ЗАДАНИЕ №12
1. Полиморфизм ортосиликата кальция – 2СaO∙SiO2. Опишите схему полиморфных превращений этого соединения по Бредигу, укажите области стабильного и метастабильного существования отдельных полиморфных форм, последовательность полиморфных превращений при нагревании и охлаждении ортосиликата кальция и приведите характеристику свойств его отдельных модификаций. С какой целью в технических продуктах (цементе, керамике) стремятся предотвратить полиморфное превращение метастабильной b-формы ортосиликата кальция в g-форму.? Опишите способы стабилизации при нормальной температуре ортосиликата кальция в b-форме. В чем сущность и механизм различных способов стабилизации b-C2S?
2. Опишите зависимость скорости образования центров кристаллизации и линейной скорости роста кристаллов от степени переохлаждения расплава (кривые Таммана). Чем объясняется наличие максимума на этих кривых? Укажите, каково взаимное расположение кривых Таммана для плохо и хорошо кристаллизующихся веществ. Каким образом по кривым Таммана можно выбрать режим направленной кристаллизации расплава, обеспечивающий заданную микроструктуру (размер и количество кристаллов) закристаллизованного материала?
ЗАДАНИЕ №13
1. Диаграмма состояния системы AI2O3-SiO2. Приведите изображение этой диаграммы по Боуэну и Грейгу и по данным отечественных исследователей (П.П.Будникова, Н.А.Торопова и др.) и укажите в чем и по какой причине различаются эти диаграммы. Опишите особенности этой системы и ее значение для химии и технологии силикатов. Почему на диаграмме отсутствует точка состава силлиманита. Муллит: состав, структура, получение, свойства, распространение в природе и технических продуктах.
2. Опишите, какие существуют виды рекристаллизации, их движущую силу, сущность и признаки. Чем отличается микроструктура (размер и количество кристаллов) твердых тел до и после рекристаллизации? Какой вид рекриталлизации вызывает наиболее сильное изменение микроструктуры и почему? Опишите влияние на процесс рекристаллизации температуры, размера исходных зерен материала и наличия в нем примесей и каков механизм этого влияния. Каким образом можно замедлить вторичную рекристаллизацию и зачем это бывает необходимым в технологии силикатных и других тугоплавких материалов?
ЗАДАНИЕ №14
1. Глинозем. Полиморфные разновидности глинозема и области их стабильно существования. Технический глинозем: способы его получения, свойства и применение. Корунд: распространение в природе и технических продуктах, способы получения и применение. Характерные физические и химические свойства корунда и где они используются в технике.
2. Процесс массопереноса (диффузии) в твердых телах. Что такое коэффициент диффузии и от каких факторов зависит его абсолютная величина? Типы диффузии. Сравнительная характеристика объемной, поверхностной диффузии и диффузии по границам зерен. Природа диффундирующих частиц: теория Вагнера и современные представления о природе диффундирующих частиц в твердых телах. Механизм диффузии частиц в твердых телах, какой механизм реализуется на практике наиболее часто (имеет наименьшую энергию активации).
ЗАДАНИЕ №15
1. Сформулируйте правило рычага и проиллюстрируйте его применение для количественных расчетов по диаграммам состояния двух- и трехкомпонентных систем. Какие случаи применения правила рычага встречаются в трехкомпонентных системах? Применив правило рычага, определите процентное содержание фаз в системе MgO-SiO2 после охлаждения расплава, содержащего 50% MgO; и расплава, содержащего 20% MgO, до 1750o. (рис. 12).
2. Каким процессом лимитируется скорость большинства твердофазовых реакций? Что такое коэффициент диффузии и энергия активации процесса диффузии? Опишите различные типы диффузии и дайте сравнительную характеристику скорости диффузии по этим типам, механизм диффузии в кристаллических телах. Какова роль дефектов кристаллической решетки в процессе диффузии
ЗАДАНИЕ №16
1. Диаграмма состояния трехкомпонентной системы с двойным химическим соединением, плавящимся инконгруентно (рис. 15). Признак подобного соединения на диаграмме. Характеристика процессов, происходящих вдоль конгруентных и инконгруентных пограничных кривых. Сформулируйте правила определения конечных фаз и конечной точки кристаллизации. Опишите последовательность фазовых превращений при нагревании твердой смеси состава М1 и химического соединения АС; при охлаждении расплава состава М2 и расплава, отвечающего по составу точке пересечения пограничной кривой E1G и соединительной прямой В-АС.
