第六章相平衡与相图PPT讲稿.ppt

第六章相平衡与相图第1页，共78页，编辑于2022年，星期三 第三节第三节 二元系统二元系统 一、二元系统相图的表示方法一、二元系统相图的表示方法二、杠杆规则二、杠杆规则三、二元相图基本类型三、二元相图基本类型四、专业相图四、专业相图五、相图的实验研究方法五、相图的实验研究方法第2页，共78页，编辑于2022年，星期三一、二元系统相图的表示方法一、二元系统相图的表示方法1.二元系统概述二元系统概述n二元系统是含有二个组元（二元系统是含有二个组元（C=2）的系统，如：）的系统，如：CaO-SiO2系统，系统，Na2O-SiO2系统等，根据相律系统等，根据相律F=C-P+2=4-P，由于所讨，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，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。系统，必须用三个坐标的立体模型来表示。n但是，在通常情况下，硅酸盐系统是凝聚系统，可以不考虑但是，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：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。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。系统，不再做特别说明。第3页，共78页，编辑于2022年，星期三n对于二元凝聚系统对于二元凝聚系统 F=C-P+1=3-Pn 当当Pmin=1时时 Fmax=2 Pmax=3时时 Fmin=0n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，最大自由度数为由度数为2。这两个自由度就是指温度（。这两个自由度就是指温度（T）和两个组元中任一）和两个组元中任一组元的浓度（组元的浓度（X）。因此二元凝聚系统相图仍然可以用平面图）。因此二元凝聚系统相图仍然可以用平面图来表示，即温度来表示，即温度-组成图表示。组成图表示。第4页，共78页，编辑于2022年，星期三2.二元系统组成表示方法二元系统组成表示方法n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，则两个端点两组元构成，则两个端点A和和B分别表示纯分别表示纯A和纯和纯B。n 组分轴分为组分轴分为100等份，从等份，从A点到点到B点，点，B的含量由的含量由0%增加到增加到100%，A的含量由的含量由100%减少到减少到0%。AB之间的任意点都是由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。意。纵坐标表示温度，又称为温度轴。第5页，共78页，编辑于2022年，星期三n相图中的任意一点既代表一定的组成又代表系统所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，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。统的一个状态相对应，即为状态点。第6页，共78页，编辑于2022年，星期三二、杠杆规则二、杠杆规则1.杠杆规则推导杠杆规则推导n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。n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：第7页，共78页，编辑于2022年，星期三n若组成为若组成为M的原始混合物含的原始混合物含B为为b%，总质量为，总质量为G；新相；新相M1含含B为为b1%，质量为，质量为G1；新相；新相M2含含B为为b2%，质量为质量为G2。因变化前、后的总量不。因变化前、后的总量不变，所以变，所以 G=G1+G2（1）n原始混合物中原始混合物中B的质量为的质量为Gb%，新相，新相M1中中B的质量为的质量为G1b1%。新相。新相M2中中B的质量为的质量为G2b2%。所以：。