Ch6_Exercise(1)

1、2022-3-81Exercise_Chapter 6Phase DiagramsH.Y. XU Associate Prof. Dr.School of Materials & Chemical Engineering, Anhui University of Architecture, Hefei, 2300222022-3-82P.295 #9 o根据图根据图6-99所示的二元系统相图回答所示的二元系统相图回答：n(1) 注明各相区注明各相区n(2) 写出无变量点的性质及其相平衡关系写出无变量点的性质及其相平衡关系n(3) 写出写出M1和和M2熔体的平衡冷却析晶过程熔体的平衡冷却

2、析晶过程n(4) 计算从熔体刚冷至计算从熔体刚冷至Tp温度及离开时系统中存温度及离开时系统中存在各相的百分含量。在各相的百分含量。2022-3-83图图6-992022-3-84图图6-99 (相区相区)A+DB+DL+AL+DL+BL2022-3-85图图6-99 (无变量点无变量点)oE点：点：n低共熔点低共熔点nL B + DoP点：点：n转熔点转熔点nL + A DA+DB+DL+AL+DL+BLEP2022-3-86图图6-99 (M1析晶过程析晶过程)A+DB+DL+AL+DL+BLKFHR210LLAL+AD1F=F=F= , LMKP 相消失AA+DFHR 液相：液相：固相：固

3、相：2022-3-87图图6-99 (M2析晶过程析晶过程)A+DB+DL+AL+DL+BLKFHR211010LLAL+ADF=F=F, ALDLB DF=F= , LMNPE 晶相消失相消失AA+DDB+DOHGFS 液相：液相：固相：固相：NOS2022-3-88图图6-99 (百分含量百分含量)A+DB+DL+AL+DLKFHRNOSTL+Bo刚至刚至Tp温度温度nM1：L %=HR/HP A %=RP/HPnM2: L %=HT/HP A %=TP/HP o离开离开Tp温度温度nM1：D %=HR/HG A %=RG/HGnM2: L %=GT/GP D %=TP/GP2022-3-

4、89P.296 #10 o图图6-100为具有一个不一致融化合物的二元为具有一个不一致融化合物的二元系统，在低共熔点系统，在低共熔点E发生如下析晶过程：发生如下析晶过程： L A + AmBn 。E点点B含量为含量为20%，化合物，化合物AmBn含含B量为量为64 %，今有，今有C1和和C2两种配料，两种配料，其配料点分置于其配料点分置于E点两侧。已知点两侧。已知C1中中B含量含量是是C2中中B含量的含量的1.5倍，且在达低共熔点温度倍，且在达低共熔点温度前的冷却析晶过程中，从该二配料中析出的前的冷却析晶过程中，从该二配料中析出的初晶相含量相等。试计算初晶相含量相等。试计算C1和和C2的组成。

5、的组成。2022-3-810Solution for #10o已知已知C1中中B含量是含量是C2中中B含量的含量的1.5倍倍 C1位于位于E点右侧点右侧(C1?C1) C2位于位于E点左侧点左侧且且 20%+NE=1.5 (20%-ME)o又二配料点初晶相相等又二配料点初晶相相等 A%=ME/20% =C%=NE/(64%-20%)C2C1C1MNN20%64%2022-3-811计算结果计算结果o联立二方程式，解出两未知数：联立二方程式，解出两未知数： ME=2.7% NE=5.9%则：则：C1的组成：的组成：B为为(20+5.9)%=25.9% A为为(100-25.9)%=74.1% C

6、2的组成：的组成：B为为(20-2.7)%=17.3% A为为(100-17.3)%=82.7%2022-3-812P.296 # 14 o根据根据CaO-SiO2系统相图回答下列问题：系统相图回答下列问题：n(1)若以含若以含CaO 80%的熔体的熔体1000g冷却到冷却到2150oC以后以后(温度即将离开温度即将离开2150oC)，会获得何种产物？，会获得何种产物？这些产物的量各为多少？这些产物的量各为多少？n(2)若以若以CaO、SiO2二组元配料，加热至熔融后二组元配料，加热至熔融后再冷却，要求产物中只有再冷却，要求产物中只有C2S和和C3S，则配料范，则配料范围应选在哪里？若平衡冷却

