沈陽(yáng)化工大學(xué)無(wú)機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)6-4-專業(yè)相圖

單元系統(tǒng)專業(yè)相圖二元系統(tǒng)專業(yè)相圖三元系統(tǒng)專業(yè)相圖第五節(jié)專業(yè)相圖SiO2系統(tǒng)相圖ZrO2系統(tǒng)相圖C2S系統(tǒng)相圖CaO－SiO2系統(tǒng)相圖Al2O3－SiO2系統(tǒng)MgO－SiO2系統(tǒng)Na2O－SiO2系統(tǒng)CaO－Al2O3－SiO2系統(tǒng)

K2O－Al2O3－SiO2系統(tǒng)

MgO－Al2O3－SiO2系統(tǒng)

Na2O－CaO－SiO2系統(tǒng)（一）SiO2系統(tǒng)相圖1、SiO2的多晶轉(zhuǎn)變一級(jí)變體間的轉(zhuǎn)變：重建型轉(zhuǎn)變二級(jí)變體間的轉(zhuǎn)變：位移型轉(zhuǎn)變573℃160℃117℃268℃一、單元系統(tǒng)專業(yè)相圖及應(yīng)用物質(zhì)在發(fā)生多晶轉(zhuǎn)變時(shí)，由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，所以必然伴隨著體積的變化，即多晶轉(zhuǎn)變時(shí)存在體積效應(yīng)。

多晶轉(zhuǎn)變體積效應(yīng)：2、SiO2相平衡圖6-17β－方石英、β磷石英和γ－磷石英雖然都是低溫下的熱力學(xué)不穩(wěn)定態(tài)，但由于它們轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃W(xué)穩(wěn)定態(tài)的速度極慢，實(shí)際上可以長(zhǎng)期保持自己的形態(tài)。在硅酸鹽制品中，SiO2常以介穩(wěn)態(tài)晶相出現(xiàn)3、SiO2系統(tǒng)相圖實(shí)際應(yīng)用SiO2的實(shí)際多晶轉(zhuǎn)變過(guò)程并不完全遵循SiO2相圖中的變化。（1）硅質(zhì)耐火材料的生產(chǎn)和使用圖6-17我們希望：硅磚中α－磷石英越多越好；而不希望有方石英出現(xiàn)。加入礦化劑：

Fe2O3、CaO礦化劑的作用：礦化劑在1000℃左右產(chǎn)生一定量的液相（約5～7％），（1）α－石英與α－方石英在液相中溶解度大，而α－磷石英溶解度小，使其不斷從液相中析出；（2）一定量液相的生成，可以緩解由于α－石英向偏方石英轉(zhuǎn)變時(shí)體積膨脹在坯體內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力。1）根據(jù)降溫和升溫時(shí)的體積變化，選定以磷石英為主晶相，燒成溫度在870～1470℃之間選擇一恰當(dāng)溫度，一般取中間偏高，并應(yīng)有較長(zhǎng)的保溫期和加礦化劑以保證充分磷石英化；