所以：Gb%=G1b1%+G2b2%（2）ABM1MM2b1bb2将（将（1）式代入，得）式代入，得（G1+G2）b%=G1b1%+G2b2%G1（b-b1）=G2（b2-b）（）（3）所以所以 G1（M1-M）=G2（M-M2）两个新相）两个新相M1和和M2在系统中的含量则为：在系统中的含量则为：G1=（M-M2/M1+M2）%G2=（M1-M/M1+M2）%第8页，共78页，编辑于2022年，星期三上式表明：如果一个相分解为两个相，则生上式表明：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成点之间的线段成反比。此关系式与力学上的杠杆很相似。杆很相似。M点相当于杠杆的支点，点相当于杠杆的支点，M1和和M2则则相当于两个力点，因此称为杠杆规则。相当于两个力点，因此称为杠杆规则。第9页，共78页，编辑于2022年，星期三2.杠杆规则的含义杠杆规则的含义n可以看出可以看出:q系统中平衡共存的两相的含量与两相状态点到系统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。总状态点的距离成反比。q即含量愈多的相，其状态点到系统总状态点的距离即含量愈多的相，其状态点到系统总状态点的距离愈近。愈近。n使用杠杆规则的关键是：使用杠杆规则的关键是：q要分清系统的总状态点，要分清系统的总状态点，q成平衡的两相的状态点，成平衡的两相的状态点，q找准在某一温度下，它们各自在相图中的位置。找准在某一温度下，它们各自在相图中的位置。第10页，共78页，编辑于2022年，星期三三、二元相图基本类型三、二元相图基本类型二元相图的二元相图的八种类型八种类型：1、具有低共熔点的二元系统；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；、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；、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；、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；、具有多晶转变的系统；6、具有液相分层的系统；、具有液相分层的系统；7、形成连续固溶体的系统；、形成连续固溶体的系统；8、形成不连续固溶体的系统。、形成不连续固溶体的系统。第11页，共78页，编辑于2022年，星期三学习相图的要求学习相图的要求：1、相图中点、线、面含义；、相图中点、线、面含义；2、析晶路程析晶路程；3、杠杆规则；、杠杆规则；4、相图的作用。、相图的作用。第12页，共78页，编辑于2022年，星期三1.具有低共熔点的二元系统相图具有低共熔点的二元系统相图 特点：特点：n两个组元在液态时能以任意比例互溶，形成单相溶液；两个组元在液态时能以任意比例互溶，形成单相溶液；n固相完全不互溶，两个组元各自从液相分别结晶；固相完全不互溶，两个组元各自从液相分别结晶；n组元间不生成化合物。组元间不生成化合物。n这种相图是最简单的二元系统相图。这种相图是最简单的二元系统相图。A TBE ABALBLTABLBMTcTDTECDKGRHMROF第13页，共78页，编辑于2022年，星期三（1）相图分析）相图分析TA：是纯组元：是纯组元A的熔点；的熔点；TB：是纯组元：是纯组元B的熔点；的熔点；TAE：是组成不同的高温：是组成不同的高温熔体在冷却过程中开始析熔体在冷却过程中开始析出出A晶相的温度连线，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：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。晶相的温度连线。TAE线、线、TBE线都称之为液相线，线都称之为液相线，通过通过E点的水平线点的水平线GH称为固相线。称为固相线。A TBE ABALBLTABLBMTcTDTECDKGRHMROF第14页，共78页，编辑于2022年，星期三 整个相图分为四个相区：整个相图分为四个相区：L：液相的单相区：液相的单相区 P=1,F=2L+A：A晶相和液相平衡共存晶相和液相平衡共存 L+B：B晶相和液相平衡共存晶相和液相平衡共存 FD：表示温度在：表示温度在TD时的时的A晶相与该温度下组成为晶相与该温度下组成为D的液相平的液相平衡。衡。A+B：A晶相与晶相与B晶相平衡共存的区域。晶相平衡共存的区域。A TBE ABALBLTABLBMTcTDTECDKGRHMROF第15页，共78页，编辑于2022年，星期三E点：两条液相线与固相线的交点，为低共熔点。