第一章-相图3 材料科学基础课件.ppt

第五节 四元系统 四元凝聚系统的相律为： F=C-P+1=4-P+1=5-P F=0时，P=5，在无变量点，共有五相共存，四个晶相加一个液相 P=1时，F=4，有四个自由度，即温度与三个组分浓度 四元相图已无法在平面上表示，必须是空间立体图 一、四元系统组成表示法及四面体性质 用正四面体作为浓度四面体表示四元系统组成 四面体的四个顶角A、B、C、D分别表示四个组成 六条棱分别表示六个二元系统 四个三角形表示四个三元系统 四面体内任一点表示四元系统组成点 四面体内某一组成点中各组分的含量计算： 设ABCD四元系统内有一组成点P，通过P点作三个平面分别平行于四面体的三个面（如平行于ACD、ABD及ABC），这三个平面在各自对应的棱上，如AB、AC、AD截取线段b、c、d，就表示三个组分B、C、D的含量，即B%=b，C%=c，D%=d，而第四个组分A%=100-(b+c+d)=a 将代表四个组分含量的线段移到一条边（AB）上，可读出P点A、B、C、D的百分含量 浓度四面体中也有一些性质 在正四面体中作一平行于底面的平面，则在该平面上任意一点所代表的组成，其对面顶角组分的含量相同 平面A?B?C?平行于底面ABC，则在平面A?B?C?上的任何一点，均含有等量d% 通过正四面体一条棱作任何一平面，该平面上所有各点组成中，其它两个顶点组分的含量之比相同 平面ADF过AD棱，则平面ADF上所有各点的组成中，b%和c%的数量比相等 正四面体表示的四元系统状态图，其温度（变量）以状态图中的化合物（或混合物）的熔点数据和等温线表示。图中包含的点、线、面和体积等几何图形，分别代表无变量、单变量、双变量和三变量的平衡关系 通过正四面体一个顶点作任一直线，该直线上所有点的组成中，其它三个组分的含量之比相同 在直线DG上的任一点，其a%、b%和c%三者的数量比例保持一定 三元系统的杠杆规则和重心规则，在四元系统中同样可应用 二、具有四元低共熔点的最简单四元系统相图 1. 相图的构成： 四面体四个顶角A、B、C、D分别表示四个纯组分 六条棱分别表示六个二元系统 四个等边三角形表示四个三元系统 四面体内部表示A-B-C-D四元系统 e1、e2、??e6六个二元系统的低共熔点 E1、??E4四个三元系统的低共熔点 E为四元系统的低共熔点 整个四面体可分割为四个初晶空间。分别称为A、B、C、D的初晶空间，组成点落在某一初晶空间内，则首先析出该初晶空间的晶相 初晶空间分别由三个平面和三个曲面所围定，如A初晶空间由三个平面Ae3E1e1、Ae4E2e1、Ae4E4e3与三个曲面e1E1EE2、e3E1EE4、e4E2EE4所围定。 在初晶空间内液相与初晶相两相平衡共存 每个初晶空间交界处的曲面为相区界面。如D与A的初晶空间相交的曲面e4E2EE4称为D—A界面。相图中共有六个四元系统的界面，界面表示液相与两种晶相三相平衡 各个界面相交（三个初晶空间交界）而成曲线为相区界线，即三元低共熔线。如D—A界面与A—C界面（曲面e1E1EE2）相交，获得EE2界线，或称为D—A—C界线。相图中共有四条四元系统的界线，界线上液相与三种晶相平衡共存 四条界线（四个初晶相区）交于一点E点，为四元低共熔点。在E点上液相与四个固相平衡共存，自由度为零 四面体中三度空间无温度轴，在四元相图的界线上，同样用箭头表示温度下降方向。三元系统的连线规则仍然适用，只是由界线推广到了界面。 界面：使界面（或其延长部分）与对应的二个固相组成点连线（或其延长部分）相交，交点即为界面上的温度最高点。如图中D—A界面与DA连线交于e4点，e4点即为D—A界面上的温度最高点。 界线：使界线（或其延长线）与其对应的三个固相组成点所决定的平面（或其延长部分）相交，交点即为该界线上的温度最高点。如图中EE2界线（即D—A—C界线）与A、C、D三点所决定的平面相交于E2点，E2点即为EE界线上的温度最高点。 温度随离开最高点而下降 2. 冷却结晶过程 组成点位于在A初晶空间，当温度下降到析晶温度tM时，先析出晶相A，温度继续下降，晶相A不断析出，液相中A的量不断减少，但液相中A，B，C含量不变，故液相组成点沿AM延长线变化，从M点逐渐移向P点 到达D—A相区界面上P点后，出现晶相D，为液相与两个固相平衡共存 温度继续下降，液相组成点从P点沿PQ线移向Q点，同时析出晶相A和D。固相组成从A点移向F点，F点必在DA棱上。 界面上相平衡关系为：L→A+D 原始组成点M、固相组成点F、液相组成点Q三点必在一条直线上，可用杠杆规则进行定量计算 PQ线是液相组成点在A—D面上移动的路线，它是通过AD棱与M点所定的平面与A—D界面两者相交而得到的。 液相组成到达界线E4E上的Q点时