiO2由于粘度很大,冷卻時往往成為過冷的液相石英玻璃。雖然它是介穩(wěn)態(tài),由于粘度很大在常溫下可以長期不變。如果在1000C以上持久加熱,也會產生析晶。熔融狀態(tài)的SiO2,只有極其緩慢的冷卻,才會在1713C可逆地轉變?yōu)閍方石英。對SiO2的相圖進行分析發(fā)現,SiO2的所有處于介穩(wěn)狀態(tài)的熔體的飽和蒸汽壓都比相同溫度范圍內處于熱力學穩(wěn)定態(tài)的熔體的飽和蒸汽壓高。而理論和實踐證明,在給定的溫度范圍,具有最小蒸汽壓的相一定是最穩(wěn)定的相。所以由于晶型轉變速度不同,在不同的加熱或冷卻速率下,硅酸鹽制品中經常出現介穩(wěn)態(tài)晶相。6、如圖6.69所示為鈣
5、長石(CaAl2Si2O8)的一元系統(tǒng)相圖。請回答:1)六方和正交鈣長石的熔點各約為多少?2)三斜與六方晶型的轉變是可逆的還是不可逆的?3)正交晶型是熱力學穩(wěn)定態(tài),還是介穩(wěn)態(tài)?湖南工學院湖南工學院200200湖南工學院湖南工學院200200解:(1解:(1)六方鈣長石熔點約變成型。正交一六1I點),正交鈣長石熔點約為1180C(C點)。(2)三斜與六方晶型的轉變是可逆的。因為六方晶型加熱到轉變溫度會轉I三斜晶型,而高溫穩(wěn)定的三斜晶型冷卻到轉變溫度又會轉變成六方晶01000r(r)圖6.69鈣長石的-亠元系統(tǒng)相圖湖南工學院湖南工學院材料物理化學材料物理化學3)正交晶型是介穩(wěn)態(tài)。7、寫出圖6.70
6、中三元材料x,y的成分,將成分為x的材料300g與成分分為y的材料200g熔化在一起,形成一個新的材料,請用作圖法求出新材料的成分,并用計算法進行驗證。Aa/解:由杠桿規(guī)則,8、根據圖6.71所示的(1)Aa/解:由杠桿規(guī)則,8、根據圖6.71所示的(1)A、B、C三個組(2)各液相面下降的陡(3)指出組成為65%A認題6.7I列?峭程度如何?哪一個最陡,哪一個最平緩?15%B、20%C的體系的相組成點,并描述其結晶過程。xz/yz=200/300=2,xz:yz=2:3C匕影圖回答下列問題:廠-詁勺熔點的高低次序怎樣排列?新材料組成點在xy線上,威新組成材料為z,則:湖南工學院湖南工學院材料
7、物理化學材料物理化學1)熔點:TBTC1)熔點:TBTCTA3)如圖所示,在M點所在的溫度下B最陡,C次之,A最平坦;湖南工學院湖南工學院材料物理化學材料物理化學湖南工學院湖南工學院材料物理化學材料物理化學液相:叮丄三斗F=2kpLA+CF=1EIF=0A+B+CL消失J液相:叮丄三斗F=2kpLA+CF=1EIF=0A+B+CL消失J固相:A-AA+C*QA+B+C結晶過程如下:湖南工學院湖南工學院材料物理化學材料物理化學湖南工學院湖南工學院材料物理化學材料物理化學9、具有一個不一致熔融化合物AmBn的二元系統(tǒng)(見圖6.72),在低共熔點E發(fā)生如下析晶的過程:LOA+AmBn。E點B含量為2
8、0%,化合物AmBn含B量為64%,今有C和C2兩種配料,其配料點分置于E點兩側。已知C中B含量是C2中B含量的1.5倍,且在達低共熔點溫度前的冷卻析晶過程中,從這兩種配料中析出的初晶相含量相等。試計算c1和c2的組成。DHIE組成以質量百分數表示。解:設AB二元相圖中G(kgDHIE組成以質量百分數表示。解:設AB二元相圖中G(kg)。據題意,初相(若在PB之間,初相比C1和C2兩種配料量均為在低共溶點前析出,則C1和C2二配料組匕在轉熔點P前析出)。又該二配料組成不同,而析出的成必在AP之間初相含量相等,可知二配料分置于低共溶點E兩側,析相分別為B湖南工學院湖南工學院材料物理化學材料物理化
9、學(5(5AmBn和A。設C含B的量為x%,C2設C含B的量為x%,*2圖6.72習題6”10圖x-2020-64-20_20解聯立方程,得x=26%,y=17.3%。所以,C1組成為含B的量26%,C2組成為含B17.3%10、已知A和B兩組成構成具有低共熔點的有限固溶體的二元系統(tǒng)。試根據下列實驗數據繪制概略相圖。已知A的熔點為1OOOC,B的熔點為700C。含B為0.25mol的試樣在500C完全凝固,其中含0.733mol初相SA(B)和0.267molSA(B)+SB(A)共生體。含B為0.5mol的試樣在同一溫度下凝固完畢,其中含0.4mol初相SA(B)和0.6molSA(B)+S
