材料科学基础6习题and答案

2026/1/27 0:36:05

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 · 2SiO 3 固溶体(莫来石), 粘土砖(含 Al203 35 ~ 50%)主要晶相: SiO2 、A3S2 ,高铝砖(含 Al203 60 ~ 90%) 主要晶相: 60 ~ 72£S2 72 ~ 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 · H2O Al2O3 · 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:MgO 45.5%;Al2O3 54.5%

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


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