(2)溶液 ΔG=RTlnC0/C 欲使ΔG <0，须C>C0 即液相过饱和。 (2分)
综上所述，相变过程的推动力应为过冷度、过饱和浓度、过饱和蒸汽压。即相变时系统温度、浓度和压力与相平衡时温度、浓度和压力之差值。(2分)
3．烧结的主要传质方式有那些?分析产生的原因是什么? （8分）
答：烧结初期，晶界上气孔数目很多，此时气孔阻止晶界移动，Vb=0。（1分）烧结中、后期，温度控制适当，气孔逐渐减少。可以出现Vb=Vp，此时晶界带动气孔以正常速度移动，使气孔保持在晶界上，气孔可以利用晶界作为空位传递的快速通道而迅速汇集或消失。（2分）继续升温导致Vb>Vp，晶界越过气孔而向曲率中心移动，气孔包入晶体内部，只能通过体积扩散排除，这是十分困难的。（2分）从实现致密化目的考虑，晶界应带动气孔以正常速度移动，使气孔保持在晶界上，气孔可以利用晶界作为空位传递的快速通道而迅速汇集或消失。（1分）
控制方法：控制温度，加入外加剂等。（2分） 4．说明影响扩散的因素？（6分）
答：化学键：共价键方向性限制不利间隙扩散，空位扩散为主。金属键离子键以空位扩散为主，间隙离子较小时以间隙扩散为主。（1分）
缺陷：缺陷部位会成为质点扩散的快速通道，有利扩散。（1分）
温度：D=D0exp（-Q/RT）Q不变，温度升高扩散系数增大有利扩散。Q越大温度变化对扩散系数越敏感。（1分）
杂质：杂质与介质形成化合物降低扩散速度；杂质与空位缔合有利扩散；杂质含量大本征扩散和非本征扩散的温度转折点升高。（1分）
扩散物质的性质：扩散质点和介质的性质差异大利于扩散。（1分） 扩散介质的结构：结构紧密不利扩散。（1分）
六、相图分析（20分）
1、如图所示；（3分） 2、如图所示（7分）
3、F点低共熔点，LF→C3A+C12A7+C2S （1分） H点单转熔点，LH+CaO→C3A+C3S （1分） K点单转熔点，LK+C3S→C3A+C2S （1分） 4、M点：
L→C2S L→C2S+C3S L+C2S→C3S
液：M------→a------------→y--------------→K始(LK+C3S→C2S+C3A)→K终（2分）
f=2 f=1 f=1 f=0 C2S C2S+C3S C2S+C3S C2S+C3S+C3A
固：D---→D------→b---------→d---------------→M （1分）
5、因为硅酸盐水泥熟料中三个主要矿物是C3S、C2S、C3A。根据三角形规则，只有当组成点落在
C3S-C2S-C3A付三角形中，烧成以后才能得到这三种矿物。从早期强度和后期强度、水化速度、矿物的形成条件等因素考虑，水泥熟料C3S的含量应当最高，C2S次之，C3A最少。根据杠杆规则，水泥熟料的组成点应当位于C3S-C2S-C3A付三角形中小圆圈内。（2分）
6、因为缓慢冷却到K点，可以通过转熔反应L+C2S→C3S得到尽可能多的C3S。到达K点后，急剧冷却到室温，可以（1）防止C3S含量降低，因为K点的转熔反应LK+C3S→C2S+C3A；（2）使C2S生成水硬性的β-C2S，而不是非水硬性的γ-C2S；（3）液相成为玻璃相，可以提高熟料的易磨性。（2分）
（2分）
无机材料科学基础试卷十一
一、名词解释（20分）： 1. 液相独立析晶，切线规则 6. 本征扩散，不稳定扩散， 7. 均匀成核，二级相变, 8. 烧结，泰曼温度 二、选择题（12分）：
1. 陶瓷经烧结后在宏观上的变化表述不正确的是（ ）
A.强度增加 B.体积收缩 C.气孔率降低 D.致密度减少 2. 在反应温度下，当固相反应的某一相发生晶型转变时，反应速度是（ ） A. 无影响 B. 加快 C. 减慢