7、能达到目的吗？为围应选在哪里？若平衡冷却能达到目的吗？为什么？应采取什么措施？什么？应采取什么措施？2022-3-8132022-3-814Solution for #14(1) 产物为产物为CaO与与C3So含量：含量：1000g熔体，熔体，CaO为为80%o则：则：CaO 800g，SiO2 200go又：又：C3S为为3CaO SiO2o则：则：200g的的SiO2形成形成C3S需要消耗的需要消耗的CaO的的量为：量为：(200/60) 3 56 gCaO的含量为：的含量为：800- (200/60) 3 56 = 240 g C3S的含量为：的含量为：1000-240 = 760 g2

8、022-3-815oC3S中中CaO含量含量73.68%，根据杠杆规则，根据杠杆规则CaO的含量为的含量为: （80-73.68）/(100-73.68)*1000g=240gC3S的含量为：的含量为：1000-242 = 760 g2022-3-816(2)o配料范围应为配料范围应为6573.6%；o平衡冷却不能达到目的，因为平衡冷却不能达到目的，因为C3S是不一致是不一致熔化合物，当温度低于熔化合物，当温度低于2150oC即分解为即分解为CaO和和C2S；o在生产中通常采取急冷措施，将在生产中通常采取急冷措施，将C2S和和C3S迅迅速越过分解温度或晶型转变温度，在低温下速越过分解温度或晶型

9、转变温度，在低温下保留高温晶型，以介稳状态保存下来。保留高温晶型，以介稳状态保存下来。2022-3-817P.296 #15o在在CaO-SiO2和和Al2O3-SiO2系统中，系统中，SiO2的液的液相线都很陡，解释为什么在硅砖生产中可掺相线都很陡，解释为什么在硅砖生产中可掺入少量入少量CaO做矿化剂，不会降低硅砖的耐火做矿化剂，不会降低硅砖的耐火度，而在硅砖中却要严格防止混入度，而在硅砖中却要严格防止混入Al2O3，否则便会使硅砖耐火度大大下降。否则便会使硅砖耐火度大大下降。2022-3-818系统相图系统相图Al2O3-SiO2系统相图系统相图2022-3-819Solution for

10、 #15o材料的耐火性能通常以出现液相的温度及在该温度材料的耐火性能通常以出现液相的温度及在该温度下产生的液相量来衡量；下产生的液相量来衡量；o从从Al2O3-SiO2系统相图可知，系统相图可知，SiO2的熔点为的熔点为1723oC，当当Al2O3=05.5%时，液相线很陡直，表明少量时，液相线很陡直，表明少量A l2O3即 会 使 得即 会 使 得 S i O2的 熔 点 迅 速 下 降 。 当的 熔 点 迅 速 下 降 。 当Al2O3=5.5%时，使时，使SiO2熔点降至系统的最低共熔熔点降至系统的最低共熔点温度点温度1595oC。若加入。若加入1%的的Al2O3，则在共熔点温，则在共熔

11、点温度下会产生度下会产生1/5.5=18.2%的液相，这就使硅砖的耐的液相，这就使硅砖的耐火度大大下降火度大大下降;2022-3-820Solution for #15 (continued)o从从CaO-SiO2系统相图可知，由于在与方石英平衡系统相图可知，由于在与方石英平衡的液相线上插入了的液相线上插入了2L区，使区，使C点偏向点偏向CS一侧，而一侧，而距距SiO2较远，因而较远，因而CB也很陡直。当向也很陡直。当向SiO2中加入中加入1%CaO，在低共熔温度，在低共熔温度1436oC下所产生的液相量下所产生的液相量为为1/37=2.7%，此外，由于，此外，由于CB液相线陡直，温度继液相线