2. Опишите сущность и механизм процесса гетерогенного зародышеобразования. Какие условия необходимы для протекания процесса гетерогенного зародышеобразования. Используя уравнение Фольмера, докажите, что при выполнении этих условий энергия активации гетерогенного зародышеобразования всегда меньше, чем гомогенного. Рассчитайте по этому уравнению, во сколько раз энергия активации гетерогенного зародышеобразования меньше, чем гомогенного при угле смачивания расплавом твердой фазы, равном 30о.
ЗАДАНИЕ №17
1. Трехкомпонентная диаграмма состояния с двойным химическим соединением, разлагающимся или образующимся при изменении температуры в твердом состоянии (рис. 16). Признак подобного соединения на диаграмме. Точки двойного подъема и опускания: признак подобных точек и характеристика процессов, происходящих в них. Сформулируйте правило определения дальнейшего пути кристаллизации из точки двойного опускания. Опишите последовательность фазовых превращений при охлаждении расплава состава М, при нагревании твердой смеси состава М1 и состава, отвечающего точке двойного опускания G1.
2. Опишите, какие особенности твердофазовых реакций отличают их от реакций в жидких и газовых фазах. Какова последовательность образования соединений при твердофазовых реакциях в системе извести и кремнезема с молярным отношением СаО:SiO2 = 1:1, почему в этой системе в качестве первичного продукта образуется ортосиликат кальция?
ЗАДАНИЕ №18
1. Диаграмма состояния трехкомпонентной системы с тройным химическим соединением, плавящимся конгруентно, с полиморфными превращениями и с ликвацией (рис. 17). Признаки указанных фазовых превращений на диаграмме. Интерпретируйте сущность понятий конгруентное плавление, инконгруентное плавление, ликвация. Что показывают все точки бинодальной кривой на диаграмме? Опишите последовательность фазовых превращений при охлаждении расплавов составов а1 и а2, и при нагревании твердых смесей, отвечающих точкам m, n и s.
2. Дайте определение понятия "твердофазовые реакции". Приведите уравнения Яндера, выражающие кинетику твердофазовых реакций через толщину слоя продукта реакции и через степень превращения покрываемого компонента. Что такое покрывающий и покрываемый компоненты? Уравнение кинетики твердофазовых реакций Гинстлинга-Броунштейна. Приведите сравнительную характеристику уравнений Яндера и Гинстлинга-Броунштейна с точки зрения их применимости для разных стадий твердофазовых реакций и объясните причину различия данных, получаемым по этим уравнениям.
ЗАДАНИЕ №19
1. Диаграмма состояния системы Na2O-CaO-SiO2 (рис. 18).Опишите значение этой системы для химии и технологии силикатов. Каким образом можно использовать диаграмму состояния этой системы для правильного выбора составов известково-натриевых стекол? Приведите характеристику составов, свойств и распространения в технических продуктах тройных соединений в этой системе.
Решите задачу: высоко кремнеземистая твердая смесь, содержащая 10% Na2O, 10% CaO и 80% SiO2 нагрета в равновесных условиях до температуры 950 оС и затем подвергнута закалке; определите фазовый количественный состав полученного продукта.
2. Какими технологическими приемами можно ускорить протекание твердофазовых реакций? Опишите, как и почему может влиять на скорость реакций в смесях твердых веществ наличие жидкой и газовой фаз, химически инертных по отношению к реагирующим веществам. Влияние на скорость твердофазовых реакций природы реагентов, степени дефектности их кристаллической решетки и присутствия микродобавок и минерализаторов. Механохимическая активация твердых тел.
ЗАДАНИЕ №20
1. Диаграмма состояния системы CaO-Al2O3-SiO2 (рис. 19).Опишите значение этой системы для химии и технологии силикатов и укажите на диаграмме области составов различных технических продуктов (вяжущих материалов, стекла, керамики). Приведите характеристику составов, свойств, распространения в природе и технических продуктах тройных соединений в этой системе.
Решите задачу: огнеупор из чистого волластонита взаимодействует с расплавом, отвечающим составу геленита, причем взаимодействующие части этих материалов состоят из 37,2% волластонита и 62,8% геленита; определите из какого количества и каких по составу фаз будет состоять продукт взаимодействия в равновесных условиях при температуре 1400 оС и какое количество жидкой фазы останется к моменту начала кристаллизации эвтектического расплава.