1、1.下圖為一勻晶相圖,試根據(jù)相圖確定:(1w B =0.40的合金開始凝固出來的固相成分為多少?(2若開始凝固出來的固體成分為w B =0.60,合金的成分為多少?(3成分為w B =0.70的合金最后凝固時的液體成分為多少?(4若合金成分為w B =0.50,凝固到某溫度時液相成分w B =0.40,固相成分為w B =0.80,此時液相和固相的相對量各為多少? 2.Mg Ni 系的一個共晶反應(yīng)為:設(shè)w Ni 1=C 1為亞共晶合金,w Ni 2=C 2為過共晶合金,這兩種合金中的先共晶相的質(zhì)量分數(shù)相等,但C 1合金中的總量為C 2臺金中總量的2.5倍,試計算C 1和C 2的成分。3.根據(jù)A

2、-B 二元相圖(1寫出圖中的液相線、固相線、和相的溶解度曲線、所有的兩相區(qū)及三相恒溫轉(zhuǎn)變線;(2平衡凝固時,計算A-25B(weight%合金(yy 線凝固后粗晶相在鑄錠中的相對含量;(3畫出上述合金的冷卻曲線及室溫組織示意圖。 4.根據(jù)如圖所示的二元共晶相圖(1分析合金I,II的結(jié)晶過程,并畫出冷卻曲線;(2說明室溫下合金I,II的相和組織是什么,并計算出相和組織組成物的相對含量?(3如果希望得到共晶組織加上5%的初的合金,求該合金的成分。(4合金I,II在快冷不平衡狀態(tài)下結(jié)晶,組織有何不同?5.指出下列相圖中的錯誤:6.試述二組元固溶體相的吉布斯(Gibbs自由能-成分曲線的特點?(a(b

3、(c(d1.下圖為一勻晶相圖,試根據(jù)相圖確定:(1w B =0.40的合金開始凝固出來的固相成分為多少?(2若開始凝固出來的固體成分為w B =0.60,合金的成分約為多少?(3成分為w B =0.70的合金最后凝固時的液體成分約為多少?(4若合金成分為w B =0.50,凝固到某溫度時液相成分w B =0.40,固相成分為w B =0.80,此時液相和固相的相對量各為多少? 第1題答案 2.Mg Ni 系的一個共晶反應(yīng)為:設(shè)w Ni 1=C 1為亞共晶合金,w Ni 2=C 2為過共晶合金,這兩種合金中的先共晶相的質(zhì)量分數(shù)相等,但C 1合金中的總量為C 2臺金中總量的2.5倍,試計算C 1和

4、C 2的成分。第2題答案 3.根據(jù)A-B二元相圖(1寫出圖中的液相線、固相線、和相的溶解度曲線、所有的兩相區(qū)及三相恒溫轉(zhuǎn)變線;(2平衡凝固時,計算A-25B(weight%合金(yy線凝固后粗晶相在鑄錠中的相對含量;(3畫出上述合金的冷卻曲線及室溫組織示意圖。 第3題答案 4.根據(jù)如圖所示的二元共晶相圖(1分析合金I,II的結(jié)晶過程,并畫出冷卻曲線;(2說明室溫下合金I,II的相和組織是什么,并計算出相和組織組成物的相對含量?(3如果希望得到共晶組織加上5%的的合金,求該合金的成分。初(4合金I,II在快冷不平衡狀態(tài)下結(jié)晶,組織有何不同? 第4題答案: 第4題:5.指出下列相圖中的錯誤:(a(

5、b(c(d第5題答案:(a:、相區(qū)間應(yīng)有兩相區(qū)。即相圖中違反了“鄰區(qū)原則”。(b:二元系中不可能有四相平衡,即違反了“相律”。(c:純組元A在1個溫度范圍內(nèi)結(jié)晶,這是違反相律的。(d:二元系中三相平衡時,3個相都必須有確定的成分。圖中液相上的成分是范圍,這是錯誤的。6.試述二組元固溶體相的吉布斯(Gibbs自由能-成分曲線的特點?第6題答案: 7.組元A和B的熔點分別為700和500,在液態(tài)完全互溶,在固態(tài)部分互溶形成和固溶體,其最大溶解度分別為為5%B和25%A(重量,在零度時溶解度則為2%B和5%A(重量。兩金屬形成熔點為750的A2B化合物,A和B的原子量分別為30和50。在450和32

