材料熱力學 課件 22-第七章 相平衡狀態(tài)圖4

任課教師：李俊杰Office：西工大創(chuàng)新大廈1316Telmail：lijunjie@

上節(jié)回顧2/34部分互溶雙液體系簡單低共熔混合物水(A)異丁醇(B)溶液(l)T

溶液(l)BiCd

AEFHCONMNMO

FHG線：共晶轉變ECD線：偏晶轉變

BiZn

溶液(l)HEFGCDPQ

l+Zn(s)

Bi(s)+Zn(s)l+Bi(s)l+Zn(s)

部分互溶雙液體系簡單低共熔混合物Ag-NbAl-InPb-ZnMg-Na上節(jié)回顧3/34第七章相平衡狀態(tài)圖4/347.1緒論7.2相律

7.3一元系相平衡7.4二元系相圖概述7.5二元系氣-液相圖7.6二元系液-液相圖7.7二元系固-液相圖7.8二元系復雜相圖識別的一般方法形成簡單低共熔混合物的相圖形成化合物的相圖形成固溶體的相圖7.7二組分體系固-液相圖5/34形成穩(wěn)定化合物體系7.7.2形成化合物的相圖有些二組分體系，A與B在固態(tài)下雖不互溶，但能形成一種或多種化合物化合物升溫至熔化前，一直不分解，稱為穩(wěn)定化合物例如：CuCl(A)–FeCl3(B)化合物ABH2O(A)–H2SO4(B)化合物AB，A2B，A4BNaF(A)–MgF2(B)化合物ABAg(A)–Gd(B)化合物AB，A2B，A51B14Mg(A)–Pb(B)化合物A2B6/347.7.2形成化合物的相圖可視為兩個低共熔混合物相圖的組合A和B可按等比例形成穩(wěn)定化合物C

CuCl-FeCl3

體系相圖ME2N:l=B(s)+C(s)DE1F:l=A(s)+C(s)共晶轉變三相線：TA

AB(C)xBE1E2liquidHTADFMB

化合物C的熔點固/液兩相區(qū)：固/固兩相區(qū)：l+A(s)、l+C(s)、l+C(s)、l+B(s)A(s)+C(s)、B(s)+

C(s)單相區(qū)：Gl+A(s)l+C(s)l+C(s)l+B(s)A(s)+C(s)B(s)+C(s)NK液相(l)、A(s)、B(s)、C(s)最高點H：穩(wěn)定化合物典型相圖7/34A、B也可形成多個不同的化合物AmBn與 能形成三種穩(wěn)定的水合物：冬季管道運送硫酸的濃度為0.93左右(E4點)

283K236K7.7.2形成化合物的相圖穩(wěn)定化合物典型相圖8/347.7.2形成化合物的相圖

其它穩(wěn)定化合物相圖9/34Na2CO3與水可生成三種水合鹽Na2CO3·H2O、Na2CO3·7H2O和Na2CO3·10H2O，在常壓下，將Na2CO3投入冰-水混合物中形成三相平衡，若一相是冰，一相是Na2CO3水溶液，則另一相是：Na2CO3Na2CO3·H2ONa2CO3·7H2ONa2CO3·10H2OABCD提交10/34單選題1分形成不穩(wěn)定化合物體系A與B形成的化合物，當升溫至熔化之前便分解成與原組成不同的一種溶液和一種固體，這種化合物稱為不穩(wěn)定化合物

7.7.2形成化合物的相圖

轉熔轉變包晶轉變aLiquidbaLiquid包晶轉變11/347.7.2形成化合物的相圖CA(CaF2)B(CaCl2)xBTEliquid

CaF2—CaCl2體系相圖737℃l+A(s)l+C(s)l+B(s)A(s)+C(s)B(s)+C(s)DFGQPMN不穩(wěn)定化合物典型相圖l=B(s)+C(s)共晶轉變包晶轉變A(s)+l=C(s)PQG線DEF線A和B可按等比例形成不穩(wěn)定化合物C三相線：固/液兩相區(qū)：固/固兩相區(qū)：單相區(qū)：液相(l)、A(s)、B(s)、C(s)l+A(s)、l+C(s)、l+B(s)A(s)+C(s)、B(s)+

