НАУЧНЫЙ РЕФЕРАТ
ЗАДАНИЯ НА НАУЧНЫЙ РЕФЕРАТ
ЗАДАНИЕ №1
1. Приведите определения и объясните сущность понятий: фаза, независимый компонент, степени свободы, вариантность системы, равновесное состояние. Определите число независимых компонентов в равновесной системе, состоящей из расплава, содержащего MgO и SiO2, твердых фаз MgO∙SiO2 и 2MgO∙SiO2. Какие соединения могут выступать в качестве независимых компонентов?
2. Процесс массопереноса (диффузии) в твердых телах: первый закон Фика, коэффициент диффузии и энергия активации этого процесса, порядок их величин для твердых и (для сравнения) жидких тел, зависимость от температуры. Виды и механизм диффузии в силикатных и других тугоплавких материалах.
ЗАДАНИЕ №2
1. Диаграмма состояния системы SiO2. Структура, свойства, распространение в природе и в технических продуктах полиморфных модификаций SiO2. Значение системы для химии и технологии силикатов. Кварцевое стекло. Другие кристаллические формы SiO2, не изображенные на диаграмме состояния: их структура, получение и свойства.
2. Кинетика твердофазовых реакций. Уравнения, описывающие кинетику реакций в смесях твердых веществ (уравнения Яндера, Гинстлинга-Броунштейна). Провидите анализ применимости этих уравнений на различных стадиях твердофазовых реакций и укажите, на каких стадиях и почему они наиболее точно описывают кинетику твердофазовых реакций?
ЗАДАНИЕ №3
1. Динамический и статический методы построения диаграмм состояния: принципы и сущность этих методов, последовательность операций при построении диаграмм состояния этими методами. Объясните, какой способ и почему более предпочтителен при построении диаграмм состояния силикатных систем. Опишите принципы теоретического расчета диаграмм состояния, знание каких термодинамических параметров и зависимостей необходимо для такого расчета.
2. Особенности твердофазовых реакций по сравнению с реакциями с участием жидкой и газовой фаз и причины, обусловливающие эти особенности. Опишите последовательность образования соединений за счет твердофазовых реакций в смеси СаО и SiO2.
ЗАДАНИЕ №4
1. Используя диаграмму состояния SiO2 опишите последовательность фазовых превращений при нагревании b-кварца вплоть до температуры плавления SiO2 и, наоборот, при охлаждении расплава до нормальной температуры в равновесных и неравновесных условиях. Какие отклонения от равновесных состояний характерны для системы SiO2 и в чем их причина. Опишите, как изменяются плотность и удельный объем при фазовых превращениях SiO2 и какое значение это имеет при производстве изделий на основе SiO2. Какова скорость фазовых превращений вы этой системе и как ее можно увеличить?
2. Процесс спекания. Сущность и признаки процесса спекания. Способы характеристики степени спекания. Что понимается под температурой спекания? Влияние спекания на свойства силикатных и других тугоплавких материалов и значение этого процесса при их производстве.
ЗАДАНИЕ №5
1. Трехкомпонентные диаграммы состояния. Опишите все элементы строения плоскостных трехкомпонентных диаграмм состояния и укажите, что показывают эти элементы строения. Типы тройных точек на этих диаграммах. Определите вариантность системы в полях первичной кристаллизации, на пограничных кривых и в тройных точках и объясните, что это означает. Сформулируйте правила: определения направления падения температуры на пограничных кривых, температуры начала кристаллизации, первичного пути кристаллизации и первично выпадающей фазы. Проиллюстрируйте применение этих правил на диаграмме состояния (рис. 15).
2. Механизм твердофазового спекания по Френкелю и Пинесу. Причины возникновения в пористом теле градиента концентрации вакансий и величина пересыщения вакансий у поверхности поры. Направление движения материальных частиц и вакансий в пористом теле при твердофазовом спекании.
ЗАДАНИЕ №6
1. Диаграмма состояния однокомпонентной системы в общем виде (рис. 1). Опишите последовательность фазовых превращений в системе в равновесных условиях для состава, отвечающего точке б. Определите вариантность системы в точках а, б и С и объясните, что это означает. Что такое неравновесная температура плавления и как определить ее по диаграмме состояния? Как влияет угол наклона линий упругости пара ВЕ и СF к оси температур на зависимость температуры фазового превращения от упругости пара?
2. Опишите, как влияет на процесс твердофазового спекания наличие в спекающемся теле пор разного диаметра и присутствие в порах газовой фазы. Что такое коалесценция пор и процесс внутреннего спекания? Напишите уравнение Гегузина, характеризующее критериальный размер пор и объясните значение всех входящих в него параметров.
