材料科学基础相图习题
材料科学基础 铁碳相图补充作业题答案
铁碳相图补充作业题答案1. 铁碳合金按Fe —Fe 3C 相图成分区域分成七类，分别是什么？2. 分析以上七种成分合金平衡结晶过程与最终组织，并计算：（1） 工业纯铁中三次渗碳体的最大含量。
分析：在工业纯铁中，随C 含量的增加，三次渗碳体的含量也越多，当C%=0.0218% （即P 点成分的工业纯铁中）时，Fe 3C Ⅲ量达到最大值。
W Fe3C Ⅲ=008.069.6008,00218.0--×100%=0.33%（2） 共析钢中，α和Fe 3C 的相对含量。
（Fe 3C Ⅲ量很少，一般忽略不计）W α=%100218.069.677.069.6⨯--=%10069.677.069.6⨯-=88% W Fe3C =1－88%=12%（3）45钢（含C ：0.45%）中，组织组成物和相组成物的相对含量。
分析：45钢组织组成物为：铁素体（先共析）+ 珠光体相组成物为：铁素体（α）+ 渗碳体（Fe 3C ）由于Fe 3C Ⅲ量很少，可以忽略不计，只考虑727℃共析转变完成之后即可。
组织组成物：⎪⎩⎪⎨⎧=-==⨯==⨯=----%57%431Wp %57%100%43%1000218.077.00218.045.00218.077.045.077.0或αWp W相组成物： ⎪⎩⎪⎨⎧=-==⨯==⨯=----%7%931W %7%100%93%100C 3Fe 0218.69.60218.045.030218.069.645.069.6或αo C Fe W W注：共析钢中，室温组织为α+ P W C %↑， W P ↑，可近似根据亚共析钢的平衡组织来估算钢的含C 量。
W P =%100%1008.077.0218.077.0028.0⨯==⨯--C C C∴ 钢的含C 量 C=0.8W P （忽略α、P 密度的差别）W P ：珠光体所占的面积百分比。
(4)T10钢（1%C ）中，Fe3C Ⅱ和珠光体的相对量W Fe3C Ⅱ=%10077.069.677.00.1⨯--=4%W P =1—4%=96%注：在过共析钢中，W C ↑， Fe3C Ⅱ↑当 W C =2.11% Fe 3C Ⅱ达到最大值W Fe3C Ⅱ最大=%6.22%10077.069,677.011.2=⨯--(5)共晶白口铸铁中，Fe 3C 共晶与γ共在共晶温度下的相对量。
材料科学基础-三元相图习题
3、根据所示的投影用热分析曲线表示图中成分为I、II、III的材料 在平衡冷却过程中发生的组织转变，并写出室温下的平衡组织；
答案 I
答案 II
答案 III
1. 根据所示Fe-W-C三元系的低碳部分的液相面的投影图，试标出 所有四相反应。
图中标出了单变 量线起始温度
答案：四相反应如下： 2755～2400℃时：L+W5C3→WC+W2C， ～2400℃时：L+ W2C→WC+W， ～1700℃时：L+ WC+ W→M6C ～1500℃时：L+ W→M6C+Fe3W2 1380℃时：L+ Fe3W2→M6C+α 1335℃时：L+α→γ+ M6C ～1200℃时：L+ M6C→WC+γ 1085℃时：L→γ+Fe3C+ WC 其液相成分变温线的温度走向如图所示：
Al
Mg→ α θ ET
S
P1
Q T
P2
Eu β
γ
2013-6-17
1、根据下图，指出成分位于△mEp中(不在边、角处)的合金在 室温下可能有哪几种组织，并画出相应的冷却曲线的示意图。
答案 可能出现的组织： （1）
答案 可能出现的组织： （2）
答案 可能出现的组织： （3）
2、在所示的三元相图的垂直截面中写出三个四相平衡反应的反应 式
C1
1150℃
C2 b C3
Fe-13%Cr-2%C合金：
L + γ+ C1
— Cr12成分点c,位于γ+ C2两 相区，
作近似连线acb可求相对量。