C(s)12/347.7.2形成化合物的相圖CA(CaF2)B(CaCl2)xBTEliquid

CaF2—CaCl2體系相圖737℃l+A(s)l+C(s)l+B(s)A(s)+C(s)B(s)+C(s)DFGQPMNa4a1a2a3由a1點液相不斷冷卻，至液相線上a2點開始析出A；

a2至a3，溫度繼續(xù)下降，液相不斷析出A，液相成分沿著a2G變化；溫度到達a3點，發(fā)生包晶轉變，生成化合物C，溫度恒定；包晶轉變結束，剩余A和化合物C，重新開始降溫，直至a4；相變分析路徑a1—a413/347.7.2形成化合物的相圖CA(CaF2)B(CaCl2)xBTEliquid

CaF2—CaCl2體系相圖737℃l+A(s)l+C(s)l+B(s)A(s)+C(s)B(s)+C(s)DFGQPMNb4b5b1b3b2由b1點至b3點與前面相同；包晶轉變結束，剩余液相和化合物C，重新開始降溫；b3至b4，剩余液相中不斷析出化合物C，直至b4；b4點發(fā)生共晶轉變，液相中同時析出化合物C和B，溫度恒定；共晶轉變結束后，溶液消失，兩固相繼續(xù)降溫，直至b5；路徑b1—b5相變分析14/34方法：找到物系點、相點，利用杠桿定律相的含量計算：凝固剛到a3點時，液相l(xiāng)與固相A的物質量之比：

包晶轉變結束后，化合物C與固相A的物質量之比：

7.7.2形成化合物的相圖CA(CaF2)B(CaCl2)xBTEliquid

CaF2—CaCl2體系相圖737℃l+A(s)l+C(s)l+B(s)A(s)+C(s)B(s)+C(s)DFGQPMNa4a1a2a315/34

其它不穩(wěn)定化合物相圖16/347.7.2形成化合物的相圖固溶體的概念在固態(tài)下，一種組元內“溶解”了其它組元而形成的單一、均勻的晶態(tài)固體溶液----固溶體(SolidSolution)組元能以任意比例互相固溶

完全互溶(連續(xù))固溶體特征多組元、原子尺度相互混合單相晶態(tài)，晶體結構仍為主晶相結構相互之間不存在化學計量比組元只能在一定范圍內固溶

部分互溶(有限)固溶體7.7.3形成固溶體的相圖Al-1.0at.%Mg(FCC)Mg-1.0at.%Al(HCP)17/34完全互溶固溶體兩個組元在固態(tài)和液態(tài)時能彼此按任意比例互溶，而不生成化合物，也沒有低共熔點。理想或近于理想溶液不理想程度很高TABxB→lsl+slsl+sl+sTABxB→Tl+slsl+sABxB→不理想程度很高b1b2a1a2a3a4a57.7.3形成固溶體的相圖18/347.7.3形成固溶體的相圖Ag-AuNi-AuNi-CuAu-Cu完全互溶固溶體相圖實例19/34固溶體與溶液共存時，液相與固相的濃度不同，利用此特點可提純材料7.7.3形成固溶體的相圖區(qū)域提純原理區(qū)域提純操作應用——區(qū)域提純20/3421/34

ABCD提交

不確定單選題1分

兩相濃度大小關系無法確定ABCD提交22/34單選題1分部分互溶固溶體

兩個組元在液態(tài)可無限互溶，而在固態(tài)只能部分互溶。7.7.3形成固溶體的相圖低共熔（共晶）型部分互溶固溶體轉熔（包晶）型部分互溶固溶體lABxB→MNEKGJFTl+aabl+ba+bABxB→lMNEJKFGabl+bl+aa+bT

23/347.7.3形成固溶體的相圖ABxB→lMNEJKFGabl+bl+aa+bT低共熔型部分互溶固溶體相圖低共熔型部分互溶固溶體兩相區(qū)：單相區(qū)：三相線：JEK線以上JMF線以左KNG線以右JEM區(qū)，l+aMNGF區(qū)，a+bKEN區(qū)，l+b溶液(l)固溶體(a)固溶體(b)MEN