点：两条液相线与固相线的交点，为低共熔点。LEA+B 这是系统加热时熔融成液相的最低温度，称为低共熔点，这是系统加热时熔融成液相的最低温度，称为低共熔点，在该点析出的固体混合物称为低共熔混合物。在该点析出的固体混合物称为低共熔混合物。在此点，当系统被加热或冷却时，只是引起液相在此点，当系统被加热或冷却时，只是引起液相对固相的比例量的增加或减少，温度和组成没有变化。对固相的比例量的增加或减少，温度和组成没有变化。A TBE ABALBLTABLBMTcTDTECDKGRHMROF第16页，共78页，编辑于2022年，星期三（2）熔体的冷却析晶过程）熔体的冷却析晶过程所谓熔体的冷却析晶过程是指将一定组成的所谓熔体的冷却析晶过程是指将一定组成的二元混合物加热熔化后再将其平衡冷却而析晶的二元混合物加热熔化后再将其平衡冷却而析晶的过程。过程。通过对平衡冷却析晶过程的分析可以看出系通过对平衡冷却析晶过程的分析可以看出系统的平衡状态随温度的改变而变化的规律。统的平衡状态随温度的改变而变化的规律。第17页，共78页，编辑于2022年，星期三 Lp=1 f=2M(熔体熔体)C LC,(A)L A p=2 f=1DLD,AL A p=2 f=1ELE，A(B)L A+B p=3 f=0E(液相消失液相消失)A,A+Bp=2 f=1A,BA TBALBLTABLBMA+BEDTDCTCTEMEM第18页，共78页，编辑于2022年，星期三 熔体熔体M的冷却析晶过程具有普遍性，的冷却析晶过程具有普遍性，只是如果只是如果熔体的组成点在熔体的组成点在B点和点和E点之间时点之间时，冷却时，冷却时首先析出首先析出的应是的应是B晶相晶相。这类最简单的二元系统中：这类最简单的二元系统中：n凡是组成在凡是组成在AE范围内的熔体，冷却到析晶范围内的熔体，冷却到析晶温度时首先析出温度时首先析出A晶相；晶相；n凡是组成在凡是组成在BE围内的熔体，冷却到析晶温度围内的熔体，冷却到析晶温度时首先析出时首先析出B晶相。晶相。n所有的二元熔体冷却时都在所有的二元熔体冷却时都在E点结晶结束，产点结晶结束，产物都是物都是A晶相和晶相和B晶相，只是晶相，只是A、B的比例不同而的比例不同而已。已。第19页，共78页，编辑于2022年，星期三（3）冷却析晶过程中各相含量的计算。）冷却析晶过程中各相含量的计算。TC：固相量固相量 S%=0 ;液相量液相量 L=100%;TD：S%=DO/TDD 100 ；L TDO/TDD 100刚到刚到TE :晶体晶体B未析出，固相只含未析出，固相只含A。S%=RE/TEE 100 ；L RTE/TEE 100离开离开TE ：L 消失，晶体消失，晶体A、B 完全析出。完全析出。SA%=MB/AB 100 ；SB%=MA/AB 100A TBE ABALBLTABLBMTcTDTECDKGRHMROF第20页，共78页，编辑于2022年，星期三（4）、相图的作用）、相图的作用 知道知道开始析晶的温度开始析晶的温度，析晶终点，熔化终点的温度；析晶终点，熔化终点的温度；平衡时平衡时相的种类相的种类；平衡时平衡时相的组成；相的组成；预测瓷胎的显微结构预测瓷胎的显微结构 预测产品性质预测产品性质 平衡时平衡时相的含量相的含量。第21页，共78页，编辑于2022年，星期三2 2具有一个同成分熔融化合物的二元系统相图具有一个同成分熔融化合物的二元系统相图同成分熔融化合物又称为一致熔融化合物，加热同成分熔融化合物又称为一致熔融化合物，加热这样的化合物到熔点时，即熔化为液态，所产生的这样的化合物到熔点时，即熔化为液态，所产生的液相与化合物的晶相组成相同，故称为一致熔融或液相与化合物的晶相组成相同，故称为一致熔融或同成分熔融，同成分熔融，第22页，共78页，编辑于2022年，星期三这类系统典型的相图如图所示，组元这类系统典型的相图如图所示，组元A和组元和组元B生生成一个一致熔融化合物成一个一致熔融化合物AmBn,M点是该化合物熔点。点是该化合物熔点。E1E2A AmBn BMLA LAAmBnB+AmBnB+LL+AmBnL+AmBnabM第23页，共78页，编辑于2022年，星期三aE1：是组元是组元A的液相线，的液相线，bE2：是是组元组元B的液相线，的液相线，E1ME2：是化是化合物合物AmBn的液相线。的液相线。E1是是A-AmBn分二元系统的低共熔分二元系统的低共熔点，在这点上进行的过程是点，在这点上进行的过程是LE1A+AmBn。