Fe p363图8.34（a）
习题及答案无机材料科学基础
第六章相平衡和相图6-1名词解释相组元数独立组元数自由度相图相平衡凝聚系统介稳平衡无变量点可逆多晶转变不可逆多晶转变一级变体间转变二级变体间转变一致熔融化合物不一致熔融化合物共熔界线转熔界线连线规则切线规则低共熔点（三升点）单转熔点（双升点）双转熔点（双降点）液相独立析晶6-2什么是吉布斯相律它有什么实际意义6-3固体硫有两种晶型，即单斜硫、斜方硫，因此，硫系统可能有四个相，如果某人实验得到这四个相平衡共存，试判断这个实验有无问题图6-1 图6-26-4如图6-1是钙长石（CaAl2Si2O）的单元系统相图，请根据相图回答：（1）六方、正交和三斜钙长石的熔点各是多少（2）三斜和六方晶型的转变是可逆的还是不可逆的你是如何判断出来的（3）正交晶型是热力学稳定态还是介稳态6-5图6-2是具有多晶转变的某物质的相图，其中DEF线是熔体的蒸发曲线。
KE是晶型I的升华曲线；GF是晶型II的升华曲线；JG是晶型III的升华曲线，回答下列问题：（1）在图中标明各相的相区，并写出图中各无变量点的相平衡关系；（2）系统中哪种晶型为稳定相哪种晶型为介稳相（3）各晶型之间的转变是可逆转变还是不可逆转变6-6在SiO2系统相图中，找出两个可逆多晶转变和两个不可逆多晶转变的例子。
6 -7 C2S有哪几种晶型在加热和冷却过程中它们如何转变β-C2S为什么能自发地转变成γ-C2S在生产中如何防止β-C2S 转变为γ-C2S6-8今通过实验测得如图6-3所示的各相图，试判断这些相图的正确性。
如果有错，请指出错在何处并说明理由。
图6-36-9根据图6-4所示的二元系统相图回答：（1）注明各相区；（2）写出无变量点的性质及其相平衡关系；（3）写出M1和M2熔体的平衡冷却析晶过程；（4）计算从熔体刚冷至T P温度及离开T P温度时系统中存在各相的百分含量。
6-10图6-5为具有一个不一致熔融化合物的二元系统，在低共熔点E发生如下析晶的过程：L A＋A m B n。
材料科学基础相图分析题
相图分析（26分）1、判读如下A－B－C三元相图(1)指出如下三元体系中化合物D和F的性质。
（2分）(2)划分副三角形并判定各界线上的温降方向（4分）(3)判定各界线的性质。
（3分）(4)判定无变量点性质，并写出液相组成在无变点处的反应式。
（4分）(5)分析M点熔体的析晶过程，并计算液相组成刚到析晶结束点的固液相的比例及固相中各物质的比例。
（7分）(6)指出N点组成的A、B、C混合物在平衡加热时最先在哪一点的温度出现液相？（2分）(7) 画出A-B二元系统示意相图,并标出各区域的平衡相组成。
（4分）2、判读如下三元相图（共26分）(1)指出如下三元体系中化合物D1、D2和D3的性质。
（3分）(2)划分副三角形。
（2分）(3)判定各界线上的温降方向及界线的性质(转熔线上用双箭头表示)。
（4分）(4)判定无变量点性质，并写出冷却时无变点处的平衡反应式。
（5分）(5)分析M点熔体的析晶过程，并计算液相组成刚到析晶结束点的固液相的比例，固相中各固相的比例。
（6分）(6)说明组成为N点A-B-C混合物在平衡加热时最先在哪一点的温度出现液相？（1分）(7) 画出A-B二元系统示意相图,并标出各区域的平衡相组成。
（3分）3、判读如下三元相图（24分）(1)指出如下三元体系中化合物D的性质。
（2分）(2)划分副三角形及判定各界线上的温降方向。
（4分）(3) 判定各界线的性质。
（2分）(4) 判定无变量点性质，并写出液相组成在无变点处的反应式。
（3分）(5) 分析M点熔体的析晶过程，并计算液相组成刚到析晶结束点的固液相的比例，固相中各固相的比例。
（6分）(6) 说明组成为N点A-B-C混合物在平衡加热时最先在哪一点的温度出现液相？（2分）(7) 画出A-B二元系统示意相图,并标出各区域的平衡相组成。