3. 表面扩散系数Ds，界面扩散系数Dg，晶格扩散系Db的关系是（ ） A.Ds﹥Dg﹥Db B. Ds﹥Db﹥Dg C.Db﹥Ds﹥Dg D. Db﹥Dg﹥Ds 4. 下列属于逆扩散过程的是（ ）
A. 二次再结晶 B.杂质的富集于晶界 C.布朗运动
5. A，B进行反应生成AmBn,为扩散控制的固相反应，若DB》DA，则在AmBn-A界面上，反应物B的浓度CB为（ ）
A.1 B.0 C.不确定 6. 烧结中晶界移动的推动力是（ ）
A.表面能 B.晶界两侧自由焓差 C.空位浓度差 7. 同一种物质在晶体中的扩散系数（ ）在玻璃中的扩散系数 A．大于 B．等于 C．小于 D．不确定 8. 金斯特林格方程采用的反应截面模型为（ ） A.平板 B.球体 C.球壳 D.圆柱
9. 下列过程中，哪一个能使烧结体的强度增加而不引起坯体收缩？ A.蒸发-凝聚 B.体积扩散 C.流动传质 D.溶解-沉淀 10.纯固相反应，反应过程是（ ）
A.放热过程 B.等温过程 C.吸热过程
11. 在制造透明Al2O3陶瓷材料时，原料粉末的粒度为2μm，在烧结温度下保温30分钟，测得晶粒尺寸为10μm。若在同一烧结温度下保温4小时，晶粒尺寸为（ ）, 为抑制晶粒生长加入0.1％MgO，此时若保温4小时，晶粒尺寸为（ ）。 A. 16μm B. 20μm C. 24μm D. 28μm 三、填空题（18分）
1. 烧结的主要传质方式有蒸发-凝聚传质、扩散传质、流动传质和溶解-沉淀传质四种，产生这四种传 质的原因依次为（ ）、（ ）、（ ）和（ ）。2. 均匀成核的成核速率Iv由 （ ） 和 （ ） 因子所决定的。 3. 菲克第一定律的应用条件是（ ），菲克第二定律的应用条件是（ ） 4. 液-固相变过程的推动力为（ ） 、 （ ） 和 （ ）。 5. 固体内粒子的主要迁移方式有（ ） 、 （ ）。
6. 如杂质的量增加，扩散系数与温度关系曲线中本征与非本征扩散的转折点（ ）。 7. 合成镁铝尖晶石，可选择的原料为MgCO3 , MgO, γ-Al2O3, α-Al2O3, 从提高反应速率的角度出发选择（ ），（ ）原料较好。
8. 在均匀成核时，临界成核位垒ΔGk=（ ）,其值相当于（ ） 具有临界半径rk的粒子数nk/N= （ ）。
9. 液-固相变时，非均匀成核位垒与接触角θ有关，当θ为（ ）时，非均匀成核位垒为零。 10. 成核生长机理的相变过程需要有一定的过冷或过热，相变才能发生，在（ ）情况下需要过冷。
11. 在制硅砖时，加入氧化铁和氧化钙的原因（ ），能否加入氧化铝（ ）。
12. 在液相线以下的分相区的亚稳区内，其分解机理为（ ），新相成（ ）状，不稳定区的分解机理为（ ），新相成（ ）状。
四、简答题（32分）
3. MoO3和CaCO3反应时，反应机理受到CaCO3颗粒大小的影响，当MoO3：CaCO3 =1：1，r MoO3 =0.036㎜, r CaCO3 =0.13㎜时, 反应是扩散控制的。当MoO3：CaCO3 =1：15，r CaCO3﹤0.03㎜时，反应由升华控制，试解释这种现象。（8分）
4. 试用图例说明过冷度对核化、晶化速率和晶粒尺寸等的影响，如无析晶区又要使其析晶应采取什么措施？（8分）
3．简述晶粒生长与二次再结晶的特点，以及造成二次再结晶的原因和控制二次再结晶的方法。（10分）
4.说明影响扩散的因素？（6分）
五、相图分析（18分）
右图为生成一个三元化合物的三元相图， 6. 判断三元化合物D的性质，说明理由？
7. 标出边界曲线的温降方向（转熔界限用双箭头）； 8. 指出无变量点的性质（E、F、G）； 9. 分析点M1，M2的结晶路程；