6、0分別發(fā)生液體成分為22%B和60%B(重量的共晶轉(zhuǎn)變。(1試根據(jù)相律繪成平衡相圖并標注各相區(qū)符號及特征點的溫度和成分。(2如果希望得到A2B化合物的合金,求該合金的成分。05碩士與共晶組織加上5%的初答案:(1相圖,x為A原子重量百分比。 設(shè)合金的成分為x,由題意:W初=(x-0.6/(0.75-0.6=5%x=5%*15%+60%=0.75%+60%=60.75%8.綜述金屬結(jié)晶過程形核的熱力學條件、能量條件和結(jié)構(gòu)條件。答:必須同時滿足以下四個條件,結(jié)晶才能進行。(1熱力學條件為G<0。只有過冷(熱過冷才能使G<0。因為G v=-L mT/T m(T為過冷度,即金屬結(jié)晶時,實際

7、開始結(jié)晶的溫度必須低于理論結(jié)晶已度(即T>0。(3能量條件為具有能量起伏。一個臨界晶核形成時,五分之一的表面能要靠能量起伏來提供。(4結(jié)構(gòu)條件為具有結(jié)構(gòu)起伏。液態(tài)金屬中規(guī)則排列的原子集團時聚時散的現(xiàn)象。它是結(jié)晶核心形成的基礎(chǔ)。結(jié)晶金屬由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程稱為凝固,由于固態(tài)金屬是晶體故又把凝固稱為結(jié)晶。重結(jié)晶指在固態(tài)狀態(tài)下,物質(zhì)由一種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成另一種結(jié)構(gòu),這是一種固態(tài)相變過程。再結(jié)晶將冷壓力加工以后的金屬加熱到一定溫度后,在變形的組織中重新產(chǎn)生新的無畸變的等軸晶粒、性能恢復(fù)到冷壓力加工前的軟化狀態(tài)的過程。在此過程中,仍然屬于固態(tài)過程。三者的區(qū)別于聯(lián)系:結(jié)晶、重結(jié)晶發(fā)生相變過程,再結(jié)晶沒有

8、;結(jié)晶、重結(jié)晶和再結(jié)晶都是形核與長大的過程。發(fā)生結(jié)晶與重結(jié)晶的驅(qū)動力為反應(yīng)相與生成相的自由能差,再結(jié)晶為儲存能。再結(jié)晶后強度、硬度下降而塑韌性提高,而重結(jié)晶則屬于同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。第九章燒結(jié);1、解釋下列名詞;(1燒結(jié):粉料受壓成型后在高溫作用下而致密化的;燒成:坯體經(jīng)過高溫處理成為制品的過程,燒成包括多;變化;部分;(2晶粒生長:無應(yīng)變的材料在熱處理時,平均晶粒;況下,連續(xù)增大的過程;二次再結(jié)晶:少數(shù)巨大晶粒在細晶消耗時成核長大過程;(3固相燒結(jié):固態(tài)粉末在適當?shù)臏囟取毫Α夥?氣孔之間的傳質(zhì),變?yōu)閳杂病⒅旅軣Y(jié)體的過程;液第九章燒結(jié)1、解釋下列名詞(1燒結(jié):粉料受壓成型后在高溫作用下而致密化

9、的物理過程。燒成:坯體經(jīng)過高溫處理成為制品的過程,燒成包括多種物理變化和化學變化。燒成的含義包括的范圍廣,燒結(jié)只是燒成過程中的一個重要部分。(2晶粒生長:無應(yīng)變的材料在熱處理時,平均晶粒尺寸在不改變其分布的情況下,連續(xù)增大的過程。二次再結(jié)晶:少數(shù)巨大晶粒在細晶消耗時成核長大過程。(3固相燒結(jié):固態(tài)粉末在適當?shù)臏囟取毫Α夥蘸蜁r間條件下,通過物質(zhì)與氣孔之間的傳質(zhì),變?yōu)閳杂病⒅旅軣Y(jié)體的過程。液相燒結(jié):有液相參加的燒結(jié)過程。2、詳細說明外加劑對燒結(jié)的影響?答:(1外加劑與燒結(jié)主體形成固溶體使主晶格畸變,缺陷增加,有利結(jié)構(gòu)基元移動而促進燒結(jié);(2外加劑與燒結(jié)主體形成液相,促進燒結(jié);(3外加劑與燒結(jié)