（5分）4、下图是A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题：（24分）(1)指出如下三元体系中化合物S的性质。
（2分）(2)划分副三角形及判定各界线上的温降方向。
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第6章 相 图一、选择题1．在二元系合金相图中，计算两相相对量的杠杆法则只能用于（）。
A．单相区中B．两相区中C．三相平衡水平线上【答案】B2．根据三元相图的垂直截面图，可以（）。
A．分析相成分的变化规律B．分析合金的凝固过程C．用杠杆法则计算各相的相对量【答案】B3．在CaO-Al2O3-SiO2系相图中有低共熔点8个、双升点7个、鞍形点9个，按相平衡规律该系统可划分成（）分三角形。
（鞍形点为界线与连线的交点）A．8个B．7个C．9个D．15个E．22个二、填空题图6-1是A-B-C三元系成分三角形的一部分，其中X合金的成分是______。
图6-1【答案】20％A-40％B-40％C三、判断题相图表示的是体系的热力学平衡状态。
（）【答案】√【解析】相图狭义上是用来表示相平衡系统的组成与一些参数（如温度、压力）之间关系的一种图；广义上是指在给定条件下体系中各相之间建立平衡后热力学变量强度变量的轨迹的集合表达。
相图表达的是平衡态，严格说是相平衡图。
1．结线答：结线是指两平衡相成分点之间的连线。
2．相图答：相图是描述各相平衡存在条件或共存关系的图解；也可称为平衡时热力学参量的几何轨迹。
五、简答题1．图6-2为Fe-W-C三元系的液相面投影图。
写出1700℃、1200℃、1085℃的四相平衡反应式。
选择一个合金成分其组织在刚凝固完毕时只有三元共晶。
图6-2答：（1）各四相平衡反应式分别为：1700℃：L＋WC＋W→η；1200℃：L ＋η→WC＋γ；1085℃：L→γ＋WC ＋Fe 3C 。
（2）Ⅰ合金成分其组织在刚凝固完毕时只有三元共晶。
2．请在图6-3所示的Pb-Bi-Sn 相图中：（1）写出三相平衡和四相平衡反应式；（2）标出成分为5％Pb、65％Bi 与30％Sn 合金所在位置，写出该合金凝固结晶过程，画出并说明其在室温下的组织示意图。
图6-3答：（1）三相平衡反应式：E 2E 线：L→Bi＋Sn ；E 1E 线：L→Bi＋Pb ；E 点为四相平衡，其反应式为L→Bi＋Sn ＋Pb 。
材料科学基础 第五章 5.1-5.4相图
5.2.3 杠杆定律
设成份为 X的合金的总重量为1，液相的相对重量为 QL，其 成份为 X1，固相相对重量为Qα，其成份为X2，则 ：
5.2.4 相图的类型和结构 根据组元的多少，可分为单元系、二元系、三元 系 …. 相图。
二元系相图的类型有：
① 液态无限溶解，固态无限溶解 -匀晶相图； ②液态无限溶解，固态有限溶解 -共晶相图和包晶
共晶组织：共晶转变产物。（是两相混合物）
共晶合金的特殊性质： ①比纯组元熔点低，简化了熔化和铸造的操作； ②共晶合金比纯金属有更好的流动性，其在凝固之 中防止了阻碍液体流动的枝晶形成，从而改善铸造 性能； ③恒温转变（无凝固温度范围）减少了铸造缺陷， 例如偏聚和缩孔； ④共晶凝固可获得多种形态的显微组织，尤其是规 则排列的层状或杆状共晶组织可能成为优异性能的 原位复合材料（in－situ composite ）。
5.2.2 相律
相律(phase rule)是表示在平衡条件下，系统的自 由度数、组元数和相数之间的关系，是系统的平 衡条件的数学表达式。 相律数学表达式：f = C – P + 2 式中 P—平衡相数 C—体系的组元数 f—体系自由度（degrees of freedom） 数 2－温度和压力 自由度数 f：是指不影响体系平衡状态的独立可 变参数（温度、压力、浓度等）的数目。 在恒压下，相律表达式： f = C – P + 1
