解釋下列名詞凝聚系統(tǒng)

第六章相平衡1、 解釋下列名詞：凝聚系統(tǒng)，介穩(wěn)平衡，低共熔點，雙升點，雙降點，馬鞍點，連線規(guī)則，切線規(guī)則，三角形規(guī)則，重心規(guī)則。答：凝聚系統(tǒng)：不含氣相或氣相可以忽略的系統(tǒng)。介穩(wěn)平衡：即熱力學非平衡態(tài)，能量處于較高狀態(tài)，經(jīng)常出現(xiàn)于硅酸鹽系統(tǒng)中。低共熔點：是一種無變量點，系統(tǒng)冷卻時幾種晶相同時從熔液中析出，或加熱時同時融化。雙升點：處于交叉位的單轉(zhuǎn)熔點。雙降點：處于共軛位的雙轉(zhuǎn)熔點。馬鞍點：三元相圖界線上溫度最高點，同時又是二元系統(tǒng)溫度的最低點。連線規(guī)則：將一界線（或其延長線）與相應的連線（或其延長線）相交，其交點是該界線上的溫度最高點。切線規(guī)則：將界線上某一點所作的切線與相應的連線相交，如交點在連線上，則表示界線上該處具有共熔性質(zhì)：如交點在連線的延長線上，則表示界線上該處具有轉(zhuǎn)熔性質(zhì)，遠離交點的相被回吸。三角形規(guī)則：原始熔體組成點所在副三角形的三個頂點表示的物質(zhì)即為其結(jié)晶產(chǎn)物；與這三個物質(zhì)相應的初初晶區(qū)所包圍的三元無變量點是其結(jié)晶結(jié)束點。重心規(guī)則：如無變點處于其相應副三角形的重心位，則該無變點為低共熔點：如無變點處于其相應副三角形的交叉位，則該無變點為單轉(zhuǎn)熔點；如無變點處于其相應副三角形的共軛位，則該無變點為雙轉(zhuǎn)熔點。2、從SiO2的多晶轉(zhuǎn)變現(xiàn)象說明硅酸鹽制品中為什么經(jīng)常出現(xiàn)介穩(wěn)態(tài)晶相？解：在573°C以下的低溫，SiO2的穩(wěn)定晶型為卩一石英，加熱至573°C轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷匦偷腶—石英，這種轉(zhuǎn)變較快；冷卻時在同一溫度下以同樣的速度發(fā)生逆轉(zhuǎn)變。如果加熱速度過快，則a—石英過熱而在1600C時熔融。如果加熱速度很慢，則在870C轉(zhuǎn)變?yōu)閍—鱗石英。a—鱗石英在加熱較快時，過熱到1670C時熔融。當緩慢冷卻時，在870C仍可逆地轉(zhuǎn)變?yōu)閍—石英；當迅速冷卻時，沿虛線過冷，在163C轉(zhuǎn)變?yōu)榻榉€(wěn)態(tài)的p—鱗石英，在117C轉(zhuǎn)變?yōu)榻榉€(wěn)態(tài)的丫—鱗石英。加熱時Y—鱗石英仍在原轉(zhuǎn)變溫度以同樣的速度先后轉(zhuǎn)變?yōu)閜—鱗石英和a—鱗石英。a—鱗石英緩慢加熱，在1470C時轉(zhuǎn)變?yōu)閍—方石英,繼續(xù)加熱到1713C熔融。當緩慢冷卻時，在1470C時可逆地轉(zhuǎn)變?yōu)閍—鱗石英；當迅速冷卻時，沿虛線過冷，在180?270C轉(zhuǎn)變?yōu)榻榉€(wěn)狀態(tài)的p—方石英；當加熱P—方石英仍在180?270C迅速轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定狀態(tài)的a—方石英。熔融狀態(tài)的SiO2由于粘度很大，冷卻時往往成為過冷的液相－－石英玻璃。雖然它是介穩(wěn)態(tài)，由于粘度很大在常溫下可以長期不變。如果在1000°C以上持久加熱，也會產(chǎn)生析晶。熔融狀態(tài)的SiO2，只有極其緩慢的冷卻，才會在1713C可逆地轉(zhuǎn)變?yōu)?—方石英。對SiO2的相圖進行分析發(fā)現(xiàn)，SiO2的所有處于介穩(wěn)狀態(tài)的熔體的飽和蒸汽壓都比相同溫度范圍內(nèi)處于熱力學穩(wěn)定態(tài)的熔體的飽和蒸汽壓高。