E2点是点是AmBn-B分二元系统的分二元系统的低共熔点，在这点上进行的过低共熔点，在这点上进行的过程是程是LE2AmBn+B。M点：是化合物点：是化合物AmBn熔点。熔点。E1E2A AmBn BMLA LAAmBnB+AmBnB+LL+AmBnL+AmBnabM（1）相图分析）相图分析第24页，共78页，编辑于2022年，星期三（2）结晶路线）结晶路线 AmBn-M线将此相区分成两个简单的分二元系统。线将此相区分成两个简单的分二元系统。n凡是组成在凡是组成在A-AmBn范围内的原始熔体都在范围内的原始熔体都在E1点结点结晶结束，结晶产物为晶结束，结晶产物为A和和AmBn两种晶相。两种晶相。n凡是组成在凡是组成在AmBn-B范围内的熔体都在范围内的熔体都在E2点结晶结点结晶结束，结晶产物为束，结晶产物为AmBn和和B两种晶相。两种晶相。E1E2A AmBn BMLA LAAmBnB+AmBnB+LL+AmBnL+AmBnabM第25页，共78页，编辑于2022年，星期三 一致熔融化合物若是一个非常稳定的化合物，甚至在熔融时也不离解，一致熔融化合物若是一个非常稳定的化合物，甚至在熔融时也不离解，那么相应的液相线就会出现尖峭高峰形（那么相应的液相线就会出现尖峭高峰形（M点），点），若化合物部分分解时，熔化温度将降低，则化合物越不稳定，最高点也若化合物部分分解时，熔化温度将降低，则化合物越不稳定，最高点也越平滑，（越平滑，（M点）。点）。第26页，共78页，编辑于2022年，星期三3.3.具有一个不一致熔融化合物的二元系统相图具有一个不一致熔融化合物的二元系统相图 不一致熔融化合物是一种不一致熔融化合物是一种不稳定的化合物不稳定的化合物，加热这种化合物到，加热这种化合物到某一温度便发生分解，分解产物是一种液相和一种晶相，二者组成与原某一温度便发生分解，分解产物是一种液相和一种晶相，二者组成与原来化合物组成完全不同，故称不一致熔融化合物或异成分熔融化合物，来化合物组成完全不同，故称不一致熔融化合物或异成分熔融化合物，它只能在它只能在固态固态中存在，不能在中存在，不能在液态液态中存在。中存在。K这类系统的典型相图如左图所示。这类系统的典型相图如左图所示。组元组元A和组元和组元B生成的化合物生成的化合物AmBn加热到加热到Tp温度分解为温度分解为P点组成的点组成的液相和液相和B晶相，因此晶相，因此AmBn是一个是一个不一致熔融化合物。不一致熔融化合物。EbL+AL+AmBnA+AmBnAmBn+BA AmBn BL+BTaTEPLDFIJ第27页，共78页，编辑于2022年，星期三（1）相图分析）相图分析aE线：是与晶相线：是与晶相A平衡的液相线；平衡的液相线；bP线：与晶相线：与晶相B平衡的液相线；平衡的液相线；PE线：与化合物线：与化合物AmBn平衡的液相线平衡的液相线E点：无变量点，是低共熔点，在点：无变量点，是低共熔点，在E点发点发生的相变化为生的相变化为:LEA+AmBn P点：点：转熔点转熔点，在，在P点发生相变化是点发生相变化是LP+BAmBn。不一致熔融化合物在相图上的特点是化合物不一致熔融化合物在相图上的特点是化合物AmBn的的组成点位于其液相线组成点位于其液相线PE的组成范围之外。的组成范围之外。EbL+AL+AmBnA+AmBnAmBn+BA AmBn BL+BTaTEPLDFIJ第28页，共78页，编辑于2022年，星期三转熔点转熔点就是说，冷却时，组成为就是说，冷却时，组成为P的液相要回吸的液相要回吸B晶相（晶相（B溶解于液相）溶解于液相），结晶析出，结晶析出AmBn晶相，加热时化合物晶相，加热时化合物AmBn要分解为液相要分解为液相P和和B晶相，这一过程称转熔过程，晶相，这一过程称转熔过程，P点称为转熔点。由于点称为转熔点。由于P点是三相平点是三相平衡共存，衡共存，P=3，F=0所以温度不能变，液相的组成不能变。所以温度不能变，液相的组成不能变。需要指出的是，转熔点需要指出的是，转熔点P位于与位于与P点液相平衡的两个晶相点液相平衡的两个晶相AmBn和和B的组成点的一侧，这与低共熔点的组成点的一侧，这与低共熔点E位于与位于与E点相平衡的两个晶相点相平衡的两个晶相A和和AmBn的组成点的组成点I和和J的中间是不同的。的中间是不同的。