武汉理工大学材料科学基础(第2版)课后习题和答案(6)

12 、解：(1) S 组成点在三角形内且位于初晶区外，不一致熔融三元化合物；

(2)结晶过程 2 点 位于 A 初晶区，在 AS 连线上，结晶产物为 A 、 S

3 点 位于 A 初晶区，在 △ BCS 内，结晶产物为 B 、 C 、 S

(3) 5 点 冷却过程

6 点 冷却过程

12 、解：(1) S1 不一致熔融二元化合物，高温稳定，低温分解 S2 一致熔融二元化合物

S3 不一致熔融二元化合物，低温稳定，高温分解 (2) 见图 (3) E1 ，过渡点， E2 ，单转熔点， E3 ，过渡点， E4 ，低共熔点， E5 ，低共熔点，(4)

(5)在 E5 点出现液相，在 N 点所在温度完全熔融。 13 、略。 14 、略。

16 、解：(1) k 点开始出现液相，温度为 1455 ℃ ,连接 3k 交 CaO-C3S 线于 6 点 ,

线段长度可直接量取；

(2)急冷好， k 点将进行转熔过程 L +C3SC2S +C3A

这样C3S量会减少，急冷使转熔过程来不及进行，从而提高C3S含量； (3)AS2与CaCO3配料，不能得到 3 点矿物组成

3 点组成 66CaO 1.179mol 26SiO2 0.433mol 8Al203 0.078mol 化成 mol% 69.76% 25.62% 4.62% SiO2 mol%/Al203 mol%=5.55

题目中组成点 Al203 2 2SiO2 2 2H2O 与CaCO3配料， SiO2 mol%/Al203 mol%=2 ：1 二者比较， SiO2 量不够，所以需加入 SiO2 。 设配料 100g ，含 66g CaO ， 26g SiO2 ， 8g Al203

66g CaO 化成CaCO3量 66/56 3 100=117.86g

8g Al203 化成 Al203 2 2SiO2 2 2H2O 量 8/102 3 258=20.24g AS2 2 2H2O 提供 SiO2 8/102 3 2 3 60=9.41g 还需 SiO2 量 20.24-9.41=10.83g

CaCO3 wt%=79.14% ，AS22 2H2O wt%=13.59% ， SiO2 wt%=7.27%

17 、解：(1)该点位于△NC3S6 -NCS 5 -SiO2 中， Q 点附近β -CS 初晶区 对应无变量点 H 点 1:3:6+ α-石英 +L 1:1:5 配料在 827 ℃熔化，完全熔化为 1050 ℃左右 (2)加热到 1050 ℃ L→ β-CS 1000 ℃ L→1:3:6+ α-鳞石英 900 ℃ L→1:3:6+ α-石英

800 ℃ 加热到 800 ℃时未熔化，冷却到 800 ℃时三个晶相 1:3:6 1:1:5 (3)NC3S6 加热是不一致熔融，加热分解

1:3:6 析晶，先析出α-CS ，α -CS →β-CS ， RQ 线上 L+ β-CS→1:3:6 1:3:6 加热到 RQ 界线与 CS-1:3:6 交点温度开始熔化(1050 ℃左右）分解出β-CS 18 、解：组成点确定下来，图中 M 点，△ MS-M 2 Al2S35 -SiO2 对应无变量点 1 点(1355 ℃）加热该组成点，于 1 点开始出现液相，液相组成点在 MS 与 SiO2 界线上移动，固相组成点在 MS-SiO2 连线上变化，以 M 点为支点连成杠杆，当 L%=35% 时，对应温度 1390 ℃， L%=45% 时，对应温度 1430 ℃，烧成温度范围为 1390 ～ 1430 ℃。

19 、解： 50%AS2 30%KAS6 20%SiO2 组成点在△ QWD 中 3 点， 3 点位于初晶区，对应 E 点结晶结束 985 ℃ L SiO2 +A3S2 + KAS 6 ，加热组成为 3 物质，于 E 点开始出现液相

升温于 1250 ℃时，固相中有 SiO2 2A3S2 及 L 相，液相组成点在莫来石与石英界线上（与 1250 ℃等温线交点），固相组成点在 SiO2 与A3S2 连线上，用杠杆规则计算。 20 、解： 40￡S2 + 6% 液相