10、主體形成化合物,促進燒結(jié);(4外加劑阻止多晶轉(zhuǎn)變,促進燒結(jié);(5外加劑起擴大燒結(jié)范圍的作用。3、簡述燒結(jié)過程的推動力是什么?答:能量差,壓力差,空位差。4、說明影響燒結(jié)的因素?答:(1粉末的粒度。細顆粒增加了燒結(jié)推動力,縮短原子擴散距離,提高顆粒在液相中的溶解度,從而導致燒結(jié)過程的加速;(2外加劑的作用。在固相燒結(jié)中,有少量外加劑可與主晶相形成固溶體,促進缺陷增加,在液相燒結(jié)中,外加劑改變液相的性質(zhì)(如粘度,組成等,促進燒結(jié)。(3燒結(jié)溫度:晶體中晶格能越大,離子結(jié)合也越牢固,離子擴散也越困難,燒結(jié)溫度越高。(4保溫時間:高溫段以體積擴散為主,以短時間為好,低溫段為表面擴散為主,低溫時間越長,不

11、僅不引起致密化,反而會因表面擴散,改變了氣孔的形狀而給制品性能帶來損害,要盡可能快地從低溫升到高溫,以創(chuàng)造體積擴散條件。(5氣氛的影響:氧化,還原,中性。(6成形壓力影響:一般說成型壓力越大顆粒間接觸越緊密,對燒結(jié)越有利。5、在擴散傳質(zhì)的燒結(jié)過程中,使坯體致密的推動力是什么?哪些方法可促進燒結(jié)?說明原因。答:在擴散傳質(zhì)的燒結(jié)過程中,系統(tǒng)內(nèi)不同部位(頸部、顆粒接觸點、顆粒內(nèi)部空位濃度不同,導致原子或質(zhì)點由顆粒接觸點向頸部遷移,填充到氣孔中。因此使坯體致密化的推動力是空位濃度差。對于擴散傳質(zhì):(1控制原料的起始粒度非常重要,顆粒細小的原料可促進燒結(jié),因為頸部增長速率x/r與原料起始粒度r的3/5次

12、方成反比;(2溫度對燒結(jié)過程有決定性作用,擴散系數(shù)與溫度呈指數(shù)關(guān)系,因此提高溫度可加速燒結(jié)。6、固相燒結(jié)與液相燒結(jié)的主要傳質(zhì)方式?固相燒結(jié)與液相燒結(jié)之間有何相同與不同之處?答:固相燒結(jié)的主要傳質(zhì)方式有蒸發(fā)-凝聚傳質(zhì)和擴散傳質(zhì),液相燒結(jié)的主要傳質(zhì)方式有溶解-沉淀傳質(zhì)和流動傳質(zhì)。固相燒結(jié)與液相燒結(jié)的共同點是燒結(jié)的推動力都是表面能;燒結(jié)過程都是由顆粒重排、物質(zhì)傳遞與氣孔充填、晶粒生長等階段組成。不同點是:由于流動傳質(zhì)比擴散傳質(zhì)速度快,因而致密化速率高;固相燒結(jié)主要與原料粒度和活性、燒結(jié)溫度、氣氛成型壓力等因素有關(guān),液相燒結(jié)與液相數(shù)量、液相性質(zhì)、液-固潤濕情況、固相在液相中的溶解度等有關(guān)。7、氧化鋁燒

13、結(jié)到接近理論密度時,可使可見光幾乎透過100%,用它來裝鈉蒸氣(在超過大氣壓的壓力下作為路燈。為通過燒結(jié)實現(xiàn)這一點,請你列出研究方案。答:制備透明氧化鋁陶瓷的主要技術(shù)措施是:(1采用高純氧化鋁原料,Al2O3>99.9%,無雜質(zhì)和玻璃相;(2添加0.10.5%MgO,在晶粒表面生成鎂鋁尖晶石,降低晶界移動速度,抑制晶粒生長;(3在氫氣或真空中燒結(jié),促進氣孔擴散;(4采用熱壓燒結(jié),提高制品致密度。8、試述燒結(jié)的推動力和晶粒生長的推動力,并比較兩者之大小。答:燒結(jié)推動力是粉狀物料的表面能(sv大于多晶燒結(jié)體的晶界能(gb,即sv>gb。生長的推動力是晶界兩側(cè)物質(zhì)的自由焓差,使界面向晶界

