无机材料科学基础课后答案(5)

2020-07-27 09:26

完全凝固,其中含73.3mol%初晶相SA(B)和26.7mol%(SA(B)+SB(A))共生体。含B为50mol%的试样在同一温度下凝固完毕,其中含40mol%初晶相SA(B)和60mol%(SA(B)+SB(A))共生体,而SA(B)相总量占晶相总量的50%。实验数据均在达到平衡状态时测定。

解:因a、b点温度及低共熔温度已知,欲绘此相图之草图,关键是求出C、E、D三点之组成。由于二个试样析出初晶相均为

,且在同一温度下凝固完毕(此温度显然即低共熔

温度,可知该二试样的组成必都落在CE间。

设C点含B量为x,E点含B量为z。根据题意借助杠杆规则可以获得下面关系式。

解上述联立方程,得x=0.051,y=0.799,z=0.949,据此,可确定C点含B量0.05mol,E点含B量为0.80mol,D点含B量为0.95mol。这样相图中C、E、D位置可以找到,从而绘出相图的草图如下:

6-13根据Al2O3-SiO2系统相图说明:(1)铝硅质耐火材料:硅砖(含SiO2>98%)、粘土砖(含Al2O335%~50%)、高铝砖(含Al2O360%~90%)、刚玉砖(含Al2O3>90%)内,各有哪些主要的晶相?(2)为了保持较高的耐火度,在生产硅砖时应注意什么?(3)若耐火材料出现40%的液相便软化不能使用,试计算含40mol%Al2O3的粘土砖的最高使用温度。

解:(1)硅砖(含SiO2>98%)主要晶相:SiO2、2Al203·2SiO3固溶体(莫来石),粘土砖(含Al20335~50%)主要晶相:SiO2、A3S2,高铝砖(含Al20360~90%)主要晶相:60~72£S272~90%Al203、A3S2。

(2)为了保持硅砖的耐火度,要严格防止原料中混如Al203。SiO2熔点为1723℃,SiO2液相很陡,加入少量的Al203后,硅砖中会产生大量的液相,SiO2的熔点剧烈下降。如加入

1wt%Al203,在低共熔点(1595℃)时产生的液相量为1/5.5=18.2%,会使硅砖的耐火度大大下降;

(3)根据相图,当出现40%液相时,由杆杠规则可知,,得x=0.1,在相图

中作出析晶路线,可以估计出粘土砖的最高温度约为1670℃。Al2O3-SiO2系统相图 6-14根据CaO-SiO2系统相图回答下列问题:(1)若以含CaO80%的熔体1000g冷却到2150℃以后(温度即将离开2150℃时),会获得何种产物?这些产物的量各为多少?(2)若以CaO、SiO2二组元配料,加热至熔融后再冷却,要求产物中只有C2S和C3S,则配料范围应选在哪里?若平衡冷却能达到目的吗?为什么?应采取什么措施? 解:CaO-SiO2系统如下:

CaO-SiO2系统相图

(1)根据上图,可知,含CaO80%的熔体1000g冷却到即将离开转熔点M时(2150℃),

产物为C3S和CaO,根据杆杠规则可知:C3S为,CaO为

(2)若要求产物中只有C2S和C3S,据相图可知,配料范围应选在含CaO65%~74%之间。平衡冷却不能达到目的,因为平衡冷却得到的是C2S和CaO,为使产物只有C2S和C3S,应在温度降至1250℃急冷。

6-15在CaO-SiO2和Al2O3-SiO2系统中,SiO2的液相线都很陡,解释为什么在硅砖生产中可掺入少量CaO做矿化剂不会降低硅砖的耐火度,而在硅砖中却要严格防止混入Al2O3,否则便会使硅砖耐火度大大下降。

解:SiO2中加入少量的CaO,在低共熔点1436℃时,液相量为2/37=5.4%,液相量增加不多,不会降低硅砖的耐火度,故可加少量CaO作矿化剂。

6-16加热粘土矿物高岭石(Al2O3·2SiO2·2H2O)至600℃时,高岭石分解为水蒸气和

Al2O3·2SiO2,继续加热到1595℃时会发生什么变化?在该温度下长时间保温达到平衡,系统的相组成如何?当系统生成40%液相时,应达到什么温度?在什么温度下该粘土完全熔融?

解:Al2O3·2SiO2·H2OAl2O3·2SiO2+H2O Al2O3·2SiO2相图中SiO2%=33%mol

(1)加热到1595℃时,生成A3S2

(2)1595℃长时间保温,系统中为液相和A3S2,L%==21.8%

(3)完全熔融即固相完全消失,应为33%直线与液相线交点处温度。

6-17将含有MgO和Al2O3的熔体冷却到一定温度,然后滤去析出的晶体并对剩下的液相进行分析,得知液相中含MgO为65%,而且知道液相量是物系总量的70%,求原始熔体的组成。 解:MgO45.5%;Al2O354.5%

6-18指出图6-7所示一些三元系统相图中的错误,并说明理由。

解:(a)此相图上等界线相应的连线可将图面划分成五个副三角形,但是只有四个无变量点,这是不可能的。事实上三元化合物XYZ的初晶区不可能延伸到YZ边上。

图6-7

6-19请划分图6-8所示四个相图中的副三角形。

图6-8

解:如下图所示

6-20在浓度三角形中画出下列配料的组成点的位置。M:A=10%、B=70%、C=20%;N:A=10%、B=20%、C=70%;P:A=70%、B=20%、C=10%。若将3kgM、2kgN和5kgP混合,试根据杠杆规则用作图法找出新配料Q的组成点位置。 解:如图所示

6-21图6-9是最简单的三元系统投影图,图中等温线从高温到低温的次序是:t5>t4>t3>t2>t1,根据此投影图回解:

(1)三个组元A、B、C熔点的高低次序是怎样排列的? (2)各液相面的陡势排列如何?哪个最陡?哪个最平坦?


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