2）燒成之后降溫可以加快，使其按α-磷→β-磷→γ-磷變化；

3）在使用時(shí)，烤窯過(guò)程中應(yīng)在120℃、163℃、230℃、573℃均有所注意，要緩慢進(jìn)行；

4）該種材料在870～1470℃溫度范圍內(nèi)使用較為適宜。根據(jù)SiO2相圖，在硅質(zhì)耐火材料的制備和使用時(shí)應(yīng)遵循以下幾條原則：（2）對(duì)壓電材料制備的指導(dǎo)作用圖6-17（二）ZrO2系統(tǒng)相圖相圖分析：相圖應(yīng)用:（1）ZrO2制品在燒成過(guò)程中開裂生產(chǎn)上：加入穩(wěn)定劑，6～8％CaO和15％Y2O3。（2）增韌陶瓷利用四-ZrO2方向單斜-ZrO2轉(zhuǎn)變時(shí)體積膨脹PSZ（部分穩(wěn)定二氧化鋯材料）（三）C2S系統(tǒng)相圖當(dāng)發(fā)生β－C2S向γ－C2S轉(zhuǎn)變時(shí)，伴隨9％的體積膨脹，造成水泥熟料粉化；且γ－C2S不具有膠凝性質(zhì)，因此會(huì)使水泥質(zhì)量下降。多晶轉(zhuǎn)變：生產(chǎn)上的措施：（1）急冷，使C2S以過(guò)冷β－C2S介穩(wěn)態(tài)存在；（2）加入穩(wěn)定劑：P2O5、Cr2O3、VO、BaO、MnO2復(fù)雜相圖研究方法：（1）系統(tǒng)中生成化合物的個(gè)數(shù)；（2）生成化合物的性質(zhì)：一致熔融、不一致熔融；（3）根據(jù)一致熔融化合物，將系統(tǒng)劃分為若干簡(jiǎn)單的分二元系統(tǒng)；（4）分別討論各分二元系統(tǒng)：液相線、相區(qū)、無(wú)變點(diǎn)性質(zhì)二、二元元系統(tǒng)專業(yè)相圖（一）Al2O3－SiO2系統(tǒng)生成一個(gè)一致熔融型化合物A3S2（莫來(lái)石）Al2O3－SiO2系統(tǒng)相圖應(yīng)用：——硅鋁質(zhì)耐火材料（1）硅鋁質(zhì)耐火材料分類及相應(yīng)礦物組成材料Al2O3wt％主要礦物相硅質(zhì)<1磷石英、方石英、玻璃相半硅質(zhì)15～30方石英、磷石英、少量莫來(lái)石及玻璃相粘土質(zhì)30～48莫來(lái)石、方石英、磷石英高鋁質(zhì)48～90莫來(lái)石、少量硅氧晶體及玻璃相莫來(lái)石質(zhì)70～72莫來(lái)石、玻璃相剛玉質(zhì)>90剛玉、玻璃相（2）Al2O3含量對(duì)硅質(zhì)耐火材料性能的影響在硅磚生產(chǎn)和使用過(guò)程中，要嚴(yán)防Al2O3的混入，否則，硅磚耐火度會(huì)下降。隨Al2O3含量的增加，引起材料耐火性能的變化如：硅磚（3）由組成估計(jì)其液相量

如在1600℃、Al2O3＝5.5～72％范圍內(nèi)，用杠桿規(guī)則確定的組成于液相量的對(duì)于關(guān)系如下：Al2O3％1020304672液相％968064400（痕量）（4）由液相線的傾斜度判斷液相量隨溫度變化情況（二）CaO－SiO2系統(tǒng)相圖（1）CaO－SiO2系統(tǒng)中生成的化合物有：CS、C3S2、C2S、C3S（2）生成化合物的性質(zhì)：

一致熔融化合物：CS、C2S

不一致熔融化合物：C3S2、C3S（3）劃分分二元系統(tǒng)：

SiO2

－CS分二元系統(tǒng)；

CS－C2S分二元系統(tǒng)；

C2S

－CaO分二元系統(tǒng)。（4）分別討論各分二元系統(tǒng)：1、SiO2

－CS分二元系統(tǒng)低共熔點(diǎn)：C點(diǎn)、TC＝1436℃，組成為37％CaO液相分層：富SiO2液相區(qū)多晶轉(zhuǎn)變：為什么在硅磚生產(chǎn)中可以采取CaO作礦化劑，而不嚴(yán)重影響其耐火度？2、CS－C2S分二元系統(tǒng)有一個(gè)不一致熔融化合物C3S2低共熔點(diǎn)E：1460℃轉(zhuǎn)熔點(diǎn)F：1464℃晶型轉(zhuǎn)變：1125℃3、C2S－CaO分二元系統(tǒng)低共熔點(diǎn)H：2050℃晶型轉(zhuǎn)變：C2S的α、α`、β、γ晶型轉(zhuǎn)變不一致熔融化合物C3S：1250℃2150℃CaO－SiO2系統(tǒng)中的無(wú)變量點(diǎn)（三）MgO－SiO2系統(tǒng)（1）MgO－SiO2系統(tǒng)中生成的化合物有：M2S、MS（2）生成化合物的性質(zhì)：

一致熔融化合物：M2S

不一致熔融化合物：MS（3）劃分分二元系統(tǒng)：

MgO－M2S分二元系統(tǒng)；

M2S

－SiO2

分二元系統(tǒng)。（4）分別討論各分二元系統(tǒng)：液相線、相區(qū)、無(wú)變點(diǎn)性質(zhì)1、相圖介紹※應(yīng)用：原頑火輝石是滑石瓷中的主要晶相冷卻：加熱：2、MgO－SiO2系統(tǒng)相圖應(yīng)用（1）MS晶型轉(zhuǎn)變×（2）鎂質(zhì)耐火材料MgO含量應(yīng)高于M2S中MgO含量，否則耐火度會(huì)下降在煉鋼等工業(yè)窯爐上，禁止鎂磚與硅磚砌在一起（四）Na2O－SiO2系統(tǒng)（1）Na2O－SiO2系統(tǒng)中生成的化合物有：N2S、NS、NS2、N3S8（2）生成化合物的性質(zhì)：