而理論和實踐證明，在給定的溫度范圍，具有最小蒸汽壓的相一定是最穩(wěn)定的相。所以由于晶型轉(zhuǎn)變速度不同，在不同的加熱或冷卻速率下，硅酸鹽制品中經(jīng)常出現(xiàn)介穩(wěn)態(tài)晶相。3、 SiO2具有很高的熔點，硅酸鹽玻璃的熔制溫度也很高。現(xiàn)要選擇一種氧化物與SiO2在800C的低溫下形成均一的二元氧化物玻璃，請問，選何種氧化物？解：根據(jù)Na2O—SiO2系統(tǒng)相圖可知最低共熔點為799C。故選擇Na2O能與SiO2在800C的低溫下形成均一的二元氧化物玻璃。4、具有不一致熔融二元化合物的二元相圖在低共熔點E發(fā)生如下析晶過程：LoA+C,已知E點的B含量為20%，化合物C的B含量為64%。今有C1，C2兩種配料，已知C1中B含量是C2中B含量的1.5倍，且在高溫熔融冷卻析晶時，從該二配料中析出的初相（即達到低共熔溫度前析出的第一種晶體）含量相等。請計算C］，C2的組成。T5CiIbaL+BAL+cB+CEA+C第4題圖解：設(shè)C2中B含量為x,則C1中B含量為1.5x，由題意得：X=17.3所以C1組成B含量為26％，C2組成B含量為17.3％。5、 分析相圖中點1、2熔體的析晶路程。（注：S、1、E在一條直線上）。解：熔體1具有穿相區(qū)的特征，液相在E3點反應完，固相只剩S一個相，所以穿過S相區(qū)，最終在e2點結(jié)束。熔體2液相在E3點反應完，固相剩S和B兩個相，無穿相區(qū)情況，最終在E2點結(jié)束。第5題圖6、凝聚系統(tǒng)三元相圖中液相面、分界曲線其自由度是多少？哪些變量可以改變？答：液相面F=3-2+l=2，溫度、組成兩個變量可以改變。分界曲線F=3-3+l=l,—個變量可以改變。7、 純物質(zhì)在任意指定溫度下，固、液、氣三相可以平衡共存，請用相律說明這個結(jié)論是否正確？請舉例說明。答：這個結(jié)論不正確。因為，固、液、氣三相平衡時，相律為：F=C-P+2,其中，C=1，P=3，則F=0，即自由度為0溫度和壓力均不可以變化。這時不能夠指定溫度。例如：水在0度時是三相共存，溫度一變固、液、氣三相就不平衡了。所以溫度不能任意指定溫度。8、 固體硫有兩種晶型(單斜硫、斜方硫)，因此硫系統(tǒng)可能有四個相，如果某人實驗得到這四個相平衡共存，試判斷這個實驗有無問題。答：有問題，根據(jù)相律，F(xiàn)=C-P+2=1-P+2=3-P，系統(tǒng)平衡時，F(xiàn)=0，則P=3，硫系統(tǒng)只能是三相平衡系統(tǒng)。9、 下圖是具有多晶轉(zhuǎn)變的某物質(zhì)的相圖，其中DEF線是熔體的蒸發(fā)曲線。KE是晶型I的升華曲線；GF是晶型II的升華曲線；JG是晶型III的升華曲線,回答下列問題：在圖中標明各相的相區(qū)，并把圖中各無變點的平衡特征用式子表示出來。系統(tǒng)中哪種晶型為穩(wěn)定相?那種晶型為介穩(wěn)相?PB［〕EinJT第9PB［〕EinJT第9題圖解：(1)KEC為晶型I的相區(qū)，EFBC過冷液體的介穩(wěn)區(qū)，AGFB晶型II的介穩(wěn)區(qū)，JGA晶型III的介穩(wěn)區(qū)；(2)晶型I為穩(wěn)定相，晶型II、III為介穩(wěn)相；因為晶型II、III的蒸汽壓高于晶型I的，即它們的自由能較高，有自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂赡茌^低的晶型I的趨勢。10、在SiO2系統(tǒng)相圖中，找出兩個可逆多晶轉(zhuǎn)變和兩個不可逆多晶轉(zhuǎn)變的例子。答：可逆多晶轉(zhuǎn)變：p-石英>a-石英a-石英>a-鱗石英不可逆多晶轉(zhuǎn)變：p-方石英一>p-石英Y-鱗石英一?p-石英11、11、根據(jù)Al2O3—SiO2系統(tǒng)相圖說明答：⑴鋁硅質(zhì)耐火材料，硅磚(含SiO2>98%)、粘土磚(含Al2O335?50%)、高鋁磚(含Al2O360?90%)、剛玉磚(含Al2O3>90%)內(nèi)，各有哪些主要的晶相。