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无机非金属材料作业

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补:浓度差会引起扩散,扩散是否总是从高浓度处
向低浓度处进行?为什么? 解:不是。 扩散是由于梯度差所引起的,而浓度差只是梯 度差的一种。当另外一种梯度差,比如应力差的 影响大于浓度差,扩散则会从低浓度向高浓度进 行。
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P343 6、使用图例说明过冷度对核化、晶化速率、 析晶范围、析晶数量和晶粒尺寸等的影响。
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补:为什么在成核一生长机理相变中,要有 一点过冷或过热才能发生相变 ? 什么情况下 需过冷,什么情况下需过热? 补:
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补 : 铁 的 原 子 量 为 55.84 , 密 度 为 7.3g/cm3 , 熔 点 为 1593℃ , 熔 化 热 为 11495J/mol , 固 - 液 界 面 能 为 2.04×10 - 5J/cm2 ,试求在过冷度为 10℃ 、 100℃ 时的 临界晶核大小,并估计这些晶核分别由多少个晶胞所 组成(已知铁为体心立方晶格,晶格常数a= 0.305nm)。
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P387 11、平均粒径为 1μm的 MgO粉料与 Al2O3粉料以 1 : 1 摩尔比配料并均匀混合。将原料在 1300℃恒温 3600h后,有 0.3mol的粉粒发生反应生成 MgAl2O4, 该 固相反应为扩散控制的反应。试求 300h 后,反应完 成的摩尔分数及反应全部完成所需时间。
围更广,可以适合反应初、中期。
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P387 8 、粒径为 1μm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 1h有 20 %的 Al2O3 起了反应,计算完全反应的时间。( 1 ) 用杨德方程计算;(2) 用金斯特林格方程计算。
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补: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 1h 的时候,测知已有 15 %的反应 物发生了反应。( 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成, 应采取什么有效措施?
P365 9 、欲使 Ca2+ 在 CaO 中的扩散直至 CaO 的熔点 ( 2600℃)时都是非本质扩散,要求三价离子有 什么样的浓度?已知 CaO 肖特基缺陷形成能为 6eV 。
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P342
3、如在液相中形成边长为a的立方体晶核时, 求出此时晶核的临界立方体边长a*和△GK*。为什么立 方体的△GK *大于球形晶核的△G*?
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补:熔体冷却结晶过程中,在 1000℃时,单位体积自 由焓变化△ GV -418J/cm3;在 900℃时是 -2090J/cm3。 设固-液界面能 5×10 -5J/cm2 ,求:( 1 )在 900℃和 1000℃时的临界晶核半径;(2)在900℃和1000℃时 进行相变所需的能量。
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P387 2 、比较杨德方程、金斯特林格方程优缺点及 其适用条件。 两个方程都只适用稳定扩散的情况。 杨德尔方程在反应初期具有很好的适应性,但 杨氏模型中假设球形颗粒截面始终不变。因而只适 用反应初期转化率较低的情况。 金斯格林方程考虑了在反应进程中反应截面面 积随反应过程变化这一事实,因而金氏方程适用范
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P419 3、
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P365 4 、试从扩散介质的结构、性质、晶粒尺寸、 扩散物浓度、杂质等方面分析影响扩散的因素。
解:1)扩散介质结构的影响 扩散介质结构越紧密,扩散越困难,反之亦然:对于形成固溶体系统, 则固溶体结构类型对扩散有着显著影响。例如,间隙型固溶体比置换型容 易扩散。 2)扩散相与扩散介质的性质差异 一般说来,扩散相与扩散介质性质差异越大,扩散系数也越大。这是 因为当扩散介质原子附近的应力场发生畸变时,就较易形成空位和降低扩 散活化能而有利于扩散。扩散原子与介质原子间性质差异越大,引起应力 场的畸变也愈烈,扩散系数也就愈大。 3)杂质的影响 掺杂引起缺陷,从而影响扩散。纯化学计量化合物,本征扩散活化能 很高,扩散不易发生。人为掺杂,引入高价阳离子:造成晶格中出现阳离 子空位并产生晶格畸变,可使阳离子扩散系数增大,较高温度下,杂质扩 散的影响仍超过本征扩散,即本征与非本征扩散的温度转折点升高。
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