14、曲率半徑小的晶粒中心推進。燒結(jié)的推動力較大,約為420J/g。晶粒生長的推動力較小,約為0.42J/g,因而燒結(jié)推動力比晶粒生長推動力約大十倍。9、99%A12O3瓷的燒結(jié)實驗測得在1350燒結(jié)時間為10min時,收縮率L/ L為4%;燒結(jié)時間為45min,收縮率為7.3%。試求這種氧化鋁瓷燒結(jié)的主要傳質(zhì)方式是哪一種?答:Al2O3瓷燒結(jié)的主要傳質(zhì)方式是擴散傳質(zhì)。10、燒結(jié)推動力是什么?它可憑哪些方式推動物質(zhì)的遷移,各適用于何種燒結(jié)機理?解:燒結(jié)的推動力從廣義上講是化學位移梯度,具體的是系統(tǒng)的表面能;主要以流動傳質(zhì),擴散傳質(zhì),氣象傳質(zhì),溶解-沉淀方式推動物質(zhì)遷移。其中:固相燒結(jié)中傳質(zhì)機理:(1

15、流動傳質(zhì)(2擴散傳質(zhì)(2氣相傳質(zhì)。液相燒結(jié)中的傳質(zhì)機理(1流動傳質(zhì)(2溶解-沉淀11、燒結(jié)過程是怎樣產(chǎn)生的,各階段的特征是什么?解:燒結(jié)過程是經(jīng)過成型的固體粉狀顆粒在加熱到低于熔點溫度的溫度下,產(chǎn)生顆粒粘結(jié);通過物質(zhì)傳遞,使成型題逐漸變成具有一定幾何形狀和性能的整體的過程。燒結(jié)初期:顆粒僅發(fā)生重排和鍵和,顆粒和空隙形狀變化很小,頸部相對變化x/r<0.3,線收縮率小于0.06。燒結(jié)中期:(1燒結(jié)中期,頸部進一步擴大,顆粒變形較大,氣孔由不規(guī)則的形狀逐漸變成由三個顆粒包圍的,近似圓柱形的氣孔,且氣孔是聯(lián)通的。（2）晶界開始移動，顆粒正常長大。與氣孔接觸的顆粒表面為空 位源，質(zhì)點擴散以體積擴

16、散和晶界擴散為主而擴散到氣孔表 面，空位返鄉(xiāng)擴散而消失。 （3）坯體氣孔率降為 5%左右，收縮達 90%。 燒結(jié)末期： （1）進入燒結(jié)末期，氣孔封閉，相互孤立，理想情況為四個顆粒包 圍，近似球狀。 （2）晶粒明顯長大，只有擴散機理是重要的，質(zhì)點通過晶界擴散和 體積擴散，進入晶界間近似球狀的氣孔中。 （3）收縮率達 90100%， 密度達理論值的 95% 以上。 12、下列過程中哪一個能使燒結(jié)體強度增大，而不產(chǎn)生坯體宏觀上的收縮? 試說 明之。 （a）蒸發(fā)冷凝； （b） 體積擴散； （c） 粘性流動； （d） 表面擴散； （e） 溶解沉淀 解：a，d 能使燒結(jié)體強度增大，而不會產(chǎn)生坯體宏觀上的收

17、縮。因為這兩種物 質(zhì) 傳遞僅涉及坯體表面形狀的變化，而并沒有涉及到坯體內(nèi)部氣孔體積的變化。這 樣，坯體表面顆粒間接觸面積增大，粘附力增加，從而使燒結(jié)體強度增大，但不 產(chǎn)生坯體宏觀上的收縮。 13、 有人試圖用延長燒結(jié)時間來提高產(chǎn)品致密度， 你以為此法是否可行， 為什么？ 解： 延長燒結(jié)時間一般都為不同程度地促使燒結(jié)完成，但對粘性流動機理的燒結(jié) 較為明顯，而對體積擴散和表面擴散機理影響較小。對體積擴散和表面擴散，低 溫下以表面擴散為主， 高溫下以體積擴散為主，而表面擴散并不改變?yōu)榕黧w的致 密度，因此，可適當延長高溫燒結(jié)時間。另外，在燒結(jié)后期，不合理的延長燒結(jié) 時間，有時會加劇二次再結(jié)晶作用，反而

