无机材料科学基础第九章习题.doc

(完整word版)无机材料科学基础第九章习题第九章习题与答案一、判断正误1、烧结中始终可以只有一相是固态。（对） 2、液相烧结与固相烧结的推动力都是表面能。（对）3、二次再结晶对坯体致密化有利。（错）4、扩散传质中压应力区空位浓度无应力区空位浓度gb。晶粒生长的推动力是晶界两侧物质的自由焓差，使界面向晶界曲率半径小的晶粒中心推进。烧结的推动力较大，约为420J/g。晶粒生长的推动力较小，约为0.42J/g，因而烧结推动力比晶粒生长推动力约大十倍。 3、在制造透明Al2O3材料时，原始粉料粒度为2m，烧结至最高温度保温0.5h，测得晶粒尺寸为10m，试问保温2h，晶粒尺寸多大？为抑制晶粒生长加入0.1MgO，此时若保温2h，晶粒尺寸又有多大？解：1、G 2-G02 = kt 代入数据：G0= 2 mm, G = 10 mm, t = 0.5 h，得 k = (102-22)/0.5 (mm2/h) =192 (mm2/h) 则，保温2h后，晶粒尺寸应为： G 2 = kt + G02 =1922+22 = 388 G = 19.7 mm 2、加入0.1% MgO，防止二次再结晶，抑制晶界迁移，则应用晶粒生长公式：G 3-G03 = kt 将已知数据代入公式求得 k ： k = (G 3-G03 )/t =(103-23)/0.5 = 1984 (mm3/h) 此时保温2h后，晶粒尺寸应为： G 3 = k t + G03 = 1984 2 + 23 = 3976 G = 15.8 mm4、 在烧结期间，晶粒长大能促进胚体致密化吗？晶粒长大能够影响烧结速率吗？试说明之。答：晶粒生长是界面移动的结果，并不是原子定向向颈部迁移的传质过程，因而不能促进胚体致密化。晶界移动可以引起原子跃迁，也可使气孔移入晶粒内，从而影响烧结速率。因而晶界移动速率需进行控制。5、说明影响烧结的因素？ 答：1、粉末的粒度。细颗粒增加了烧结推动力，缩短原子扩散距离，提高颗粒在液相中的溶解度，从而导致烧结过程的加速。 2、外加剂的作用。在固相烧结中，有少量外加剂可与主晶相形成固溶体，促进缺陷增加，在液相烧结中，外加剂改变液相的性质（如粘度，组成等），促进烧结。 3、烧结温度：晶体中晶格能越大，离子结合也越牢固，离子扩散也越困难，烧结温度越高。 4、 保温时间：高温段以体积扩散为主，以短时间为好，低温段为表面扩散为主，低温时间越长，不仅不引起致密化，反而会因表面扩散，改变了气孔的形状而给制品性能带来损害，要尽可能快地从低温升到高温，以创造体积扩散条件。 5、气氛的影响：氧化，还原，中性。 6 、成形压力影响：一般说成型压力越大颗粒间接触越紧密，对烧结越有利。6、试说明晶界能总是小于相邻二个晶粒表面能之和 。答：在恒温恒压条件下增加单位表面积时体系自由能的增量称为表面能，而形成单位新界面所需要的能量称为界面能。表面能和界面能的本质是处在表面或界面上的质点受到不对称力场作用，与晶体内部质点相比具有较高的能量。晶粒的表面能指晶粒与气相接触，界面能通常指两个晶粒相接触。显然，晶粒与气相接触时，表面质点受到力场的不对称性远远大于两个晶粒相接触时。因此，界面能总是小于相邻二个晶粒表面能之和。7、在扩散传质的烧结过程中，使坯体致密的推动力是什么？哪些方法可促进烧结？说明原因。答：在扩散传质的烧结过程中，系统内不同部位（颈部、颗粒接触点、颗粒内部）空位浓度不同，导致原子或质点由颗粒接触点向颈部迁移，填充到气孔中。因此使坯体致密化的推动力是空位浓度差。对于扩散传质：（1）控制原料的起始粒度非常重要，颗粒细小的原料可促进烧结，因为颈部增长速率x/r与原料起始粒度r的3/5次方成反比；（2）温度对烧结过程有决定性作用，扩散系数与温度呈指数关系，因此提高温度可加速烧结。8、晶界遇到夹杂物时会出现几种情况，从实现致密化目的考虑，晶界应如何移动？怎样控制？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。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。继续升温导致VbVp，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。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。控制方法：控制温度，加入外加剂等。9、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二次再结晶的方法。答：晶粒生长：坯体内晶粒尺寸均匀地生长，服从Dldf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。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。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。 防止二次再结晶的最好方法是引入适当的添加剂，它能抑制晶界迁移，有效地加速气孔的排除；控制烧结温度 ；选择原始粒度的均匀原材料。10、影响陶瓷烧结的主要因素有哪些？答：（1）原始粉料的粒度；（2）外加剂的作用；（3）烧结温度与保温时间；（4）盐类的选择及煅烧条件；（5）气氛的影响；（6）成型压力。11、陶瓷的显微结构主要由哪些基本因子构成？答：陶瓷是由晶体、玻璃体和气孔组成的多晶多相材料。其显微结构包括晶体的种类和含量，晶粒尺寸和形状，玻璃相的含量和分布情况，晶粒之间、晶粒与玻璃相之间的界面，气孔的数量、尺寸、分布等。12、氧化铝烧结到接近理论密度时，可使可见光几乎透过100，用它来装钠蒸气（在超过大气压的压力下）作为路灯。为通过烧结实现这一点，请你列出研究方案。答：制备透明氧化铝陶瓷的主要技术措施是：（1）采用高纯氧化铝原料，Al2O399.9%，无杂质和玻璃相；（2）添加0.10.5%MgO，在晶粒表面生成镁铝尖晶石，降低晶界移动速度，抑制晶粒生长；（3）在氢气或真空中烧结，促进气孔扩散；（4）采用热压烧结，提高制品致密度。