一致熔融化合物：NS、NS2

不一致熔融化合物：N2S、N3S8

（3）劃分分二元系統(tǒng)：

Na2O－NS分二元系統(tǒng)

NS－NS2分二元系統(tǒng)

NS2－SiO2分二元系統(tǒng)（4）分別討論各分二元系統(tǒng)：

液相線、相區(qū)、無(wú)變點(diǎn)性質(zhì)（一）CaO－Al2O3－SiO2系統(tǒng)三、三元系統(tǒng)專業(yè)相圖CaO－Al2O3－SiO2系統(tǒng)相圖1）判斷化合物的性質(zhì)：共有十個(gè)二元化合物、二個(gè)三元化合物

一致熔融二元化合物：

CS、C2S、C12A7、A3S2

不一致熔融二元化合物：

C3S2、C3S、C3A、CA、CA2、CA6

一致熔融三元化合物：CAS2、C2AS2）界線上溫度及性質(zhì)：——連線規(guī)則和切線規(guī)則3）判斷無(wú)變點(diǎn)性質(zhì)：15個(gè)無(wú)變量點(diǎn)4）副三角形：有多少無(wú)變點(diǎn)就對(duì)應(yīng)多少副三角形5）觀察相圖中是否存在晶型轉(zhuǎn)變、液相分層或固溶體等1、相圖介紹2、高鈣區(qū)CaO－C2S－C12A7（1）硅酸鹽水泥配料范圍的選擇水泥的配料組成（化學(xué)組成wt％）：原料石灰石粘土Fe粉成份CaOAl2O3SiO2Fe2O3

wt％60～675～720～244～63、CaO－Al2O3－SiO2系統(tǒng)相圖應(yīng)用水泥的礦物組成（wt％）：C3S：40～60％C2S：15～30％C3A：6～12％C4AF：10～16％CaO——水化慢，放熱大C12O7——膠凝性質(zhì)差有用礦物無(wú)用礦物根據(jù)△規(guī)則，配料點(diǎn)落在何副△內(nèi)，最后析晶產(chǎn)物便為這個(gè)副△頂點(diǎn)所表示的晶相?？芍?，配料點(diǎn)在△C3S－C2S－C3A濃度三角形內(nèi)。平衡冷卻：急冷：介于兩者之間：——獨(dú)立析晶（2）燒成（3）冷卻不同的冷卻制度，水泥熟料的相組成和含量不同非平衡加熱過(guò)程（二）Na2O－CaO－SiO2系統(tǒng)1、相圖介紹2、相圖應(yīng)用——鈉鈣硅酸鹽玻璃（1）確定玻璃的配料組成范圍（2）分析玻璃生產(chǎn)中產(chǎn)生失透現(xiàn)象的原因a）考慮析晶性能——選擇析晶能力小的熔體b）綜合考慮玻璃的其它工藝性能和使用性能析晶能力：低共熔點(diǎn)處<界線上<初晶區(qū)內(nèi)低共熔點(diǎn)6處組成的玻璃析晶能力最小，但其中的Na2O含量高（22％），其化學(xué)穩(wěn)定性和強(qiáng)度不能滿足使用要求。（三）K2O－Al2O3－SiO2系統(tǒng)1、相圖介紹2、相圖應(yīng)用——長(zhǎng)石質(zhì)陶瓷配料組成：粘土、長(zhǎng)石、石英礦物組成：莫來(lái)石、石英、長(zhǎng)石配料三角形：△QWD產(chǎn)物三角形：△QWm

配料三角形與產(chǎn)物三角形1）產(chǎn)品中的莫來(lái)石量取決于配料中的粘土量（等含量規(guī)則）；2）燒成溫度范圍寬——日用瓷的實(shí)際燒成溫度在1250～1450℃；3）估計(jì)燒成時(shí)的液相量的多少和燒成后獲得的制品中的相組成。

配料1－5：莫來(lái)石、石英、玻璃相配料6：莫來(lái)石、玻璃相配料7－8：莫來(lái)石、長(zhǎng)石、玻璃相

應(yīng)用：（四）MgO－Al2O3－SiO2系統(tǒng)1、相圖介紹本系統(tǒng)中，各組分氧化物及多數(shù)二元化合物熔點(diǎn)都很高，但三元無(wú)變點(diǎn)T降低，∴不同二元系列的耐火材料不應(yīng)混合使用，否則，會(huì)降低液相出現(xiàn)溫度及耐火度2、相圖應(yīng)用1）滑石瓷：主晶相MS2）堇青石瓷：M2A2S53）低損耗滑石瓷4）鎂橄欖石瓷：M2S滑石——偏滑石粘土