相律的应用
① 利用它可以确定系统中可能存在的最多平衡相数 单元系，因f ≥0，故 P≤1-0+1=2，平衡相最大为二个。 注意：这并不是说，单元系中能够出现的相数不能超过二 个，而是说，某一固定 T下，单元系中不同的相只能有两 个同时存在，而其它相则在别的条件下存在。
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第5章材料的相结构及相图一、选择题三元系统相图中，若存在有n条界线，则此系统相图中能连接出（）条连线。
A．3B．n－1C．nD．n＋1【答案】C【解析】三元系统相图中，存在几条界线就能在相图中连接出几条连线。
二、填空题1．Fe-Fe3C相图中含碳量小于______为钢，大于______为铸铁；铁碳合金室温平衡组织均由______和______两个基本相组成；奥氏体其晶体结构是______，合金平衡结晶时，奥氏体的最大含碳量是______；珠光体的含碳量是______；莱氏体的含碳量为______；在常温下，亚共析钢的平衡组织是______，过共析钢的平衡组织是______；Fe3CⅠ是从______中析出的，Fe3CⅡ是从______中析出的，Fe3CⅢ是从______中析出的，它们的含碳量为______。
【答案】2.11％C；2.11％C；铁素体（a）；渗碳体（Fe3C）；FCC；2.11％；0.77％；4.3％；铁素体和珠光体；珠光体和Fe3CⅡ；液相；奥氏体；铁素体；6.69％2．置换固溶体的溶解度与原子尺寸因素、______、电子浓度因素和______有关。
【答案】电负性；晶体结构三、判断题1．中间相只是包括那些位于相图中间且可以用一个分子式表示的化合物相。
（）【答案】×【解析】凡是位于相图中间的各种合金相结构都统称为中间相，这其中当然包括一个分子式表示的化合物相以及一些固溶体相。
2．三元相图中的三元无变量点都有可能成为析晶结束点。
（）【答案】×【解析】三元相图中三条界线的交点是三元无变量点，也是低共熔点，它的液相同时对三种晶相饱和。
低共熔点也是存在液相的最低温度点。
通过低共熔点平行于底面的平面称为固相面或结晶结束面。
固相面之下全部是固相。
四、名词解释1．中间相答：中间相是指合金中组元之间形成的、与纯组元结构不同的相。
在相图的中间区域。
2．间隙固溶体答：间隙固溶体是指若溶质原子比较小时可以进入溶剂晶格的间隙位置之中而不改变溶剂的晶格类型所形成的固溶体。
安工大材料科学基础习题
二元相图与凝固习题1. Cu-Sn相图如下，写出所有三相平衡反应式、名称。
2.Al-Cu 合金相图如下：（1）适合压力加工和铸造的合金的成分是什么。
（2）以上两类合金，用什么工艺、机理，可提高合金强度。
（3）设合金平衡分配系数0.17，共晶点Cu质量分数33%。
在正常凝固条件下，而且固相无扩散、液相充分混合，试求含Cu质量分数为2%的合金凝固后共晶体含量。
3.试说明在正温度梯度下为什么固溶体合金凝固时可以呈树枝状方式成长，纯金属则得不到树枝状晶。
答：纯金属凝固时，要获得树枝状晶体，必需在负的温度梯度下；在正的温度梯度下，只能以平面状长大。
而固溶体实际凝固时，往往会产生成分过冷，当成分过冷区足够大时，固溶体就会以树枝状长大。
答案2：固溶体合金形核除需要能量起伏和结构起伏外，还需要成分起伏，非平衡结晶时产生偏析，一般会产生成分过冷，凝固过程是在一个温度区间进行，而纯金属凝固在等温进行。
4. 根据铁碳相图回答下列问题：(1) 写出下列合金的化学成分：①最容易产生枝晶偏析的合金；②Fe3C II 含量最多的合金；③珠光体含量最多的合金；③莱氏体含量最多的合金。
最容易产生枝晶偏析的合金；亚共晶白口铁。
