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材料科学基础习题
3130000024 忻云
第一章相平衡
1. 图1-1示意表示出生成一个不一致熔融化合物AmBn和形成固溶体SB(A)的二元系统，试完成此相图的草图。
2. 对于图1-2所示的相图，试进行：（1）标出初晶区；（2）画出温度下降方向；（3）确定相界线性质；（4）确定无变量点性质；（5）分析1，2，3点的结晶过程。
(A)(B)(C)(S)分别表示ABCS(AmBn)的初晶区 ①点为转熔点，②点为低共熔点
1点：降温先析出固体A，液相点由1点向a点移动，液相点到达a点后，液相对c饱和，开始析出c，固相点由a点向b点移动，液相点由a
点向c点移动。液相点到达转熔点c后，发生转熔过程A+液相→S+C，固相点由b向1点移动，液相在c点不动且不断减少直至消失，固相点到达1点，结晶过程结束。
2点：降温析出晶体A，液相点由2点向a点移动，液相到达a点后，发生转熔过程L+A→S，析出S，回吸A，固相组成点由A向S点变化，液相点由点a向点b移动，到达点b后，A被完全回吸，此时液相点由b点穿相区向c点移动，同时析出S，到达c点后，液相对B饱和，同时析出S和B，固相点由S点向e点移动，液相点由c点向低共熔点d点移动，到达d点后，液相同时对C、S、B饱和，同时析出C、S、B，液相不断减少，固相点由e点向2点移动，到达2点后，液相消失，结晶完成。
3：降低温度析出晶体S（AmBn），液相点由3点向a点变化，到达a点后，液相对B饱和，同时析出B和S，固相点由S点向b点变化，液相点由a点向c点变化，到达c点后，液相对c饱和，同时析出B，S，C，固相点由b点向3点移动，直至液相消失，固相点回到3点，结晶结束。
3. 某种陶瓷制品以长石K2O?Al2O3?6SiO2和高岭土Al2O3?2SiO2?2H2O配料，在12000C烧成。观察烧成制品的显微结构，发现由莫来石晶体和玻璃相组成，问：（1）配料中，长石和高岭土各为多少？（2）制品结构中，莫来石和玻璃相各为多少？
分析K2O-Al2O3-SiO2相图，由题意得，配料在1200℃熔化后析晶仅剩莫来石晶体与玻璃相，说明在1200℃时仅存液相与莫来石晶体。连接石英-莫来石低共熔线的1200℃点（A点）与莫来石成分点（B点），又有配料由长石及高岭土配成，连接长石成分点（C点）与高岭土成分点（D点），两线相交点（E点）即为配料点。量取各段线段长度计算得： m(长石)：m(脱水高岭土) = ED：CE = 5:6 m(长石)：m(二水合高岭土) = 149:258 m(莫来石)：m（玻璃相）= AE:EB = 13:42
第二章固相反应
2. 试比较杨得方程、卡特方程和金斯特林格方程的优缺点及适用条件。
材料生产中通常采用粉状物料作原料，在反应过程中，颗粒间接触界面积不断变化。用简单方法来测量大量粉状颗粒上反应层厚度很困难，故杨德在抛物线方程基础上采用了“球体模型”，推导出了改进的动力学方程。杨德方程不能适用于反应程度大的情况。卡特方程的特点是考虑了反应面积的变化及产物与反应物间体积密度的变化，因此比杨德方程具有更好的适用性。金斯特林格方程中，放弃了杨德假设中截面积不变的假设，反应物与产物的密度也不同，反应前后体积变化，须引入由此带来的体积变化因素。金斯特林格方程具有很好的适用性。
3. 为观察尖晶石的形成，用过量的MgO粉包围1?的Al2O3球形颗粒。在固定温度实验中的第一个小时有20%的Al2O3反应成尖晶石。试根据（1）无球形几何校正；（2）用杨得方程作球形校正，计算完全反应的时间。
(1) 由x2=Kpt,则x=0.2时，t=1h；故x=1时，t=25h.
(2) x2=Kpt,其中x=R0[1-(1-G)1/3],则G=0.2时，2t=1h；故G=1时，t=194.6h.
4. 要合成镁铝尖晶石，可供选择原料为MgCO3、Mg(OH)2、MgO、Al2O3?3H2O、?-Al2O3、?-Al2O3。从提高反应速率角度出发，应选择什么原料？ 选用MgCO3和Al2O3?3H2O
同一物质处于不同结构状态时，其反应活性差别很大。晶格能越高，结构越完整和稳定，其质点可动性小，反应活性越低。对于难熔氧化物间的反应和烧结往往是困难的，通常采用具有高活性的活性固体作原料，利用热分解反应和脱水反应，形成具有较大比表面积和晶格缺陷的初生态或无定形物质等措施来提高反应活性，是促进固相反应进行的一个有效手段。
第三章烧结过程
1. 烧结的推动力是什么？晶体生长的推动力是什么？试比较两者的大小。
伴随表面积减少的烧结过程是一个自发的不可逆的过程，而推动系统表面积减少的自由颗粒表面的表面张力则是本征的或基本的烧结推动力；晶体生长的推动力是晶界过剩的表面能。烧结推动力要大于晶体生长推动力：界面或表面向曲率中心移动的过程中，在晶体生长过程中界面会受到来自前方的阻力，而烧结过程界面所受来自前方的阻力则很小。
3. 在15000CMgO正常晶粒长大期间，观察到晶体在1小时内从1m直径长大到10?m。
已知晶界扩散能为60Kcal/mol，试预测在16000C下4小时后晶粒的大小。你估计杂质对MgO晶粒生长速率会有什么影响，为什么？
k=Aexp(-Q/RT) D2-D 2=kt
T1=1773.15K,T2=1873.15K; t1=1h, t2=4h，D0=1μ m; D1=10μ m 由 D0=1μ m; D1=10μ m;t1=1h 得 k1=99 进一步得 k2=245.73 D2 =D0 +k2t2=983.9 D2=31?m
引入杂质会阻碍晶界移动，使晶粒正常长大停止，影响晶粒长大速率，也会是晶粒长大过程的结束。