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材料化学课件.doc

材料化学课件

黑色星期天到来
2017-09-30 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《材料化学课件doc》,可适用于综合领域

材料化学课件第章多元凝聚系统相图及其应用关于相律:多元凝聚系统的相律表达式为f*=CΦf*为条件自由度C为独立组元数Φ为相数数字代表温度变量压力变量。对于凝聚相:压力对凝聚相体系影响很小压力因素可以不计。凝聚态二元系统相图:C=,=f*=C=f*==f*=二元系相图KFBaTiO系统和提拉法低温制备单晶提拉法制备立方单晶BaTiO结晶过程分析:图KFBaTiO相图纵标为温度T横标为BaTiO的摩尔分数xKF和BaTiO的物质的量用杠杆规则计算:W(KF)W(BaTiO)=(~BaTiO)(KF~)StructureofBaTiOTheredspheresareoxygens,blueareTications,andthegreenonesareBa用途钛酸钡晶体有这样的特性:当它受压力而改变形状的时候会产生电流一通电又会改变形状。于是人们把钛酸钡放在超声波中它受压便产生电流由它所产生的电流的大小可以测知超声波的强弱。相反用高频电流通过它则可以产生超声波。现在几乎所有的超声波仪器中都要用到钛酸钡。除此之外钛酸钡还有许多用途。例如:铁路工人把它放在铁轨下面来测量火车通过时候的压力医生用它制成脉搏记录器。用钛酸钡做的水底探测器是锐利的水下眼睛它不只能够看到鱼群而且还可以看到水底下的暗礁、冰山和敌人的潜水艇等。实例图为KFBaTiO系统相图。这是一种最简单的具有一个低共熔点(eutecticpoint)的二元系统相图或称为二元固态不互溶凝聚系统相图。本书相图(二元系统及下文的三元系统立体相图)纵标单位一般为绝对温度T(个别相图仍保留摄氏温度t)横标为物质的量分数x或质量分数w等。由图可见如欲将BaTiO熔融用提拉法生长BaTiO单晶温度要求高达K。若加入一定量的KF就可在比K略高一点的温度提拉出质量合格的BaTiO单晶而使制备温度下降K左右。通常配料控制在靠近BaTiO的一侧。但BaTiO含量过高时拉制温度会过高这是由于此种情况下在比K稍高一点的温度时系统的液相量过少。一般可通过实验确定最佳的原料配比和提拉温度。CaOAlO系统和转熔过程的包晶反应一、CaOAlO系统把分子式为CaAlO的化合物写成CaOO简写为CA其它以此类推。Al系统中CA、CA、六铝酸钙CA和铝酸三钙CA均为不一致熔融化合物它们各自的分解温度,或称为转熔温度(peritectictemperatures),此相图的化合物与水泥密切相关。CA虽然在硅酸盐水泥和矾土水泥中均有存在但它的水化活性较差,是水泥中不希望有的矿物组成。CA与水反应强烈硅酸盐水泥中CA含量较高时水化速度较快。CA是矾土水泥的主要矿物CA和水化合时反应较快产物强度也较高所以矾土水泥也称为快硬高强水泥。此外CA常作为耐火水泥的主要矿物。相图中两个纯组元的熔点都很高。据文献报道CaO的熔点为KAlO的熔点为K。图显示相图两侧的液相线都很陡这提示了此两种材料不能混用否则会影响其高温性能。例如刚玉砖(其中αAlO的质量分数几乎达)就不能用含CaO的碱性泥料来砌筑。二、转熔过程的包晶反应异成分化合物或异组成化合物转熔点(peritecticpoint)异成分熔点(incongruentmeltingpoint)或不相合熔点转熔过程包晶反应因此要制作这类化合物(如相图中的CA)的单相晶体熔体的配料组成就不应该是相当于CA而是应比CA含更多一些AlO使它的AlO的含量处在对应的转熔点和低共熔点的组成之间但较靠近转熔点的组成。Fukuda就是用这种方法成功地制取了不一致熔融化合物KNbO的大块单晶(mm×mm×mm)。CaOSiO系统和二液分层及复杂的二元系统相图这个系统有个化合物CS(CaOSiO)硅酸三钙CS(CaO)SiO是不一致熔融二元化合物异分熔点化合物CS(CaO)和SiO硅酸二钙CS(CaO)SiO是一致熔融二元化合物。同分熔点化合物在此相图的富SiO部分AB线上方出现了一个二液(twoliquids,L)分层圆拱区。组成位于AB上方的熔体冷却至液相线时会自动分离成相互平衡的两个液相。二液分层问题可用来解释为何天然存在的火成岩中一类富含SiO另一类则SiO含量较贫而基本上没有中间组成的火成岩存在。在发射到月球的阿波罗登月号所获取的月球标本中也发现了这种二液分层的证据NaOSiO系统相图富硅部分水玻璃的组成常有变动一般用硅碱率(模数M)来表示随着M的增大水玻璃的粘度提高可溶性变差。通常情况下M,NaOSiO相图是硅酸盐玻璃的基础相图之一。有的文献认为最早的玻璃就是由埃及人把纯碱(NaCO)掺进砂子(主要成分是SiO)里经高温熔融后自然冷却制成的。从图可知少量NaO的加入会使SiO(α方石英)熔点从K急下降到K左右降低了近K。这就是NaO可作为硅酸盐玻璃助熔剂的原因。在NaOSiO系统相图富SiO部分有一个介稳的二液分层区相图中以虚线表示。将组成在这范围内的透明玻璃重新加热到,K范围时会变得混浊(失透)这是由于玻璃分相引起的。相图的右上方是液相和SiO平衡相区其中SiO会发生晶型转变液相在其中仅起介质作用。此相图显示有液相存在时石英和鳞石英之间的晶型转变温度虽然和SiO相图(图)中没有不同但它明显地高于相关的低共熔温度。由此可知在少量NaO存在时能从含SiO的液相中获得SiO的低温稳定晶型石英而前述的SiO相图(图)表明从纯SiO熔体中是不可能直接获得石英变体的。MgONiO和CaAlSiONaAlSiO系统及分级结晶现象MgONiO系统中两个纯组元均具有岩盐结构。在天然的方镁石(MgO)矿中杂质Ni的含量很高便是由于MgO和NiO之间生成了连续固溶体的缘故。在图所示的钙斜长石钠长石(CaAlSiONaAlSiO)系统中生成了连续固溶体斜长石。在有固溶体生成的体系中通过一种所谓的“分级结晶”过程常常会产生介稳的非平衡产物。冷却组成为b的熔体M第个析出的晶体组成为a。假如在进一步冷却中这些晶体来不及与液相反应它们将事实上脱离开体系而残留下来。液相进

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