Fe3CII含量最多的合金、珠光体含量最多的合金、莱氏体含量最多的合金的合金成分分别为含碳量2.11%，0.77%，4.3%(2)室温下，亚共析钢、共析钢、过共析钢的组织组成物及相对含量计算；亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁的组织组成物及相对含量计算。
三元相图习题1. 30kg成分为O（20%A，50%B，30%C）的合金与10kg成分为Z（20%A，10%B，70%C）的合金熔化在一起后，形成新合金x, 试求x合金中A、B、C组元的含各是多少，并在浓度三角形中标出各合金。
2. 某三元合金K在某一确定温度下分解为B组元、液相，B组元的含量是液相的2倍。
已知合金K中A组元和C组元重量比为3，液相含B量为40%，试求合金K的成分。
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1.下图为一匀晶相图,试根据相图确定:(1) w B ＝0、40的合金开始凝固出来的固相成分为多少？(2)若开始凝固出来的固体成分为w B ＝0、60,合金的成分为多少？(3)成分为w B ＝0、70的合金最后凝固时的液体成分为多少？(4)若合金成分为w B ＝0、50,凝固到某温度时液相成分w B ＝0、40,固相成分为w B ＝0、80,此时液相与固相的相对量各为多少?2.Mg —Ni 系的一个共晶反应为:0.23520.546g g i M L M N 纯＋(570℃)设w Ni 1＝C 1为亚共晶合金,w Ni 2＝C 2为过共晶合金,这两种合金中的先共晶相的质量分数相等,但C 1合金中的α总量为C 2台金中α总量的2、5倍,试计算C 1与C 2的成分。
3．根据A-B 二元相图(1) 写出图中的液相线、固相线、α与β相的溶解度曲线、所有的两相区及三相恒温转变线;(2) 平衡凝固时,计算A-25B(weight%)合金(y ’y 线)凝固后粗晶β相在铸锭中的相对含量;(3) 画出上述合金的冷却曲线及室温组织示意图。
4.根据如图所示的二元共晶相图(1)分析合金I,II 的结晶过程,并画出冷却曲线; (2)说明室温下合金I,II 的相与组织就是什么,并计算出相与组织组成物的相对含量？(3)如果希望得到共晶组织加上5％的β初的合金,求该合金的成分。
(4)合金I,II 在快冷不平衡状态下结晶,组织有何不同？5.指出下列相图中的错误:6、 试述二组元固溶体相的吉布斯自由能-成(Gibbs)分曲线的特点? 1.下图为一匀晶相图,试根据相图确定:w B ＝0、40(1)的合金开始凝固出来的固相成分为多少？(2)若开始凝固出来的固体成分为w B ＝0、60,合金的成分约为多少？(3)成分为w B ＝0、70的合金最后凝固时的液体成分约为多少？(4)若合金成分为w B ＝0、50,凝固到某温度时液相成分w B ＝0、40,固相成分为w B ＝0、80,此时液相与固相的相对量各为多少?第1题答案2.Mg —Ni 系的一个共晶反应为: 0.23520.546g g i M L M N α纯＋(570℃)设w Ni 1＝C 1为亚共晶合金,w Ni 2＝C 2为过共晶合金,这两种合金中的先共晶相的质量分数相等,但C 1合金中的α总量为C 2台金中α总量的2、5倍,试计算C 1与C 2的成分。
第2题答案(a) (b) (c)(d)3.根据A-B二元相图(1) 写出图中的液相线、固相线、α与β相的溶解度曲线、所有的两相区及三相恒温转变线;(2) 平衡凝固时,计算A-25B(weight%)合金(y’y线)凝固后粗晶β相在铸锭中的相对含量;(3) 画出上述合金的冷却曲线及室温组织示意图。
第3题答案4.根据如图所示的二元共晶相图(1)分析合金I,II的结晶过程,并画出冷却曲线;(2)说明室温下合金I,II的相与组织就是什么,并计算出相与组织组成物的相对含量？(3)如果希望得到共晶组织加上5％的 初的合金,求该合金的成分。