EbL+AL+AmBnA+AmBnAmBn+BA AmBn BL+BTaTEPLDFIJ第29页，共78页，编辑于2022年，星期三bL+AL+CA+CC+BA C BL+BTaEKL1（2）析晶路析晶路线线 Lp=1 f=2熔体熔体1K(熔体对熔体对B晶相饱和）晶相饱和）达到转熔温度，开达到转熔温度，开始回吸始回吸B，同时产，同时产生化合物生化合物C(AmBn)PP，D，晶体，晶体B消失消失,LP Cp=2 f=1液相离开液相离开P点向点向E点移动点移动EE，J,液相对液相对A、C均饱和均饱和E(液相消失液相消失)O,A+CL A+C p=3 f=0L B 析出晶析出晶相的状态点在相的状态点在M p=2 f=1LP BC p=3 f=0PFMGBCLDOJ注：转熔过程中，系统温度保持不变，液相注：转熔过程中，系统温度保持不变，液相组成保持在组成保持在P点不变，但液相量和点不变，但液相量和B晶相量不断晶相量不断减少，减少，C(AmBn)晶相量不断增加，晶相量不断增加，KPP,F第30页，共78页，编辑于2022年，星期三(2)同理可分析组成同理可分析组成2的冷却过程。在转熔点的冷却过程。在转熔点P处，处，LBC时，时，L先消失先消失，固相组，固相组 成点为成点为D和和F，其含量，其含量 由由D、J、F三点相对位置求出。三点相对位置求出。P点是回吸点又是析晶终点。点是回吸点又是析晶终点。BCLbL+AL+CA+CA C BL+BTaEP D J FML2B+CK第31页，共78页，编辑于2022年，星期三(3)组成组成3在在P点回吸，在点回吸，在LBC时时LB同时消失，同时消失，P点是回吸点又是析晶终点。点是回吸点又是析晶终点。bL+AL+CA+CC+BA C BL+BTaEP D L3BCL第32页，共78页，编辑于2022年，星期三P点是过渡点，因为无点是过渡点，因为无B相生成。相生成。bL+AL+CA+CC+BA C BL+BTaTEEPL Lp=1 f=2熔体熔体4F D,(C)EH,C+(A)E(液相消失液相消失)L，ACL C p=2 f=1L A+C p=3 f=04FD L H 第33页，共78页，编辑于2022年，星期三总结规律总结规律：4bL+AL+CA+CC+BA C BL+BTaTEEPKL132D F 组成组成 反应性质反应性质(TP)析晶终点析晶终点 析晶终相析晶终相 组成在组成在PD之间之间 LBC；B先消失先消失 E AC DF之间之间 LBC；L先消失先消失 P BC D点点 LBC；LB同时消失同时消失 P C P点点 L(B)C E AC 第34页，共78页，编辑于2022年，星期三4.固相中有化合物形成或分解的二元系统相图固相中有化合物形成或分解的二元系统相图n化合物化合物c加热到低共溶温度加热到低共溶温度TE以下的以下的TD温度即分解为组分温度即分解为组分A和和组分组分B的晶体，没有液相生成的晶体，没有液相生成(如图如图)。相图上没有与化合物。相图上没有与化合物c平衡平衡的液相线，表明从液相中不可能直接析出的液相线，表明从液相中不可能直接析出c。c只能通过只能通过A晶体和晶体和B晶体之间的固相反应生成。由于固态物质之间的反应速度很小晶体之间的固相反应生成。由于固态物质之间的反应速度很小(尤尤其在低温下其在低温下)，因而达到平衡状态需要的时间将是很长的。，因而达到平衡状态需要的时间将是很长的。化合物在低温形成高温分解化合物在低温形成高温分解L+AL+BA+BA C BA+CC+BETaTeTd1 将晶体将晶体A和晶体和晶体B配料，按照相图即使在低温下也应获得配料，按照相图即使在低温下也应获得A十十c或或c十十B，但事实上，如果没有加热到足够高的温度并保温足够长，但事实上，如果没有加热到足够高的温度并保温足够长的时间，上述平衡状态是很难达到的，系统往往处于的时间，上述平衡状态是很难达到的，系统往往处于A、c、B三种三种晶体同时存在的非平衡状态。晶体同时存在的非平衡状态。第35页，共78页，编辑于2022年，星期三 若化合物若化合物C只在某一温度区间存在，即在低温下也要分解，则其只在某一温度区间存在，即在低温下也要分解，则其相图形式如图所示。相图形式如图所示。