10、B(A)共生體,而SA(B)相總量占晶相總量的50%。實驗數據均在達到平衡狀態(tài)時測定。解:因a、b點溫度及低共熔溫度已知,欲繪此相圖之草圖,關鍵是求出C、E、D三點之組成。由于二個試樣析出初晶相均為SA(B),且在同一溫度下凝固完畢(此溫度顯然即低共熔溫度,可知該二試樣的組成必都落在CE間。)設C點含B量為x,E點含B量為z。根據題意借助杠桿規(guī)則可以獲得下面關系式。解上述聯立方程,得x=0.051,y=0.799,z=0.949,據此,可確定C點含B量0.05mol,E點含B量為0.80mol,D點含B量為0.95mol。這樣相圖中C、E、D位置可以找到,從而繪出相圖的草圖如下:11、在三元系
11、統(tǒng)的濃度三角形上畫出下列配料的組成點,并注意其變化規(guī)律。(1)A=10%,B=70%,C=20%(2)A=10%,B=20%,C=70%(3)A=70%,B=20%,C=10%今有配料(1)3kg,配料(2)2kg,配料(3)5kg,若將此三配料混合加熱至完全熔融,試依據杠桿規(guī)則用作圖法求熔體的組成。解:根據題中所給條件,在濃度三角形中找到三個配料組成點的位置。連接配料(1)與配料(2)的組成點,按杠桿規(guī)則求其混合后的組成點。再將此點與配料(3)的組成點連接,此連線的中點即為所求的熔體組成點。12、試完成圖6.73上的配料點1、2、3的結晶路程(表明液、固相組成點的變化及結晶過程在各階段系統(tǒng)中
12、發(fā)生的變化)。熔體1LP=1,f=3LA_B+BmnP熔體1LP=1,f=3LA_B+BmnP=3,f=1熔體2P=l,f=3Eb,AB,B+2A,(A),A,P=2,f=2P=3,f=1mni“才丿尸Il1f3k、Pg,(AB),B+A占JmnP=4,f=0(液相消失)2,AB,A+Cmn熔體3L2A,(A)L-ACA,(AB)+ATOC o 1-5 h zP=1,f=3P=2,f=2mn亠亠尋,d(A消失)AB,ABeAB,AB+()P-3,f-1mnmnp-2,f=2mnmnEf,AB,(B)+C一嚴二E(液相消失)3,AB,B+CP-3,f-1mnP-4,f-0mn13、如圖6.74所
13、示為生成一個三元化合物的三元系統(tǒng)相圖。(1)判斷三元化合物N的熔融性質;(2)標出界線上的溫降方向(轉熔界線用雙箭頭);(3)指出無變量點KL、M的性質;(4)分析點l、2的結晶路程(表明液固組成點的變化及各階段的相變化)。湖南工學院湖南工學院材料物理化學材料物理化學湖南工學院湖南工學院材料物理化學材料物理化學(1)N化合物組成點處于初晶區(qū)外,為不一致熔融三合物。(2)用連線規(guī)則(最高溫度規(guī)則)和切線規(guī)則判斷邊界曲線性質入廣*)和4及溫度下降方向。(如圖所示仏)生成三元化合物N的A-B-C三元相和轉熔)用重心位規(guī)則判斷三元無變點的性質/m和1為低共熔點。k為單轉熔點LNLN+C1N,(N)aN
14、,N+(C)P=1,F=3P=2,F=2LN+C+B/亠,/亠Lh,N+C+(B)L(液相消失1,N+B+CP=4,F=0/A厶二53)熔體11,2點的結晶路程:湖南工學院湖南工學院材料物理化學材料物理化學熔體2L2B,(B)LTbP-1,F-3P-2,F-2LA+BPB,B+(A)-P-3,F-1Kd,A+B+(N)L+AN+BP-4,F-0K(A消失f,N+BLN+BP-3,F-1Lg,N+B+(C),C,L(液相消失2,N+B+CP-4,F-014、A-B-C三元系統(tǒng)相圖如圖6.75所示,圖中有一個三元化合物D(AmBn)和一個三元化合物M(AxByCz).要求:(1)將該圖劃分為若干個子三角形,并寫出子三角形名稱;(2)標注各界線上溫度下降方向,轉熔界線用雙箭頭;(3)寫出途中o、w、u、v點的相平衡關系式;(4)寫出組成點1的第一結晶相和最終產物;(5)畫出A-
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