相图与相平衡解题.ppt

第三章 相图与相平衡 §1 相图中的点、线、面 点：表示平衡相中某相的温度与成分，亦称相点 同成分点、临界点、共晶点、包晶点 线：相转变时温度与平衡相成分的关系 固相线、液相线、固溶度线、汇溶线、水平反应线 面：相型相同的一种状态区域 单相区、两相区、三相区 在二元系相图中，除点接触外相邻相区的相数差永远是“1”。（相区接触法则） 在三相点处的相线曲率，必须使其延长线所表示的亚稳相位于其他两条平衡相线之间，而不是任意的。（曲率原则） 三相区的形状是一条水平线，其上三点是平衡相的成分点。 若两个三相区中有2个相同的相，则两条水平线之间必是由这两相组成的两相区。 §2 相平衡及相律 相平衡： 在一定条件下，多相系统中各相的种类、数目、性质和分布均不再随时间而改变。相平衡属于一种动态的平衡，是有条件的、暂时的和相对的。 相平衡三要素： 力学平衡 热平衡 合力为零 化学平衡 任一组元在各相 中的 相等 2. 四个普适定律（理）： 相律: 对于一个达到相平衡的系统而言，定有： 杠杆定理: 计算两相区内平衡存在的两个相的相 对质量。 相平衡定律: 体系中各相的数量并不影响这些相 的平衡组成和性质。 质量作用定律: 单位时间从相（1）转化到相（2）的分子数应当与该组分在相（1）中的有效浓度成正比；反向转化的分子数应当与它在相（2）中的有效浓度成正比。 3. Gibbs 相律： 在平衡系统中，由于受到平衡条件的制约，使得系统的自由度数（ F ）和独立组元数（ C ）、相数（ P ）以及对系统平衡状态能够产生影响的外界因素数（ n ）之间存在一定关系，这一关系即是相律。 　 ⅰ）相 相：指物质系统中具有稳定和相同的化学组成、晶体结构、聚集状态以及相同物理、化学性质的完全均匀一致的所有部分的总和。相可以是单质，也可以是由几种物质组成的均匀液相或化合物。 “完全均匀”是指物质在分子或离子水平上的均匀混合状态。 特点：不同相之间有明显界面；机械方法可分开；通过不同相的宏观界面性质发生突变；与数量多少无关；与是否连续无关。 不同的相之间必然有界面将其截然分开，但有界面分开的就一定是两个不同的相吗？（相界与晶界） 相同的组成成分，可以形成不同的物质形态。（同素异形体） 在外界条件发生变化时，物相状态将于某一特定的条件（临界值）时发生突变，其表现为： 从一种结构转变为另一种结构； 化学成分的不连续变化； 更深层次序结构的变化并引起物理性质的突变。 ⅱ）（独立）组元 系统中能单独分离出来并能独立存在的化学均匀物质称为组元。而决定一个相平衡系统的成分所必需的能独立存在和独立变化的最少物质（元素或化合物），则称为独立组元。 一个相中可以包含几种物质（组元） 一种物质可以形成几个相 通常将具有 n 个独立组元的系统称为 n 元系统。只有在特定条件下，独立组元和组元的含义才相同。即 系统中不存在化学反应 同一相内不存在浓度制约关系 注意： §3 平衡态与平衡凝固 1.单元系相图与克劳修斯-克拉珀龙方程 二元体系可以认为在液相时两相是完全互溶的。而当从液相冷却成为固态晶体时，组元之间的相互作用可有下列四种类型： ⅰ） 形成无限互溶固溶体 ⅱ） 两组元固相完全不互溶 ⅲ） 两组元各具有有限溶解度 ⅳ） 形成化合物 ⅰ）形成以任何比例混合的均匀一致的固溶体, 即无限互溶固溶体。 ⅱ）两组元固相完全不互溶。 ⅲ） 两组元各具有有限溶解度，当组分浓度大于该溶解度时，就形成两种固溶体的混合物。 ⅳ）形成化合物。形成的化合物可能是在熔化以前不分解的，也可能是在熔化以前分解的。化合物本身也可能对两个组元来说，都具有一定的溶解度。 §5 相图在晶体生长中的应用 热力学因素 相图 动力学因素 晶体学因素 晶体生长 界面效应 设备和人为因素 原料问题 其他因素