A BA+BA+CB+CA+BEL+AL+B化合物存在于某一温度范围内化合物存在于某一温度范围内2第36页，共78页，编辑于2022年，星期三A BA+BA+CB+CL+AL+CL+B3升温形成，降温分解升温形成，降温分解C C/D D/EHOP熔体熔体3的冷却过程：的冷却过程：L P +BCp=3 f=0 Lp=1 f=2熔体熔体3C C/,(B)L Bp=2 f=1PD/,开始回吸开始回吸B(C)P(液相消失液相消失)D，BC B+C p=2 f=1H,B+AO,A+BB+A p=2 f=1BCLCA+B第37页，共78页，编辑于2022年，星期三 两种类型两种类型两种类型两种类型：A、在低共熔点下发生多晶转变、在低共熔点下发生多晶转变 B、在低共熔点以上发生多晶转变、在低共熔点以上发生多晶转变 实例应用实例应用实例应用实例应用：1、CaO.Al2O3.2SiO2SiO2系统相系统相 图，石图，石 英多晶转变温度在低共英多晶转变温度在低共熔点熔点1368之上，在液相中，之上，在液相中，-方石英方石英 -鳞石英鳞石英的转变温度的转变温度 1470。2、CaO.SiO2 CaO.Al2O3.2SiO2系系 统相图，统相图，CS在低于低共熔点在低于低共熔点(1307)的温度，在固相中发生的温度，在固相中发生 多晶转变：多晶转变：-CS -CS，转变温转变温度为度为1125。5 5、具有多晶转变的二元系统相图具有多晶转变的二元系统相图第38页，共78页，编辑于2022年，星期三A、在低共熔点下发生、在低共熔点下发生TETPBA B A BA BA LBLETabB、在低共熔点以上发生、在低共熔点以上发生aC P EA+LA+LA+BB+LLA BB%特殊点特殊点特殊点特殊点 E：低共熔点：低共熔点 ，f 0，是析晶终点，是析晶终点，L A B；P：晶型转变点，：晶型转变点，f0，不是析晶终点，不是析晶终点，LA LA 第39页，共78页，编辑于2022年，星期三1BA B A BA BA LBLETaTETPP F/FD D/C C/1/b析晶路程：析晶路程：Lp=1 f=2熔体熔体1C C/,(B)L Bp=2 f=1ED/,B(A)A+B p=2 f=1F，A B E(液相消失液相消失)D,B A A +B p=2 f=1L A+B p=3 f=01/，A BLA+BA A 第40页，共78页，编辑于2022年，星期三23aEA+LA+LA+BB+LLA BB%DL A p=2 f=1F F/,(A)F/FC P PC,(A A)E D/，A+BD/Lp=1 f=2熔体熔体2PC,A L+A A +L p=3 f=0 A A E(L消失消失)G，A BGL A +B p=3 f=0A +BLL A p=2 f=1第41页，共78页，编辑于2022年，星期三三、二元相图基本类型三、二元相图基本类型二元相图的二元相图的八种类型八种类型：1、具有低共熔点的二元系统；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；、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；、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；、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；、具有多晶转变的系统；6、具有液相分层的系统；、具有液相分层的系统；7、形成连续固溶体的系统；、形成连续固溶体的系统；8、形成不连续固溶体的系统。、形成不连续固溶体的系统。第42页，共78页，编辑于2022年，星期三学习相图的要求学习相图的要求：1、相图中点、线、面含义；、相图中点、线、面含义；2、析晶路程析晶路程；3、杠杆规则；、杠杆规则；4、相图的作用。、相图的作用。第43页，共78页，编辑于2022年，星期三A TBE ABALBLTABLBMTcTDTECDKGRHMROF1.1.具有低共熔点的二元系统相图具有低共熔点的二元系统相图这类最简单的二元系统中：这类最简单的二元系统中：n 凡是组成在凡是组成在AE范围内的熔体，冷却到析晶温度时首先析出范围内的熔体，冷却到析晶温度时首先析出A晶相；晶相；n 凡是组成在凡是组成在BE围内的熔体，冷却到析晶温度时首先析出围内的熔体，冷却到析晶温度时首先析出B晶相。晶相。n 所有的二元熔体冷却时都在所有的二元熔体冷却时都在E点结晶结束，产物都是点结晶结束，产物都是A晶相和晶相和B晶晶相，只是相，只是A、B的比例不同而已。的比例不同而已。