10. 计算M2点液相刚到结晶结束点和结晶结束后各相的含量。
无机材料科学基础试卷十一标准答案与评分标准
一、名词解释（15分）：
1．答：液相独立析晶：是在转熔过程中发生的，由于冷却速度较快，被回收的晶相有可能会被新析
出的固相包裹起来，使转熔过程不能继续进行，从而使液相进行另一个单独的析晶过程，就是液相独立析晶。（2.5）
切线规则：将界线上某一点所作的切线与相应的连线相交，如交点在连线上，则表示界线上该处具有共熔性质；如交点在连线的延长线上，则表示界线上该处具有转熔性质，远离交点的晶相被回吸。
2．答：本征扩散：空位来源于晶体结构中本征热缺陷，由此而引起的质点迁移。（2.5）
不稳定扩散：扩散物质在扩散层dx内的浓度随时间而变化，即dc/dt≠0。这种扩散
称为不稳定扩散。（2.5分）
3．答：均匀成核是晶核从均匀的单相熔体中产生的过程。（2.5分）
相变时两相化学势相等，其一级偏微商也相等，但二级偏微商不等的相变。（2.5分）
4．答：烧结：由于固态中分子（或原子）的相互吸引，通过加热，使粉末体产生颗粒粘结，经过物质迁移使粉末体产生强度并导致致密化和再结晶的过程。（2.5）
泰曼温度：反应物开始呈现显著扩散作用的温度。（2.5） 二、选择题（12分）：每题1分
1. D 2.B 3. A 4.B 5.B 6.B 7.C 8.B 9.A 10.A 11.D, B
三、填空题（18分）（每空0.7分）
1. 压力差、空位浓度差、应力-应变和溶解度；
2. 受核化位垒影响的成核率因子、受原子扩散影响的成核率因子 3. 稳定扩散、不稳定扩散
4. 过冷度、过饱和浓度、过饱和蒸汽压 5. 空位机构、间隙机构 6. 向左
7. MgCO3、 α-Al2O3
8. 1/3Akγ、新相界面能的1/3、exp（-ΔGk/RT） 9. 0o 10. 相变过程放热
11. 作为矿化剂，产生不同晶型石英溶解度不同的液相，不能
12. 成核-生长机理、孤立的球形颗粒、旋节分解区（Spinodale）、高度连续性的非球形颗粒。 五、简答题（32分）
1（8分）．答：当MoO3的粒径r1为0.036mm，CaCO3的粒径r2为0.13mm时, CaCO3颗粒较大且大于MoO3，生成的产物层较厚，扩散阻力较大，所以反应由扩散控制，反应速率随着CaCO3颗粒度减小而加速，（4分）当r2 2．（8分）答：过冷度过大或过小对成核与生长速率均不利， 只有在一定过冷度下才能有最大成核和生长速率。（2分） 若ΔT大，控制在成核率较大处析晶，易得晶粒 多而尺寸小的细晶；（1分） 若ΔT小，控制在生长速率较大处析晶则容易获 得晶粒少而尺寸大的粗晶；（1分） 如果成核与生长两曲线完全分开而不重叠，则无析 晶区，该熔体易形成玻璃而不易析晶；若要使其在一定 过冷度下析晶，一般采用移动成核曲线的位置，使它向 生长曲线靠拢。可以用加人适当的核化剂，使成核位垒降低，用非均匀成核代替均匀成核。使两曲线重叠而容易析晶。（2分） 要使自发析晶能力大的熔体形成玻璃，采取增加冷却速度以迅速越过析晶区的方法，使熔体来不及析晶而玻璃化。（2分） 3．（10分）答：晶粒生长：坯体内晶粒尺寸均匀地生长，服从Dl∝d／f公式；平均尺寸增长，不存在晶核，界面处于平衡状态，界面上无应力；晶粒生长时气孔都维持在晶界上或晶界交汇处。（3分） 二次再结晶是个别晶粒异常生长，不服从上式；二次再结晶的大晶粒的面上有应力存在，晶界数大于10的大晶粒，成为二次再结晶的晶核；二次再结晶时气孔被包裹到晶粒内部。 （3分） 从工艺控制考虑，造成二次再结晶的原因主要是原始粒度不均匀、烧结温度偏高。（2分）