原始组成点在A3S2 初晶区，在A3S2 组点与 E 点连线上，在图中 12 点附近，过原始组成点做△ SiO2 -K20-Al203 各边平行线，确定出K2O 、 SiO2 、Al203百分含量

K20: wt%=4.12% Al203 : wt%=27.06% SiO2: wt%=68.82% 长石K2O 2Al2032 6SiO2 (94+102+360=556) 仅从长石中获得K2O

100gK2O: 4.12g Al203: 27.06g SiO2: 68.82g 4.12gK2O 化成长石 4.12/94 3 556=24.34g 24.34g 长石提供Al203 4.47g SiO2 15.79g

另需加Al203: 27.06-4.47=22.59g SiO2: 68.82-15.79=53.03g 长石 wt%=

=24.35

21 、略。

第七章 扩散

1 ．解释并区分下列概念： (1) 稳定扩散与不稳定扩散； (2) 本征扩散与非本征扩散； (3）自扩散与互扩散； (4) 扩散系数与扩散通量。

2 ．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 ?

3 ．当锌向铜内扩散时，已知在x点处锌的含量为2.5310个锌原子/cm， 300 ℃时每分钟每mm

17

3

2

要扩散60个锌原子，求与x点相距2mm处锌原子的浓度。（已知锌在铜内的扩散体系中D0=0.34310m

-142

／s ； Q=4.5kcal／mol ）

4 ．在钢棒的表面，每20个铁的晶胞中含有一个碳原子，在离表面1mm处每30个铁的晶胞中含有一个碳原子，知铁为面心立方结构(a=0.365nm),1000 ℃时碳的扩散系数为3310m／s ，求每分钟内因扩散通过单位晶胞的碳原子数是多少 ?

5 ．在恒定源条件下820 ℃时，刚经1小时的渗碳，可得到一定厚度的表面渗碳层，若在同样条件下，要得到两倍厚度的渗碳层需要几个小时 ?

6 ．在不稳定扩散条件下 800oC 时，在钢中渗碳 100 分钟可得到合适厚度的渗碳层，若在 1000oC 时要得到同样厚度的渗碳层，需要多少时间（D0=2.4310m／sec ； D

-122

1000 ℃

-12

=3310m／sec ） ?

-112

7 ．在制造硅半导体器体中，常使硼扩散到硅单晶中，若在 1600K 温度下，保持硼在硅单晶表面的浓度恒定(恒定源半无限扩散)，要求距表面10-3cm 深度处硼的浓度是表面浓度的一半，问需要

多长时间(已知D1600 ℃=8310cm/sec；当

2+

-14

-122

时，

2

）？

8 ．Zn在 ZnS 中扩散时，563 ℃时的扩散系数为3310cm/sec;450 ℃时的扩散系数为1.0310cm/sec ，求： (1）扩散的活化能和D0； (2） 750 ℃时的扩散系数。

9 ．实验册的不同温度下碳在钛中的扩散系数分别为2310cm/s(736 ℃) 、5310cm/s(782 ℃) 、1.3310cm/s(838 ℃)。

-8

2

-9

2

-9

2

-14

2

(a) 请判断该实验结果是否符合 ，

(b) 请计算扩散活化能（J/mol ℃），并求出在500 ℃时碳的扩散系数。

10 ．在某种材料中,某种粒子的晶界扩散系数与体积扩散系数分别为Dgb=2.00310exp(-19100/T)和Dv=1.00310exp(-38200/T) ，是求晶界扩散系数和体积扩散系数分别在什么温度范围内占优势？

11 ．假定碳在α-Fe(体心立方)和γ-Fe（面心立方)中的扩散系数分别为：

Dα=0.0079exp[-83600(J/mol/RT)cm/sec ；Dγ=0.21exp[-141284(J/mol/RT)cm/ssec 计算 800 ? C 时各自的扩散系数并解释其差别。

12 ． MgO、Ca、PeO均具NaCl结构，在各晶体中它们的阳离子扩散活化能分别为：Na+ 在NaCI中为41Kcal／mol 、 Mg 在MgO中为83Kcal／mol、Ca在CaO中为77Kcal／mol、Fe在FeO中为23Kcal／mol ，试解释这种差异的原因。

2+

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3+

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