第44页，共78页，编辑于2022年，星期三2 2具有一个同成分熔融化合物的二元系统相图具有一个同成分熔融化合物的二元系统相图E1E2A AmBn BMLA LAAmBnB+AmBnB+LL+AmBnL+AmBnabM AmBn-M线将此相区分成两个简单的分二元系统。线将此相区分成两个简单的分二元系统。n 凡是组成在凡是组成在A-AmBn范围内的原始熔体都在范围内的原始熔体都在E1点结晶结束，结晶产物点结晶结束，结晶产物为为A和和AmBn两种晶相。两种晶相。n 凡是组成在凡是组成在AmBn-B范围内的熔体都在范围内的熔体都在E2点结晶结束，结晶点结晶结束，结晶产物为产物为AmBn和和B两种晶相。两种晶相。第45页，共78页，编辑于2022年，星期三3.3.具有一个不一致熔融化合物的二元系统相图具有一个不一致熔融化合物的二元系统相图4bL+AL+CA+CC+BA C BL+BTaTEEPKL132D F 组成组成 反应性质反应性质(TP)析晶终点析晶终点 析晶终相析晶终相 组成在组成在PD之间之间 LBC；B先消失先消失 E AC DF之间之间 LBC；L先消失先消失 P BC D点点 LBC；LB同时消失同时消失 P C P点点 L(B)C E AC 第46页，共78页，编辑于2022年，星期三4.固相中有化合物形成或分解的二元系统相图固相中有化合物形成或分解的二元系统相图化合物在低温形成高温分解化合物在低温形成高温分解L+AL+BA+BA C BA+CC+BETaTeTd1A BA+BA+CB+CA+BEL+AL+B化合物存在于某一温度范围内化合物存在于某一温度范围内2A BA+BA+CB+CL+AL+CL+B3升温形成，降温分解升温形成，降温分解C C/D D/EHOP第47页，共78页，编辑于2022年，星期三A、在低共熔点下发生、在低共熔点下发生TETPBA B A BA BA LBLETabB、在低共熔点以上发生、在低共熔点以上发生aC P EA+LA+LA+BB+LLA BB%特殊点特殊点特殊点特殊点 E：低共熔点：低共熔点 ，f 0，是析晶终点，是析晶终点，L A B；P：晶型转变点，：晶型转变点，f0，不是析晶终点，不是析晶终点，LA LA 5 5、具有多晶转变的二元系统相图具有多晶转变的二元系统相图第48页，共78页，编辑于2022年，星期三n 前面所讨论的各类二元系统中两个组分在液相都是完全互溶前面所讨论的各类二元系统中两个组分在液相都是完全互溶的。但在某些实际系统中，两个组分在液态并不完全互溶，只的。但在某些实际系统中，两个组分在液态并不完全互溶，只能有限互溶。如图所示：能有限互溶。如图所示：6 6、具有液相分层的二元系统相图、具有液相分层的二元系统相图线线GKF为液相分界线；为液相分界线；帽形区帽形区GKFG为二液存在为二液存在区，区域的存在与区，区域的存在与温度温度有有关。关。TFTEKTaG EbA A+BA+LA+LB+LL2L分相分相 区区OBFBL1L2L1L2点点E：低共熔点：低共熔点 LAB f=0F：LG ALF f=0K点是一个临界点，点是一个临界点，K点温度叫临界温度。点温度叫临界温度。第49页，共78页，编辑于2022年，星期三TFTEKTaG EbA A+BA+LA+LB+LL2L分相分相 区区OBFB1 Lp=1 f=2熔体熔体1L1 L1/L1 L1/L2 L2/两层两层p=1 f=2L2L2/PGTF，(A)FTF，ALG LF+A f=0LF A p=2 f=1E TE，A+(B)L A +B p=3 f=0E(L消失消失)O，AB L A +B 析析晶晶路路程：程：第50页，共78页，编辑于2022年，星期三应用：应用：CaO-SiO2及及MgO-SiO2系统相图，在系统相图，在SiO2含量高处都有含量高处都有 一个二液分层区。一个二液分层区。第51页，共78页，编辑于2022年，星期三7、形成连续固溶体的二元系统相图、形成连续固溶体的二元系统相图n溶质和溶剂能以任一比例互相溶解的固溶体称连续固溶体。形成溶质和溶剂能以任一比例互相溶解的固溶体称连续固溶体。形成连续固溶体的二元系统相图如图所示：连续固溶体的二元系统相图如图所示：2316745OA B TTaTbS(AB)LL+S(AB)B%特点：没有无变量点，特点：没有无变量点，系统中只存在液态溶系统中只存在液态溶液和固态溶液。液和固态溶液。