无机材料科学基础课后习题答案

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1、第六章答案    6-1略。    6-2什么是吉布斯相律？它有什么实际意义？    解：相律是吉布斯根据热力学原理得出的相平衡基本定律，又称吉布斯相律，用于描述达到相平衡时系统中自由度数与组分数和相数之间的关系。一般形式的数学表达式为F＝C－P＋2。其中F为自由度数，C为组分数，P为相数，2代表温度和压力两个变量。应用相率可以很方便地确定平衡体系的自由度数。    6-3固体硫有两种晶型，即单斜硫、斜方硫，因此，硫系统可能有四个相，如果某人实验得到这四个相平衡共存，试判断这个实验有无问题？    解：有问题，根据相律，F=C-P+2=1-P+2=3-P，系统平衡时，F=0，则P=3，硫系统

2、只能是三相平衡系统。                           图6-1                                       图6-2    6-4如图6-1是钙长石（CaAl2Si2O）的单元系统相图，请根据相图回解：（1）六方、正交和三斜钙长石的熔点各是多少？（2）三斜和六方晶型的转变是可逆的还是不可逆的？你是如何判断出来的？（3）正交晶型是热力学稳定态？还是介稳态？    解：（1）六方钙长石熔点约1300℃（B点），正钙长石熔点约1180℃（C点），三斜钙长石的熔点约为1750℃（A点）。   （2）三斜与六方晶型的转变是可逆的。因为六方晶型加热到转

3、变温度会转变成三斜晶型，而高温稳定的三斜晶型冷却到转变温度又会转变成六方晶型。   （3）正交晶型是介稳态。    6-5图6-2是具有多晶转变的某物质的相图，其中DEF线是熔体的蒸发曲线。 KE是晶型I的升华曲线；GF是晶型II的升华曲线；JG是晶型III的升华曲线，回答下列问题：（1）在图中标明各相的相区，并写出图中各无变量点的相平衡关系；（2）系统中哪种晶型为稳定相？哪种晶型为介稳相？（3）各晶型之间的转变是可逆转变还是不可逆转变？    解：（1） KEC为晶型Ⅰ的相区， EFBC 过冷液体的介稳区， AGFB 晶型Ⅱ的介稳区， JGA 晶型Ⅲ的介稳区，CED是液相区，KED是气相区

4、；     （2）晶型Ⅰ为稳定相，晶型Ⅱ、Ⅲ为介稳相；因为晶型Ⅱ、Ⅲ的蒸汽压高于晶型Ⅰ的，即它们的自由能较高，有自发转变为自由能较低的晶型Ⅰ的趋势；    （3）晶型Ⅰ转变为晶型Ⅱ、Ⅲ是单向的，不可逆的，多晶转变点的温度高于两种晶型的熔点；晶型Ⅱ、Ⅲ之间的转变是可逆的，双向的，多晶转变点温度低于Ⅱ、Ⅲ的熔点。   6-6在SiO2系统相图中，找出两个可逆多晶转变和两个不可逆多晶转变的例子。   解：可逆多晶转变：β-石英←→α-石英α-石英←→α-鳞石英不可逆多晶转变：β-方石英←→β-石英γ-鳞石英←→β-石英   6-7C2S有哪几种晶型？在加热和冷却过程中它们如何转变？β-C2S为什么

5、能自发地转变成γ-C2S？在生产中如何防止β-C2S转变为γ-C2S？       解：C2S有、、、四种晶型，它们之间的转变      如右图所示。由于β-C2S是一种热力学非平衡态，没有能稳定存在的温度区间，因而在相图上没有出现β-C2S的相区。C3S和β-C2S是硅酸盐水泥中含量最高的两种水硬性矿物，但当水泥熟料缓慢冷却时，C3S将会分解，β-C2S将转变为无水硬活性的γ-C2S。为了避免这种情况的发生，生产上采取急冷措施，将C3S和β-C2S迅速越过分解温度或晶型转变温度，在低温下以介稳态保存下来。   6-8今通过实验测得如图6-3所示的各相图，试判断这些相图的正确性。如果有错，请

6、指出错在何处？并说明理由。 图6-3   解：第一图错，B组元有一个固定的熔点，因此液相线和固相线在B侧应交于一点。   第二图错，A、B组元具有一个低共熔点，因此A、B的两条液相线应交于一点。   第三图错，析晶过程中，达到共熔点后，系统进入低共熔过程，从液相中析出固溶体α、β，系统进入三相平衡状态，系统的温度不能变，因此中间的那条线应与AB平行。   第四图错，具有低共熔点的有限固溶体二元系统相图中γ固溶体不可能存在。   第五图错，具有转熔点的有限固溶体二元系统相图中γ固溶体不可能存在。   6-9根据图6-4所示的二元系统相图回解：（1）注明各相区；（2）写出无变量点的性质及其相平衡

7、关系；（3）写出M1和M2熔体的平衡冷却析晶过程；（4）计算从熔体刚冷至 TP温度及离开TP温度时系统中存在各相的百分含量。        解：（1）相区如图所示：   （2）转熔点P：           低共熔点E：   （3）          液：       固：