18、得不到充分致密的制品。 14、材料的許多性能如強度、光學性能等要求其晶粒尺寸微小且分布均勻，工藝 上應(yīng)如何控制燒結(jié)過程以達到此目的? 解:（1） 晶粒的大小取決于起始晶粒的大小，燒結(jié)溫度和燒結(jié)時間； （2） 防止二次再結(jié)晶引起的晶粒異常長大。 15、試分析二次再結(jié)晶過程對材料性能有何種效應(yīng)? 解：二次再結(jié)晶發(fā)生后，由于個別晶粒異常長大，氣孔進入晶粒內(nèi)部，成為孤立 閉氣孔，不易排除，使燒結(jié)速率降低甚至停止，坯體不再致密；加之大晶粒的晶 界上有應(yīng)力存在，使其內(nèi)部易出現(xiàn)隱裂紋，繼續(xù)燒結(jié)時坯體易膨脹而開裂，使燒 結(jié)體的機械、電學性能下降。 16、特種燒結(jié)和常規(guī)燒結(jié)有什么區(qū)別? 試舉例說明。 解： 常規(guī)

19、燒結(jié)過程主要是基于顆粒間的接觸與鍵合，以及在表面張力推動下物質(zhì) 的傳遞過程。 其總體的推動力由系統(tǒng)表面能提供。這就決定了其致密化是有一定 限度的。常規(guī)條件下坯體密度很難達到理論密度值。對于特種燒結(jié)，它是為了適 應(yīng)特種材料對性能的要求而產(chǎn)生的。這些燒結(jié) 過程除了常規(guī)燒結(jié)中由系統(tǒng)表面 能提供的驅(qū)動力之外， 還由特殊工藝條件增加了系統(tǒng)燒結(jié)的驅(qū)動力，因此提高了 坯體的燒結(jié)速率，大大增加了坯體的致密化程度。例如熱壓燒結(jié)，它是加壓成型 與加壓燒結(jié)同時進行的一種燒結(jié)工藝。由于同時加溫加壓，有利于粉末顆粒的接 觸、擴散和流動等傳質(zhì)過程，降低了燒結(jié)溫度和燒結(jié)時間，抑制了晶粒的長大。 其容易獲得接近理論密度、氣孔

20、率接近零的燒結(jié)體。 17、 （a） 燒結(jié) MgO 時加入少量 FeO，在氫氣氛和氧分壓低時都不能促進燒結(jié)， 只有在氧分壓高的氣氛下才促進燒結(jié)； （b） 燒結(jié) Al2O3 時， 氫氣易促進致密化而氮氣妨礙致密化。 試分析其原因。解： （a） 對 FeO，易形成負離子過剩型非化學計量化合物，其缺陷反應(yīng)式為： 112FeFe?O2(g?2FeFe?OO?VFe''或 O2(g?OO?VFe''?2h?，另外，22 在 MgO 的燒結(jié)中是正離子起擴散起控制作用的燒結(jié)過程，因而氧氣氛 和氧分壓較高是有利的。 （b） 燒結(jié)氧化鋁 Al2O3 時，由于氫原子半徑很小，擴散系數(shù)較大，易于擴散 而有利于閉氣孔的清除；而原子半徑大的氮則由于其擴散系數(shù)較小難 于擴散而阻礙燒結(jié)。 18、某磁性氧化物材料被認為是遵循正常晶粒長大方程。當顆粒尺寸增大超出 1 m 的平均尺寸時，則磁性和強度等性質(zhì)就變壞，未燒結(jié)前的原始顆粒大小為 0.1 m 。燒結(jié) 30 分鐘使晶粒尺寸長大為原來的 3 倍。因大坯件翹曲，生產(chǎn)車間主任 打算增加燒結(jié)時間。你想推薦的最長時間是多少? 解：由 D0=0.1 m 和 t=30min