共晶線

24/34相變分析：由a1點液相不斷冷卻，至液相線上a2點開始析出a固溶體；

a2至a3，溫度繼續(xù)下降，由液相不斷析出a固溶體

，液相、固相成分別沿著JE線、JM線變化；溫度到達a3點，液相消失，a固溶體成分與原熔液相同；a4點開始從a固溶體析出b固溶體；再降溫，a中繼續(xù)析出b，a固溶體組成沿MF線變化，b固溶體組成沿NG線變化a3點至a4點，溫度下降，a固溶體組成不變；7.7.3形成固溶體的相圖ABxB→lMNEJKFGabl+bl+aa+bTa4a5a1a3a2低共熔型部分互溶固溶體相圖bcde25/347.7.3形成固溶體的相圖GMK線以上，溶液(l)GEJ區(qū)，固溶體(a)KNF區(qū)，固溶體(b)GEM區(qū)，l+aENFJ區(qū)，a+bKMN區(qū)，l+bMEN

包晶線轉熔型部分互溶固溶體相圖lABxB→MNEKGJFTl+aabl+ba+b

兩相區(qū)：單相區(qū)：三相線：轉熔型部分互溶固溶體26/34相變分析：由a1點液相不斷冷卻，至液相線上a2點開始析出b固溶體；

a2點降溫到a3點，由液相中不斷析出b固溶體

，液相、固相組成分別沿KM線、KN線變化；溫度到a3點，b固溶體與液相l(xiāng)反應生成a固溶體(包晶轉變)，溫度恒定，直至b固溶體消失，剩余a固溶體與液相l(xiāng)

；a3點至a4點，溫度繼續(xù)下降，殘余液相l(xiāng)中繼續(xù)析出a固溶體，液相、固相組成分別沿MG線和EG線變化；7.7.3形成固溶體的相圖轉熔型部分互溶固溶體相圖lABxB→MNEKGJFTl+aabl+ba+ba5a6a1a4a2a327/34至a4點液相全部消失，剩余a固溶體組成與初始熔液相同；a4點到a5點，a固溶體降溫，組成不變；到a5點，a固溶體中開始析出b固溶體；a5點至a6點，a固溶體中不斷析出b固溶體，a固溶體組成沿EJ線變化，b固溶體組成沿NF線變化；7.7.3形成固溶體的相圖相變分析：轉熔型部分互溶固溶體相圖lABxB→MNEKGJFTl+aabl+ba+ba5a6a1a4a2a3bcd28/347.7.3形成固溶體的相圖Pb-Sn相圖Ag-Pt相圖Ag-Sb相圖混合型低共熔型轉熔型部分互溶固溶體相圖實例29/34第七章相平衡狀態(tài)圖30/347.1緒論7.2相律

7.3一元系相平衡7.4二元系相圖概述7.5二元系氣-液相圖7.6二元系液-液相圖7.7二元系固-液相圖7.8二元系復雜相圖識別的一般方法“3-1-2”原則復雜相圖分析實例7.8二元系復雜相圖識別的一般方法31/347.8.1“3-1-2”原則32/34八種基本相圖讀圖、作圖、用圖，其中讀圖是關鍵“3”：先找三相區(qū)“2”：由單相區(qū)確定兩相區(qū)“1”：由一條水平線可確定3個單相區(qū)三相區(qū)都是水平線其兩端分別頂著兩個單相區(qū)，中間與另一單相區(qū)相連兩相區(qū)的兩側必是兩個單相區(qū)1、兩個縱軸代表純ZrO2和純TiO2，中間x=0.5代表不穩(wěn)定化合物ZrO2?TiO22、三條水平線為三相線MNOEFGHIJ3、由三相線確定單相區(qū)4、確定兩相區(qū)l、C、a、b、g

3區(qū)：a+C1區(qū)：a+l4區(qū)：a+g6區(qū)：C+g7區(qū)：C+l8區(qū)：l+b10區(qū)：