晶体生长基础Lecture 3 晶体生长热力学基础.pptVIP

*设某一组元成分为x，共n摩尔的固相从R点（在封闭容器内）加热熔解到O点，有n?摩尔熔解为液相，其余n?(=n-n?)摩尔仍为固相。这时通过O点的等温线上M和N点处的x?和x?分别代表固相和液相中该组元的成分。利用杠杆定则和相平衡曲线，可以给出任何温度下两相的摩尔数。n?n?*2.杠杆规则应用不同成分液相线和固相线斜率不同相同过冷度固液含量不同。固液二相区生长晶体选择在固相线斜率高的区域温度波动对成分的影响也不同*3.5相图的应用何廷斌（又称何斌）提供了台湾水道及要塞设防情况绘成一张地图郑成功收复台湾关键因素之一:*(4)等压变温或等温变压时体系相态变化l(液)*所以dp/dT0固-液线：因VlVs二氧化碳相图常见的单组分体系相图3.2.4.二氧化碳相图与硫的相图*硫的相图*1.相律分析二组分体系C=2F=C–P+2=4-P因Pmin=1，Fmax=3(最多有3个变量)Fmin=0,Pmax=4(最大共存4相)F*=C–P+1=3-P，最多有2个变量。3.3二组分平衡相图*二元典型相图T-X相图凝固过程，P没有影响F=2*化学式相似，结构相同，离子半径相近的物质能够形成。互溶体系二组元间不形成任何化合物，液相和固相都能以任何比例互相溶解；三区、两线、两点激光用红宝石的Al2O3-Cr2O3体系，就属于互溶体系连续固溶体的二元系统相图互溶体系*合金成分XT1：析出成分为?1的固相。?1偏离合金的原始成分；由于析出了?1固相，使液相中含B量增高，于是液相成分随温度降低而向富B的方向改变；在每一个温度时，固液两相的相对量都可利用杠杆定理来确定；随温度降低，液相量逐渐减少，固相量逐渐增加，而其成分则越来越接近于合金的原始成分；当冷却至T5时，液相减至零，全部凝结为固体，其成分则变为原始合金成分。这种凝固过程要求温度变化很慢，以便使不同温度下析出的成分不同的固相能经过扩散而成为均匀一致。*在一般的冷却条件下，所得固体的成分是不均匀的；先凝固出的含B较少，后凝固出的含B较多，如虚线所示。在生长晶体时，若有温度波动，而固相内扩散速度又很慢时，就会引起晶体的成分不均匀?生长层消除办法：把晶体放在低于该成分的固相点约50－1000C的温度下进行长时间加热（均匀化退火）。如：红宝石晶体退火：成分均匀、消除内应力*最高共熔点最低共熔点两种特例同成分点，两相成分相同，利于晶体生长*也称有限固熔体，并具有低共熔点共晶体系中，两固相不能以任何比例互溶而是存在饱和固溶度六个区、五条线从图中可以看出，混合物质的熔点下降，两者交于E点，E点称为低共熔点，通过E点的称为低共熔线，也称固相线。具有E点组成的混合物质称为低共熔物质钛宝石Al2O3-Ti2O3体系就是共晶体系生长共晶体系*共晶体系*固溶度：A、B原子的半径差别、电性、相对原子价、温度*共晶组织由于其凝固时的特点而具有特征的显微组织，一般为片状或球状。定向凝固若对共晶成分的合金进行定向的缓慢生长，则共晶组织中的?、?晶体均可成为单晶体；若单晶体为片状、杆状时，这是复合材料中的一种，可用于高温和高强度的结构材料或作特殊用途的光学材料。*极端情况：固相完全不互溶共晶体系*极端情况：固相完全不互溶共晶体系*具有转熔点的有限固溶体CP是包晶水平线，成分P和TP为包晶成分和包晶温度；固溶体SA(B)和SB(A)不存在低共熔点，而是有一个转熔点P；熔体M(2)冷却到TP时，相应液相组成点变化到P点，发生转熔过程，有：LP+SCA(B)?SDB(A)，上标C和D表示固溶体组成点包晶体系*包晶体系*组元的熔点相差悬殊反应缓慢包晶体系*简化为两个最简单低共熔点相图同成分点电子陶瓷Nd2O3-Al2O3形成同成分熔融化合物*E：低共熔点，f＝0，是析晶终点，L?A＋C；P：转熔点或回吸点，f＝0，L＋B?C化合物C是一种不稳定的化合物。类似包晶过程异成分熔融化合物*熔化前不分解AmBn为二次固溶体或中间相熔化前分解为固相和液相具有包晶过程结晶时形成化合物*K为临界溶解温度CKD为液相分层线分层偏晶过程C点为偏晶点，TC为偏晶温度该相图特征：两个纯物质点、一个临界点、两个三相点：偏晶点和共晶点（或包晶点）具有液相分层的二元相图*共析反应固相受热分解化合物*Summary互溶体系，L?SA