ЗАДАНИЕ №7
1. Диаграмма состояния однокомпонентной системы с энантиотропными и монотропными полиморфными превращениями (рис. 2). Полиморфизм: сущность этого явления и классификация видов полиморфных превращений. Объясните разницу между энантиотропными и монотропными превращениями, используя диаграмму р-Т. Приведите схемы энантиотропных и монотропных полиморфных превращений и их примеры в силикатных системах.
2. Опишите сущность, механизм и значение для технологии силикатов и других тугоплавких материалов процессов жидкостного спекания, спекания за счет испарения-конденсации, реакционного спекания и спекания за счет пластической деформации. Каковы особенности спекания за счет процесса испарение - конденсация по сравнению с другими видами спекания и каковы условия, необходимые для протекания этого вида спекания? Приведите конкретные примеры получения технических продуктов с участием этих видов спекания.
ЗАДАНИЕ №8
1. Диаграмма состояния двухкомпонентной системы с бинарным соединением, плавящимся инконгруентно (рис. 5). Что является признаком такого соединения на диаграмме? Опишите, что показывают элементы строения этой диаграммы: кривые ликвидуса, точки эвтектики и перитектики. Характер процессов, происходящих при эвтектической и перитектической температурах. Опишите последовательность фазовых превращений при охлаждении расплавов составов а1, а2 и а13 и нагревании соединения АВ.
2. Первичная рекристаллизация. Движущая сила, сущность, механизм и условия, необходимые для первичной рекристаллизации. Что такое условный градиент искажений в кристалле и как с его помощью можно охарактеризовать интенсивность процесса образования зародышей новых кристаллов при первичной рекристаллизации? Какое влияние оказывает первичная рекристаллизация на микроструктуру (количество и размер кристаллов) твердых тел.
ЗАДАНИЕ №9
1. Диаграмма состояния двухкомпонентной системы с ликвацией и полиморфными превращениями (рис. 6). Что является признаком указанных фазовых превращений на диаграмме? Что такое явление ликвации, что показывают на диаграмме ветви кривой b1b3b5, как проявляется ликвация в реальных силикатных расплавах? Опишите последовательность фазовых превращений при охлаждении расплавов составов а1 и а2. Какие фазовые превращения происходят в системе (рис. 7) при охлаждении расплава состава a?
2. Вторичная рекристаллизация. Движущая сила и механизм роста кристаллов при вторичной рекристаллизации. Роль поверхностной межфазной энергии и кривизны поверхности при этом процессе. Кинетика вторичной рекристаллизации. Влияние вторичной рекристаллизации на микроструктуру твердых тел и значение этого процесса при синтезе силикатных и других тугоплавких соединений.
ЗАДАНИЕ №10
1. Диаграмма состояния двухкомпонентной системы с непрерывным и ограниченным рядом твердых растворов (рис. 8, рис. 9). Интерпретируйте понятие твердый раствор. Чем отличается непрерывный твердый раствор от ограниченного?. Что показывают точки кривых ликвидуса и солидуса на этих диаграммах? Чем отличается твердый раствор SА(В) от твердого раствора SВ(А)? Каковы пределы растворимости компонента А в В и компонента В в А (рис. 9)?. Опишите последовательность фазовых превращений при охлаждении расплавов составов а1 и а2 (рис.9).
2. Кристаллизация расплавов. Что называется переохлажденным (пересыщенным) расплавом и какова роль переохлаждения в процессе кристаллизации. Опишите, из каких двух стадий складывается процесс кристаллизации и каково значение каждой из этих стадий. Объясните ход температурных кривых при охлаждении расплавов без и с переохлаждением. Приведите конкретные примеры из технологии керамики, вяжущих материалов, стекла и ситаллов, иллюстрирующие значение процесса кристаллизации и его роль в формировании различных технических продуктов.
ЗАДАНИЕ №11
1. Диаграмма состояния системы Na2O-SiO2 (рис. 10). Опишите особенности этой системы и приведите характеристику существующих в ней бинарных соединений – их состав, полиморфизм, способы получения, свойства, распространение. Значение системы для химии и технологии силикатов. Жидкое (растворимое) стекло – получение, свойства, применение.
2. Опишите, в чем состоит сущность и механизм процесса гомогенного зародышеобразования и что представляют собой зародыши (центры) кристаллизации с точки зрения их структуры и размера. Рассмотрите, как изменяется энергия Гиббса при гомогенном зародышеобразовании и укажите, какие причины и как обусловливают это изменение. Что такое критический размер зародышей новой фазы и максимальная энергия активации процесса гомогенного зародышеобразования. Объясните график зависимости энергии Гиббса от размера зародыша кристаллизации.