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第六章 相平衡 §6-1 硅酸盐系统相平衡特点 §6-2 单元系统 §6-3 二元系统 §6-4 三元系统 §6-5 四元系统 §6-1硅酸盐系统相平衡特点 一．热力学平衡态与非平衡态 1．概念 物质自一个相迁移到另一个相的过程叫相变过程。 对于多相系统，长时间内从宏观上看不到有任何物质在相间传递，认为该系统达到相平衡。 相平衡：研究多相系统中，系统的状态随温度、压力、组分浓度等变化而变化的规律。 把相平衡的实验结果用几何图形表示→相平衡图 3．相图与实际应用中的差距 （1）相图是在平衡状态下作出的，而在实际生产中，受到质量，产量等因素的约束，经常是在非平衡状态下进行的； （2）作相图是从高温→低温的过程，易达到平衡，而在实际生产中是从低温→高温的过程，不易达到平衡； （3）制作相图，实验室用的是纯物料，而实际生产中用天然原料，含有杂质。 二．硅酸盐系统中的组分、相及相律 1．组分、独立组分 （1）组分——系统中能够单独分离出来且能独立存在的化学纯物质。 组分数：即系统的物种数。 如：NaCl溶于H2O中，其组分数=2； 在硅酸盐系统中，经常用氧化物作为系统的组分， 如：Al2O3-SiO2为二元系统，组分数=2； 硅酸盐物质的化学式表达方式之一即氧化物形式表达，如：钾长石K2O·Al2O3·6SiO2为单元系统，仅表示一种物质，组分数=1。 （2）独立组分数——表示构成平衡系统中各相组成所需要的最少组分数，用“c”表示。 当不存在化学平衡时，组分数=独立组分数。 如：低温系统中CaCO3、CaO、CO2存在，组分数=独立组分数=3； 当有化学平衡存在时，独立组分数=组分数-独立的化学平衡数 如：高温系统中CaCO3、CaO、CO2存在， 有：CaCO3 CaO+CO2平衡，组分数=3； c =3-1=2； 三．相平衡研究方法 研究方法的实质：利用系统在相变时能量的变化或物理化学性质的变化，通过实验手段准确的得到相变温度。 实验手段：（1）动态法 a)加热或冷却曲线法（准确地测出在加热或冷却过程中的“温度-时间”曲线）； b)差热分析法 （准确地测出 物质的相变温 度）。 §6-2 单元系统 一．单元系统相图的表示方法 单元系统中组分只有一个，不存在浓度问题，影响系统的因素只有温度和压力，因此，相图用温度和压力二个坐标表示。 根据相律：f = c – P + 2 = 3 – P (c = 1)； 相数Pmin= 1， 则 fmax= 2（组分浓度不变，所以变量为T、P）；Pmax = 3，fmin= 0。 在单元系统中最多可出现三相平衡共存。系统的平衡状态取决于温度和压力。 单元系统用P~T图表示。相图上的每个点代表一个状态——状态点。 三．具有同质多晶转变的单元系统相图 图6-2是具有同质多晶转变的单元系统相图的一般形式。 1.单相区 实线把相图分为四个单相区。 FBA区：低温稳定的晶型Ⅰ的 单相区； FBCE区：高温稳定的晶型Ⅱ 的单相区； ECD区：液相（熔体）区； ABCD区：气相区。 五．SiO2系统相图 SiO2在自然界储量很大，以多种矿物的形态出现。如水晶、玛瑙、砂岩、蛋白石、玉髓、燧石等。 在常压和有矿化剂存在的条件下，固态有7种晶型，如图： §6-3 二元系统 一、二元相图的表示法 二元系统存在二种独立组分，对于二元凝聚系统，其相律为： f = c – P + 1 = 3 – p (c = 2)； 相数：Pmin= 1， 则 fmax= 2（变量为温度T和组分浓度）；Pmax= 3，fmin= 0。 二元凝聚系统相图是以温度为纵坐标，系统中任一组分浓度为横坐标绘制的。相图上的几何要素点、线、面分别表示系统的不同平衡状态。 二、 二元凝聚系统相图的基本类型 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、形成固溶体的系统； 2．相图分析 （1）几何要素 （2）几何要素的性质 液相线aE、bE：在aE线上，液相对组分A饱和，任何富A熔体冷却到该线上即开始析出晶体A；在bE线上，液相对组分B饱和；