(4)合金I,II在快冷不平衡状态下结晶,组织有何不同？第4题答案: 第4题:5.指出下列相图中的错误:第5题答案:α、γ相区间(a):应有两相区。
即相图中违反了“邻区原则”。
(b): 二元系中不可能有四相平衡,即违反了“相律”。
(a) (b)(c): 纯组元A在1个温度范围内结晶,这就是违反相律的。
(d): 二元系中三相平衡时,3个相都必须有确定的成分。
图中液相上的成分就是范围,这就是错误的。
6、试述二组元固溶体相的吉布斯(Gibbs)自由能-成分曲线的特点?第6题答案:(c) (d)7.组元A与B的熔点分别为700℃与500℃,在液态完全互溶,在固态部分互溶形成α与β固溶体,其最大溶解度分别为为5％B与25％A(重量),在零度时溶解度则为2％B与5％A(重量)。
两金属形成熔点为750℃的A2B化合物,A与B的原子量分别为30与50。
在450℃与320℃分别发生液体成分为22％B与60％B(重量)的共晶转变。
(1)试根据相律绘成平衡相图并标注各相区符号及特征点的温度与成分。
(2)如果希望得到A2B化合物与β共晶组织加上5％的 初的合金,求该合金的成分。
05硕士答案:(1)相图,x为A原子重量百分比。
设合金的成分为x,由题意:Wβ初=(x-0、6)/(0、75-0、6)=5%x=5%*15%+60%=0、75%+60%=60、75%8.综述金属结晶过程形核的热力学条件、能量条件与结构条件。
答:必须同时满足以下四个条件,结晶才能进行。
(1)热力学条件为∆G<0。
只有过冷(热过冷)才能使∆G<0。
因为∆G v＝－L m∆T/T m(∆T为过冷度),即金属结晶时,实际开始结晶的温度必须低于理论结晶已度(即∆T＞0)。
(3)能量条件为具有能量起伏。
一个临界晶核形成时,五分之一的表面能要靠能量起伏来提供。
(4)结构条件为具有结构起伏。
液态金属中规则排列的原子集团时聚时散的现象。
它就是结晶核心形成的基础。
结晶—金属由液态转变为固态的过程称为凝固,由于固态金属就是晶体故又把凝固称为结晶。
重结晶—指在固态状态下,物质由一种结构转变成另一种结构,这就是一种固态相变过程。
再结晶—将冷压力加工以后的金属加热到一定温度后,在变形的组织中重新产生新的无畸变的等轴晶粒、性能恢复到冷压力加工前的软化状态的过程。
在此过程中,仍然属于固态过程。
三者的区别于联系:结晶、重结晶发生相变过程,再结晶没有;结晶、重结晶与再结晶都就是形核与长大的过程。
发生结晶与重结晶的驱动力为反应相与生成相的自由能差,再结晶为储存能。
再结晶后强度、硬度下降而塑韧性提高,而重结晶则属于同素异构转变。
第九章烧结;1、解释下列名词;(1)烧结:粉料受压成型后在高温作用下而致密化的;烧成:坯体经过高温处理成为制品的过程,烧成包括多;变化;部分;(2)晶粒生长:无应变的材料在热处理时,平均晶粒;况下,连续增大的过程;二次再结晶:少数巨大晶粒在细晶消耗时成核长大过程;(3)固相烧结:固态粉末在适当的温度、压力、气氛;气孔之间的传质,变为坚硬、致密烧结体的过程;液第九章烧结1、解释下列名词(1)烧结:粉料受压成型后在高温作用下而致密化的物理过程。
烧成:坯体经过高温处理成为制品的过程,烧成包括多种物理变化与化学变化。
烧成的含义包括的范围广,烧结只就是烧成过程中的一个重要部分。
(2)晶粒生长:无应变的材料在热处理时,平均晶粒尺寸在不改变其分布的情况下,连续增大的过程。
二次再结晶:少数巨大晶粒在细晶消耗时成核长大过程。
(3)固相烧结:固态粉末在适当的温度、压力、气氛与时间条件下,通过物质与气孔之间的传质,变为坚硬、致密烧结体的过程。
液相烧结:有液相参加的烧结过程。
