发布时间 : 星期五 文章武汉理工大学材料科学基础课后习题和答案更新完毕开始阅读513291f00812a21614791711cc7931b764ce7b74
14解：登山扩散-负扩散，爬坡扩散，扩散的结果是增大浓度梯度。 15.解：在后期是无法区分的。但观察整个相变过程的变化情况可以区分。
对于成核-生长机理的相变，在相分离早期，由于新相核的产生必须达到临界尺寸，因此在形态上就看不到同相之间的连接性，新相倾向于以球形析出。在相分离早期，系统出现孤立的分立颗粒。在中期，颗粒产生聚结，在后期，可能呈现高度的连续性。
斯宾纳多分解可由微小的成分波动产生，在相变初期不必形成明显的新相界面，系统中各组分之间逆浓度梯度方向进行登山扩散，促进了组成的波动。因此，其分解产物组织没有固定的周期性，但存在着高度的连续性。
这样，就可以用小角度x-ray散射方法研究相变组织，用场离子显微镜加原子探针技术研究早期斯宾纳多分解及有序化。还可以用电子显微镜对等温下相生长随时间变化进行观察。
第九章 固相反应
1．若由MgO和Al2O3球形颗粒之间的反应生成MgAl2O4是通过产物层的扩散进行的： (1) 画出其反应的几何图形并推导出反应初期的速度方程。
(2) 若1300℃时DAl3+>DMg2+0-2:基本不动，那么哪一种离子的扩散控制着MgAl2O4的生成？为什么？
2．镍（Ni）在大气压的氧气中氧化，测得其重量增量（μg/cm2）如下表： 温 度 时 间 1(h) 2(h) 3(h) 4(h) 13 23 15 29 20 36 17 温 度 时 间 1(h) 2(h) 3(h) 4(h) 41 75 50 88 65 106 56 550 ℃ 9 600 ℃ 650 ℃ 2 9 700 ℃ (1) 导出合适的反应速度方程； (2) 计算其活化能。 3．由Al2O3和SiO2粉末反应生成莫来石，过程由扩散控制，扩散活化能为50千卡/摩尔，1400℃下，一小时完成10%，求1500℃下，一小时和四小时各完成多少？（应用扬德方程计算） 4．粒径为1μ球状Al2O3由过量的MgO微粒包围，观察尖晶石的形成，在恒定温度下，第一个小时有20%的Al2O3起了反应，计算完全反应的时间。 (1) 用扬德方程计算
(2) 用金斯特林格方程计算
(3) 比较扬德方程、金斯特林格方程优缺点及适用条件。
5． 当测量氧化铝－水化物的分解速率时，发现在等温反应期间，重量损失随时间线性增 加到50%左右，超过50%时重量损失的速率就小于线性规律。速率随温度指数增加，这是一个由扩散控制的反应还是由界面一级控制的反应？当温度从451℃增至493℃时，速率增大到10倍，计算此过程的活化能（利用表9-1及图22进行分析）
6． 由Al2O3和SiO2粉末形成莫来石反应，由扩散控制并符合扬德方程，实验在温度保持不变的条件下，当反应进行1小时的时候，测知已有15%的反应物起反 应而作用掉了。 (1) 将在多少时间内全部反应物都生成产物？ (2) 为了加速莫来石的生产应采取什么有效措施？ 7． 试分析影响固相反应的主要因素。
8． 如果要合成镁铝尖晶石，可供选择的原料为MgCO3、Mg(OH)2、MgO、Al2O33H2O、γ-Al2O3、α-Al2O3。从提高反应速率的角度出发，选择什么原料较 好？请说明原因。
复 习 提 纲
1． 广义固相反应的共同特点；固相反应机理；固相界面上的化学反应的三个过程。
2． 固相反应的一般动力学关系及其意义；解释化学动力学范围；解释扩散动力学范围的特点，扩散动力学范围的三个动力学方程的表达式、各自所采用的模 型极其适用范围、有何优缺点。 3． 分析影响固相反应的因素。
答案
1.解：（a）1 反应物是半径为R0的等径球粒B,x为产物层厚度。
2.反应物A是扩散相，即A总是包围着B的颗粒，且A，B同产物C是完全接触的，反应自球表面向中心进行
在产物层中的浓度梯度是线性的，且扩散截面积一定。
（b）整个反应过程中速度最慢的一步控制产物生成D小的控制产物生成，即DMg2+小，Mg2+扩散慢，整个反应由Mg2+的扩散慢，整个反应由Mg2+的扩散控制。 2 .解：（1）将重量增量平方对t做图，呈抛物线关系，则符合 X2=kt 3.解:
代入 T=1400℃ G=10% t=1h Q=50kcal/mol 求得k及c c=′×10
代入杨德方程 T=1500℃ t=1h 4h 求出 G= 5 解：根据表9-1 （P324~P325）部分重要的固相反应动力学方程 及图9-18各种类型反应中G-t/曲线 分析
G<50%，G-t呈线性关系
G>50%，G-t小于线性规律，是由扩散控制的反应，G=kt
将T1 =451℃，T2=493℃
2
-7
G1=G，G2=10G， 代入求得Q 6. 解：
（1）
已知t=1h，G= 求G=100% t=？
（2）影响扩散的因素： 减小粒度 采用活性反应物，如Al2O3?3H2O 适当加压等等 7. 解：略
8 .解：选择MgCO3或Mg(OH)2及Al2O3?3H2O较好。 其活性较高。
这些原料在反应中进行热分解和脱水，获得具有较大比表面和晶格缺陷的初生态或无定形物质从而提高了反应活性，加剧了固相反应的进行
第十章 烧结
1．烧结推动力是什么? 它可凭哪些方式推动物质的迁移，各适用于何种烧结机理? 2．烧结过程是怎样产生的，各阶段的特征是什么?