12、陡直，温度继续升高时，液相量的增加也不会很多，从而保证了续升高时，液相量的增加也不会很多，从而保证了硅砖高的耐火度。硅砖高的耐火度。2022-3-821P.297 #25根据图根据图6-108回答问题回答问题(1) 说明化合物说明化合物S1、S2的性质；的性质；(2) 在图中划分副三角形及用箭头指示出各界线的温度下降方向及在图中划分副三角形及用箭头指示出各界线的温度下降方向及性质；性质；(3) 指出各无变量点的性质并写出各点的平衡关系；指出各无变量点的性质并写出各点的平衡关系；(4) 写出写出1、3组成的熔体的冷却结晶过程；组成的熔体的冷却结晶过程；(5) 计算熔体计算熔体1结晶结束时各相百分

13、含量，若在第三次结晶过程开始结晶结束时各相百分含量，若在第三次结晶过程开始前将其急冷，各相的百分含量又如何（用线段表示即可）；前将其急冷，各相的百分含量又如何（用线段表示即可）；(6) 加热组成加热组成2的三元混合物将于哪一点温度开始出现液相？在该温的三元混合物将于哪一点温度开始出现液相？在该温度下生成的最大液相量是多少？在什么温度下完全熔融？写出度下生成的最大液相量是多少？在什么温度下完全熔融？写出它的加热过程。它的加热过程。2022-3-822图图6-108MDF31TNQ2022-3-823DF31TMNQSolution for #25(1) S1：一致融化合物：一致融化合物 S2：不

14、一致融化合物：不一致融化合物(2) 如图如图(3) E：低共熔点，：低共熔点， LS2+B+C P1：单转熔点，：单转熔点， L+S1S2+C P2：单转熔点，：单转熔点， L+AS2+S12022-3-824DF31TMNQ(4)熔体熔体1析晶过程：析晶过程：o液相：液相：o固相：固相：1122101LC SLCL SSC1F=F=F= , LFP 相消失1121C SC SSCCCD 2022-3-825DF31TMNQ(4)熔体熔体3析晶过程：析晶过程：o液相：液相：o固相：固相：22221103L BSLB SLBLSC BF=F=F=F= , LTME 相消失2223B SB SSB

15、 CBBBNQ 2022-3-826DF31TMNQ(5)熔体熔体1，百分含量，百分含量o熔体熔体1结晶结束时各相含量结晶结束时各相含量nS2%=FG/S1CnS1%=CF/S1CnC%=S1G/S1Co第三次结晶过程开始前急第三次结晶过程开始前急冷，各相含量冷，各相含量:n玻璃相玻璃相=D1/DP1nC=S1D/S1C 1P1/DP1nS1=DC/S1C 1P1/DP1FG2022-3-827(6)混合物混合物2DF31TMNQo加热组成加热组成2的混合的混合物将于物将于TP2开始出开始出现液相现液相o该温度下出现的最该温度下出现的最大 液 相 量 为 ：大 液 相 量 为 ：H2/HP2o

16、在在T2温度完全熔融温度完全熔融HG2022-3-828DF31TMNQo冷却过程：冷却过程：o加热过程加热过程?：HG(6) 2点加热过程点加热过程121A22102LA SLL ASSF=F=F= , LGP 相消失1122A SA SSAAAH 121210122()()A SSLA SLALFFFH SA SA 消失消失222PPG2022-3-829P.298 #29o如图如图6-80为为CaO-Al2O3-SiO2系统的富钙部分系统的富钙部分相图，若原始液相组成位于硅酸盐水泥的配相图，若原始液相组成位于硅酸盐水泥的配料圈内，并恰好在料圈内，并恰好在CaO和和C3S初相区的边界初相区

17、的边界线上。线上。(1)分析此液相组成的结晶过程；分析此液相组成的结晶过程；(2)在缓慢冷却到无变量点在缓慢冷却到无变量点K的温度的温度1455oC时，时，急剧冷却至室温，则最终获得哪些相，各相急剧冷却至室温，则最终获得哪些相，各相含量多少？含量多少？2022-3-830CaO-Al2O3-SiO2系统相图系统相图MGNQDL2022-3-831结晶过程结晶过程o液相：从液相：从G点开始，到点开始，到K点结束点结束o固相：固相：332233232110LC SLC S C SL C SC SL C SC S C AF=F=F=F= , LGNYK 相消失33232323C SC S C SC S C SC S C S C ADDMQG 2022-3-832(2)相含量相含量o在缓慢冷