2、详细说明外加剂对烧结的影响?答:(1)外加剂与烧结主体形成固溶体使主晶格畸变,缺陷增加,有利结构基元移动而促进烧结;(2)外加剂与烧结主体形成液相,促进烧结;(3)外加剂与烧结主体形成化合物,促进烧结;(4)外加剂阻止多晶转变,促进烧结;(5)外加剂起扩大烧结范围的作用。
3、简述烧结过程的推动力就是什么?答:能量差,压力差,空位差。
4、说明影响烧结的因素？答:(1)粉末的粒度。
细颗粒增加了烧结推动力,缩短原子扩散距离,提高颗粒在液相中的溶解度,从而导致烧结过程的加速;(2)外加剂的作用。
在固相烧结中,有少量外加剂可与主晶相形成固溶体,促进缺陷增加,在液相烧结中,外加剂改变液相的性质(如粘度,组成等),促进烧结。
(3)烧结温度:晶体中晶格能越大,离子结合也越牢固,离子扩散也越困难,烧结温度越高。
(4)保温时间:高温段以体积扩散为主,以短时间为好,低温段为表面扩散为主,低温时间越长,不仅不引起致密化,反而会因表面扩散,改变了气孔的形状而给制品性能带来损害,要尽可能快地从低温升到高温,以创造体积扩散条件。
(5)气氛的影响:氧化,还原,中性。
(6)成形压力影响:一般说成型压力越大颗粒间接触越紧密,对烧结越有利。
5、在扩散传质的烧结过程中,使坯体致密的推动力就是什么？哪些方法可促进烧结？说明原因。
答:在扩散传质的烧结过程中,系统内不同部位(颈部、颗粒接触点、颗粒内部)空位浓度不同,导致原子或质点由颗粒接触点向颈部迁移,填充到气孔中。
因此使坯体致密化的推动力就是空位浓度差。
对于扩散传质:(1)控制原料的起始粒度非常重要,颗粒细小的原料可促进烧结,因为颈部增长速率x/r与原料起始粒度r的3/5次方成反比;(2)温度对烧结过程有决定性作用,扩散系数与温度呈指数关系,因此提高温度可加速烧结。
6、固相烧结与液相烧结的主要传质方式？固相烧结与液相烧结之间有何相同与不同之处？答:固相烧结的主要传质方式有蒸发-凝聚传质与扩散传质,液相烧结的主要传质方式有溶解-沉淀传质与流动传质。
固相烧结与液相烧结的共同点就是烧结的推动力都就是表面能;烧结过程都就是由颗粒重排、物质传递与气孔充填、晶粒生长等阶段组成。
不同点就是:由于流动传质比扩散传质速度快,因而致密化速率高;固相烧结主要与原料粒度与活性、烧结温度、气氛成型压力等因素有关,液相烧结与液相数量、液相性质、液-固润湿情况、固相在液相中的溶解度等有关。
7、氧化铝烧结到接近理论密度时,可使可见光几乎透过100％,用它来装钠蒸气(在超过大气压的压力下)作为路灯。
为通过烧结实现这一点,请您列出研究方案。
答:制备透明氧化铝陶瓷的主要技术措施就是:(1)采用高纯氧化铝原料,Al2O3>99、9%,无杂质与玻璃相;(2)添加0、1～0、5%MgO,在晶粒表面生成镁铝尖晶石,降低晶界移动速度,抑制晶粒生长;(3)在氢气或真空中烧结,促进气孔扩散;(4)采用热压烧结,提高制品致密度。
8、试述烧结的推动力与晶粒生长的推动力,并比较两者之大小。
答:烧结推动力就是粉状物料的表面能(γsv)大于多晶烧结体的晶界能(γgb),即γsv>γgb。
生长的推动力就是晶界两侧物质的自由焓差,使界面向晶界曲率半径小的晶粒中心推进。
烧结的推动力较大,约为4~20J/g。
晶粒生长的推动力较小,约为0、4~2J/g,因而烧结推动力比晶粒生长推动力约大十倍。
9、99％A12O3瓷的烧结实验测得在1350℃烧结时间为10min时,收缩率ΔL／L 为4%;烧结时间为45min,收缩率为7、3%。
试求这种氧化铝瓷烧结的主要传质方式就是哪一种？答:Al2O3瓷烧结的主要传质方式就是扩散传质。
10、烧结推动力就是什么? 它可凭哪些方式推动物质的迁移,各适用于何种烧结机理?解: 烧结的推动力从广义上讲就是化学位移梯度,具体的就是系统的表面能;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。