3．下列过程中哪一个能使烧结体强度增大，而不产生坯体宏观上的收缩? 试说明之。 (a) 蒸发冷凝； (b) 体积扩散； (c) 粘性流动； (d) 表面扩散； (e) 溶解沉淀
4．某氧化物粉末的表面能是1000erg/cm，烧结后晶界能是550erg/cm今用粒径为1μm的粉料(假定为立方体)压成1cm的压块进行烧结，试计算烧结时的推动力。
5．试就 (a) 推动力来源； (b) 推动力大小； (c) 在陶瓷系统的重要性来区别初次再结晶，晶粒长大和二次再全结晶。
6．有人试图用延长烧结时间来提高产品致密度，你以为此法是否可行,为什么了？
7．假如直径为5μm的气封闭在表而张力为280达因／厘米的玻璃内，气孔内氮气压力是大气压，当气体压力与表面张力产生的负压平衡时，气孔尺寸是多少?
8. 在1500℃，MgO正常的晶粒长大期间．观察到晶体在1小时内从直径从1μm长大到10μm ，在此条件下，要得到直径20μm的晶粒，需烧结多长时间? 如已知晶界扩散活化能为60KCal／mol，试计算在1600℃下4小时后晶粒的大小，为抑制晶粒长大，加入少量杂质，在1600℃下保温4小时，晶粒大小又是多少?
3
2
2
9．假定NiCr2O4 的表面能为600erg／cm，由半径 μm 的NiO和Cr2O3粉末合成尖晶石。在1200℃和1400℃时Ni和Cr离子的扩散系数分别为：Ni在 NiO中D1473=1×10；D1673=3×10cm/s ；Cr
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2
2+
3+
2+
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3+
2
在Cr2O3中D1473 =7×10；D1673=10cm/s ，求在1200℃和1400℃烧结时，开始1秒的线收缩率是多少？（假定扩散粒子的半径为 ?)
10．材料的许多性能如强度、光学性能等要求其晶粒尺寸微小且分布均匀，工艺上应如何控制烧结过程以达到此目的?
11．试分析二次再结晶过程对材料性能有何种效应? 12．特种烧结和常规烧结有什么区别? 试举例说明。
13.(a) 烧结MgO时加入少量FeO，在氢气氛和氧分压低时都不能促进烧结，只有在氧分压高的气氛下才促进烧结；
(b) 烧结Al2O3时，氢气易促进致密化而氮气妨碍致密化。试分析其原因。
14．某磁性氧化物材料被认为是遵循正常晶粒长大方程。当颗粒尺寸增大超出1μm的平均尺寸时，则磁性和强度等性质就变坏，未烧结前的原始颗粒大小为μm 。烧结30分钟使晶粒尺寸长大为原来的3倍。因大坯件翘曲，生产车间主任打算增加烧结时间。你想推荐的最长时间是多少?
答案
1.解: 烧结的推动力从广义上讲是化学位移梯度,具体的是系统的表面能 主要以流动传质,扩散传质,气象传质,溶解 - 沉淀方式推动物质迁移。 其中：固相烧结中传质机理：(1) 流动传质 (2) 扩散传质 (2) 气相传质 液相烧结中的传质机理 (1) 流动传质 (2) 溶解-沉淀
2.解：烧结过程是经过成型的固体粉状颗粒在加热到低于熔点温度的温度下,产生颗粒粘结；通过物质传递,使成型题逐渐变成具有一定几何形状和性能的整体的过程。
烧结初期：颗粒仅发生重排和键和,颗粒和空隙形状变化很小,颈部相对变化 x/r< ,线收缩率小于 。
烧结中期:(1) 烧结中期,颈部进一步扩大,颗粒变形较大,气孔由不规则的形状逐渐变成由三个颗粒包围的,近似圆柱形的气孔,且气孔是联通的。
(2) 晶界开始移动,颗粒正常长大。与气孔接触的颗粒表面为空位源,质点扩散以体积扩散和晶界扩散为主而扩散到气孔表面,空位返乡扩散而消失。 (3)坯体气孔率降为5%左右,收缩达90%。