液相线以上相区为高温熔体液相线以上相区为高温熔体固相线以下相区为固溶体固相线以下相区为固溶体液态溶液与固溶体平衡的固液二相区液态溶液与固溶体平衡的固液二相区 第52页，共78页，编辑于2022年，星期三L2S2ML4S4L3S3OA B TTaTbS(AB)LL+S(AB)B%Lp=1 f=2熔体熔体1L2S(AB)2L3S(AB)3L4S(AB)4S(AB)L液态溶液液态溶液 在整个析晶过程中固溶体需时时调整组成以与液相保持在整个析晶过程中固溶体需时时调整组成以与液相保持平衡。平衡。固溶体是晶体，原子的扩散迁移速度很慢，不像液态溶固溶体是晶体，原子的扩散迁移速度很慢，不像液态溶液那样容易调节组成，可以想像，只要冷却过程不是足够缓慢，液那样容易调节组成，可以想像，只要冷却过程不是足够缓慢，就很容易会不平衡吸晶。就很容易会不平衡吸晶。第53页，共78页，编辑于2022年，星期三n在连续固溶体相图中还有两种特殊情况即具有最高熔点和最低熔在连续固溶体相图中还有两种特殊情况即具有最高熔点和最低熔点的系统。点的系统。n这两种相图可以看成是由两个简单连续固溶体二元相图构成的。这两种相图可以看成是由两个简单连续固溶体二元相图构成的。A BCTTaTbS(AB)LL+S(AB)L+S(AB)B%A BCTTaTbS(AB)LL+S(AB)L+S(AB)B%第54页，共78页，编辑于2022年，星期三8、形成不连续固溶体的二元相图、形成不连续固溶体的二元相图n溶质只能以一定限量溶入溶剂，超过限度便会出现第二相，溶质只能以一定限量溶入溶剂，超过限度便会出现第二相，这种固溶体称作不连续固溶体。这种固溶体称作不连续固溶体。n根据无变量点性质的不同，这类相图又可以分成具有低共熔点根据无变量点性质的不同，这类相图又可以分成具有低共熔点的和具有转熔点的两种类型。如图所示。的和具有转熔点的两种类型。如图所示。第55页，共78页，编辑于2022年，星期三 SA(B)表示表示B组分溶解到组分溶解到A组分中所形成的固溶体；组分中所形成的固溶体；SB(A)表示表示A组分溶解在组分溶解在 B组分中所形成的固溶体组分中所形成的固溶体。T A F G B C DEba SA(B)+SB(A)SA(B)SA(B)+LL+SB(A)SB(A)L(1)具有低共熔点具有低共熔点:2个固溶体个固溶体 7条线条线 6个相区个相区 3个无变量点个无变量点2条液相线条液相线2条固相线条固相线2个最大固溶度点个最大固溶度点无变量点无变量点低共熔点低共熔点无变量点无变量点2条溶解度条溶解度曲线曲线第56页，共78页，编辑于2022年，星期三T A F G B C Eba SA(B)+SB(A)SA(BSA(B)+LL+SB(A)SB(A)LD2 13ED,(SA(B)SB(A)T2P S,(SB(A)PST1SB(A)L Lp=1 f=2熔体熔体1液态溶液液态溶液L SB(A)p=2 f=11/SB(A)+SA(B)p=2 f=11/，SA(B)+SB(A)Q NT3IL SB(A)+SA(B)p=3 f=0L SB(A)+SA(B)SA(B)SB(A)E(L消失消失)H，SA(B)SB(A)H第57页，共78页，编辑于2022年，星期三(2)具有转熔点具有转熔点123A O P BbaFGJSA(B)+SB(A)SA(B)SA(B)+LSB(A)L+SB(A)T点点G:低共熔点低共熔点 f=0 LSA(B)+SB(A)点点J：转熔点，：转熔点，f=0 L+SA(B)SB(A)2条液相线条液相线2条固相线条固相线2条溶解度条溶解度曲线曲线2个最大固溶度个最大固溶度点，无变量点点，无变量点第58页，共78页，编辑于2022年，星期三A O P BbaSA(B)+SB(A)SA(B)SA(B)+LL+SB(A)T3JF,开始回吸开始回吸SA(B)(SB(A)FJSA(B)L+SA(B)SB(A)p=3 f=0SB(A)SB(A)p=1 f=2X，SA(B)+SB(A)SB(A)HX Lp=1 f=2熔体熔体3JG，SB(A)GD C,(SA(B)CDL SA(B)p=2 f=1L SB(A)p=2 f=1E FF(L消失消失)E，SB(A)第59页，共78页，编辑于2022年，星期三 LSB(A)SB(A)SA(B)+SB(A)刚离开刚离开J时组成时组成 SA(B)先消失先消失 LSA(B)同时消失同时消失 L先消失先消失 J点点:LSA(B)SB(A)3 1 2组成点组成点123A O P BbaFGJSA(B)+SB(A)SA(B)SA(B)+LSB(A)L+SB(A)T第60页，共78页，编辑于2022年，星期三小结：小