(2)為了保持較高的耐火度，在生產(chǎn)硅磚時應注答：解：意什么?(3)若耐火材料出現(xiàn)解：意什么?(3)若耐火材料出現(xiàn)40%液相便軟化不能使用，試計算含40(mol)Al2O3的粘土磚的最高使用溫度。(1)硅磚(含SiO2>98%)主要晶相：SiO2、粘土磚(含Al2O335?50%)主要晶相：高鋁磚(含Al2O360?90%)主要晶相2A12O3?2SiO2固溶體(莫來石)SiO2、A3S260?72%A3S272?90%Al2O3、A3S2。(2)為了保持硅磚的耐火度，要嚴格防止原料中混如Al2O3。SiO2熔點為1723°C，SiO2液相很陡，加入少量的Al2O3后，硅磚中會產(chǎn)生大量的液相，SiO2的熔點劇烈下降。如加入1wt%Al2O3，在低共熔點(1595C)時產(chǎn)生的液相量為1/5.5=18.2%，會使硅磚的耐火度大大下降；(3)略。12、在CaO-SiO2系統(tǒng)與Al2O3-SiO2系統(tǒng)中SiO2的液相線都很陡，為什么在硅磚中可摻入約2%的CaO作礦化劑而不會降低硅磚的耐火度，但在硅磚中卻要嚴格防止原料中混入Al2O3，否則會使硅磚耐火度大大下降。答：SiO2中加入少量的CaO，在低共熔點1436C時，液相量為2/37=5.4%，液相量增加不多，不會降低硅磚的耐火度，故可加少量CaO作礦化劑。13、下圖是最簡單的三元系統(tǒng)投影圖，圖中等溫線從高溫到低溫的次序是t6>t5>t4>t3>t2>t1根據(jù)此投影圖回答：三個組分A、B、C熔點的高低次序是怎樣排列的。各液相面下降的陡勢如何？那一個最陡?那一個最平坦?(3)指出組成為65%A，15%B，20%C的系統(tǒng)的相組成點，此系統(tǒng)在什么溫度下開始結(jié)晶?結(jié)晶過程怎樣?(表明液、固相組成點的變化及結(jié)晶過程各階段中發(fā)生的變化過程)。

\t2

ts\A第13題圖BfCfA⑵B最陡，C次之，A最次;在M點所在的溫度下開始析晶液相組成點MfMf1fE(結(jié)晶結(jié)束)固相組成點AfAfDfM14、下圖A-B-C三元系統(tǒng)相圖，根據(jù)相圖回答下列問題：在圖上劃分副三角形、用箭頭表示各條界線上溫度下降方向及界線的性質(zhì);判斷化合物D、M的性質(zhì);寫出各三元無變量點的性質(zhì)及其對應的平衡關(guān)系式;第14題圖寫出組成點H在完全平衡條件下進行加熱時，開始出現(xiàn)液相的溫度和完全熔融的溫度;寫出完全平衡條件下進行冷卻，結(jié)晶結(jié)束時各物質(zhì)的百分含量(用線段比表示)。第14題圖解：(1)見圖；(2)D，一致熔融二元化合物，高溫穩(wěn)定、低溫分解；M，不一致熔融三元化合物；(3)E],單轉(zhuǎn)熔點，L+A--C+ME2，低共熔點，L--C+B+ME3，單轉(zhuǎn)熔點，L+A--B+ME4,過渡點，D—A+B⑷E2溫度，H點所在溫度；過H點做副三角形BCM的兩條邊CM、BM的平行線HH]、HH2，C%=BH2/BCxlOO%，B%=CH]/BCxlOO%，C%=H]H2/BCx100%。15、根據(jù)K2O-Al2O3-SiO2系統(tǒng)相圖。如果要使瓷器中僅含有40％莫來石晶相及60％的玻璃相、原料中應含K2O若干?若僅從長石石中獲得，K2O原料中長石的配比應是多少15、解：40%A3S2+6%液相解：原始組成點在A3S2初晶區(qū)，在A3S2組點與E點連線上，在圖中12點附近,過原始組成點做厶SiO2-k2o-ai2o3各邊平行線，確定出K2O、SiO2、ai2o3百分含量。K2O：wt%=4.12% Al2O3:wt%=27.06% SiO2:wt%=68.