聊城大学《材料物理化学》第五章 相平衡4.pptVIP

第五章 相平衡与相图 第四节 二元系统 一、二元系统相图的表示方法 二、杠杆规则 三、二元相图基本类型 四、专业相图 一、二元系统相图的表示方法 1.二元系统概述 二元系统是含有二个组元（C=2）的系统，如：CaO-SiO2系统，Na2O-SiO2系统等，根据相律F=C-P+2=4-P，由于所讨论的系统至少应有一个相，所以系统最大自由度数为3，即独立变量除温度和压力外，还要考虑组元的浓度。对于三个变量的系统，必须用三个坐标的立体模型来表示。 但是，在通常情况下，硅酸盐系统是凝聚系统，可以不考虑压力的改变对系统相平衡的影响，此时相律可以下式表示：F=C-P+1。在后面所要讨论的二元、三元、四元系统都是凝聚系统，不再做特别说明。 对于二元凝聚系统 F=C-P+1=3-P 当Pmin=1时 Fmax=2 Pmax=3时 Fmin=0 可见，在二元凝聚系统中平衡共存的相数最多为三个，最大自由度数为2。这两个自由度就是指温度（T）和两个组元中任一组元的浓度（X）。因此二元凝聚系统相图仍然可以用平面图来表示，即温度-组成图表示。 2. 二元系统组成表示方法 二元系统相图中横坐标表示系统的组成因此又称为组成轴。组成轴的两个端点分别表示两个纯组元，中间任意一点都表示由这两个组元组成的一个二元系统，假设二元系统由A、B两组元构成，则两个端点A和B分别表示纯A和纯B。 组分轴分为100等份，从A点到B点，B的含量由0%增加到100%，A的含量由100%减少到0%。AB之间的任意点都是由AB组成的二元系统。在相图中组成可以用质量百分数表示，也可以用摩尔百分数或摩尔分数表示，其图形有明显的差别，应加以注意。纵坐标表示温度，又称为温度轴。 相图中的任意一点既代表一定的组成又代表系统所处的温度。由于在二元凝聚系统中温度和组成一定，系统的状态就确定了，所以相图中的每一点都和系统的一个状态相对应，即为状态点。 二、杠杆规则 1.杠杆规则推导 杠杆规则是相图分析中一个重要的规则。它可以计算在一定条件下，系统中平衡各相间的数量关系。 假设由A和B组成的原始混合物（或熔体）的组成为M，在某一温度下，此混合物分成两个新相，两相的组成分别为M1和M2，见图： 若组成为M的原始混合物含B为b%，总质量为G；新相M1含B为b1%，质量为G1；新相M2含B为b2%，质量为G2。因变化前、后的总量不变，所以 G = G1+G2 （1） 原始混合物中B的质量为G?b%，新相M1中B的质量为G1?b1%。新相M2中B的质量为G2?b2%。所以： G?b%= G1?b1%+ G2?b2%（2） 上式表明：如果一个相分解为两个相，则生成相的数量与原始相的组成点到两个新生相的组成点之间的线段成反比。此关系式与力学上的杠杆很相似。M点相当于杠杆的支点，M1和M2则相当于两个力点，因此称为杠杆规则。 2.杠杆规则的含义 可以看出: 系统中平衡共存的两相的含量与两相状态点到系统总状态点的距离成反比。 即含量愈多的相，其状态点到系统总状态点的距离愈近。 使用杠杆规则的关键是： 要分清系统的总状态点， 成平衡的两相的状态点， 找准在某一温度下，它们各自在相图中的位置。 三、二元相图基本类型 二元相图的八种类型： 1、具有低共熔点的二元系统； 2、生成一致熔融化合物的二元系统； 3、生成不一致熔融化合物的二元系统； 4、固相中有化合物形成或分解的系统； 5、具有多晶转变的系统； 6、具有液相分层的系统； 7、形成连续固溶体的系统； 8、形成不连续固溶体的系统。 学习相图的要求： 1、相图中点、线、面含义； 2、析晶路程； 3、杠杆规则； 4、相图的作用。 1.具有低共熔点的二元系统相图 特点： 两个组元在液态时能以任意比例互溶，形成单相溶液； 固相完全不互溶，两个组元各自从液相分别结晶； 组元间不生成化合物。 这种相图是最简单的二元系统相图。 （1）相图分析 TA：是纯组元A的熔点； TB：是纯组元B的熔点； TAE：是组成不同的高温 熔体在冷却过程中开始析 出A晶相的温度连线， TBE：是不同组成的高温熔体冷却过程中开始析出B晶相的温度连线。 TAE线、TBE线都称之为液相线， 通过E点的水平线GH称为固相线。 整个相图分为四个相区： L ：液相的单相区 P=1,F=2 L+A：A晶相和液相平衡共存 L+B：B晶相和液相平衡共存 FD：表示温度在TD时的A晶相与该温度下组成为D的液相平衡