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物理化学经典课件相图2023/2/5第1页，本讲稿共28页5.3.2.2 5.3.2.2 相图分析相图分析（1 1）几何结构）几何结构（2 2）相态分析）相态分析（3 3）杠杆规则的应用）杠杆规则的应用2023/2/5第2页，本讲稿共28页Cd-BiCd-Bi二元相图分析二元相图分析有三个特殊点：有三个特殊点：A点，纯点，纯Bi(s)的熔点的熔点 H点，纯点，纯Cd(s)的熔点的熔点E点，点，Bi(s)+Cd(s)+l三相共存时的液相相点。三相共存时的液相相点。因为因为E点温度均低于点温度均低于A点和点和H点的温度，称为点的温度，称为低共熔点低共熔点（eutectic point）。在该点析出的混合物称为在该点析出的混合物称为低共熔混合物低共熔混合物（eutectic mixture）。它不是化合物它不是化合物，由两相组成，只是，由两相组成，只是混合得非常均匀。混合得非常均匀。E点的温度会随外压的改变而改变点的温度会随外压的改变而改变。2023/2/5第3页，本讲稿共28页E E点：点：a)a)共晶点；共晶点；b)b)三相共存时的液相相点；三相共存时的液相相点；c)c)最低共熔点。最低共熔点。共晶体：共晶体：1.1.组成同组成同E E点；点；2.2.复相组织；复相组织；3.3.熔化温度低，熔化温度低，所以又称所以又称最低共熔混合物最低共熔混合物。Cd-BiCd-Bi二元相图分析二元相图分析二元相图分析二元相图分析2023/2/5第4页，本讲稿共28页Cd-BiCd-BiCd-BiCd-Bi二元相图分析二元相图分析二元相图分析二元相图分析有三条多相平衡曲线：有三条多相平衡曲线：1.ACE线，线，Bi(s)+l 共存时，共存时，熔液组成线。熔液组成线。2.HFE线，线，Cd(s)+l 共存共存时，熔液组成线。时，熔液组成线。3.BEM线，线，Bi(s)+Cd(s)+l 三相平衡线，三个相的组成分三相平衡线，三个相的组成分别由别由B，E，M三个点表示。三个点表示。2023/2/5第5页，本讲稿共28页Cd-BiCd-BiCd-BiCd-Bi二元相图分析二元相图分析二元相图分析二元相图分析 图上有图上有4 4个相区：个相区：1.AEH线之上，熔液线之上，熔液（l）单相区，单相区，2.ABE之内，之内，Bi(s)+l 两相区，两相区，3.HEM之内，之内，Cd(s)+l 两相区，两相区，4.BEM线以下，线以下，Bi(s)+Cd(s)两相区，两相区，2023/2/5第6页，本讲稿共28页Cd-BiCd-Bi二元相图分析二元相图分析 质量为质量为W W的的体系体系P P降温过程中降温过程中能够析出多少纯能够析出多少纯B B，多少共晶体？，多少共晶体？杠杆规则的应用杠杆规则的应用2023/2/5第7页，本讲稿共28页水水-盐相图盐相图2023/2/5第8页，本讲稿共28页溶解度法绘制水溶解度法绘制水溶解度法绘制水溶解度法绘制水-盐相图盐相图盐相图盐相图以以 体系为例，在不同温度下测定体系为例，在不同温度下测定盐的溶解度，根据大量实验数据，绘制出水盐的溶解度，根据大量实验数据，绘制出水-盐盐的的T-x图。图。图中有四个相区：图中有四个相区：LAN以上，溶液单相区以上，溶液单相区LAB之内，冰之内，冰+溶液两相区溶液两相区 NAC以上，以上，和溶液两相区和溶液两相区BAC线以下，冰与线以下，冰与 两相区两相区2023/2/5第9页，本讲稿共28页溶解度法绘制水溶解度法绘制水溶解度法绘制水溶解度法绘制水-盐相图盐相图盐相图盐相图2023/2/5第10页，本讲稿共28页溶解度法绘制水溶解度法绘制水溶解度法绘制水溶解度法绘制水-盐相图盐相图盐相图盐相图图中有三条曲线：图中有三条曲线：LALA线线 冰冰+溶液两相共存时，溶液两相共存时，溶液的组成曲线，也称为溶液的组成曲线，也称为冰冰点下降曲线点下降曲线。ANAN线线 +溶液溶液两相共存时，溶液的组成两相共存时，溶液的组成曲线，也称为盐的曲线，也称为盐的饱和溶饱和溶度曲线度曲线。BACBAC线线 冰冰+溶液溶液三相共存线三相共存线。2023/2/5第11页，本讲稿共28页溶解度法绘制水溶解度法绘制水溶解度法绘制水溶解度法绘制水-盐相图盐相图盐相图盐相图图中有两个特殊点：图中有两个特殊点：L L点点 冰的熔点。盐的冰的熔点。盐的熔点极高，受溶解度和水熔点极高，受溶解度和水的沸点限制，在图上无法的沸点限制，在图上无法标出。标出。A A点点 冰冰+溶液三相共存点。溶液组溶液三相共存点。溶液组成在成在A A点以左者冷却，先点以左者冷却，先析出冰；在析出冰；在A A点以右者冷点以右者冷却，先析出却，先析出 。2023/2/5第12页，本讲稿共28页水水-盐冷冻液盐冷冻液 在化工生产和科学研究中常要用到低温浴，配制合在化工生产和科学研究中常要用到低温浴，配制合适的水适的水-盐体系，可以得到不同的低温冷冻液。例如：盐体系，可以得到不同的低温冷冻液。例如：水盐体系水盐体系 低共熔温度低共熔温度252 252 K218 K262.5 K257.8 K 在冬天，为防止路面结冰，撒上盐，实际用的就在冬天，为防止路面结冰，撒上盐，实际用的就是冰点下降原理。是冰点下降原理。2023/2/5第13页，本讲稿共28页结晶法精制盐类结晶法精制盐类 例如，将粗例如，将粗 盐精制。首先将粗盐溶解，盐精制。首先将粗盐溶解，加温至加温至353 353 K K，滤去不溶性杂质，设这时物系点为滤去不溶性杂质，设这时物系点为S S。冷却至冷却至Q Q点，有精盐析出。继点，有精盐析出。继续降温至续降温至R R点（点（R R点尽可能接近三点尽可能接近三相线，但要防止冰同时析出），相线，但要防止冰同时析出），过滤，得到纯过滤，得到纯 晶体，晶体，滤液浓度相当于滤液浓度相当于y y点。点。母液中的可溶性杂质过一段时间要作处理，或换新溶剂。母液中的可溶性杂质过一段时间要作处理，或换新溶剂。再升温至再升温至O O点，加入粗盐，滤点，加入粗盐，滤去固体杂质，使物系点移到去固体杂质，使物系点移到S S点，点，再冷却，如此重复，将粗盐精制再冷却，如此重复，将粗盐精制成精盐。成精盐。2023/2/5第14页，本讲稿共28页结晶法精制盐类结晶法精制盐类2023/2/5第15页，本讲稿共28页5.3.2.3 5.3.2.3 应用举例应用举例应用举例应用举例混合物分离混合物分离2023/2/5第16页，本讲稿共28页5.3.3 5.3.3 5.3.3 5.3.3 液态完全互溶、固态完全互溶液态完全互溶、固态完全互溶固溶体：固态溶液，两组分的原子、分子大小相当，固溶体：固态溶液，两组分的原子、分子大小相当，晶体结构相似，可以互相替代晶格中的位置。晶体结构相似，可以互相替代晶格中的位置。特点：特点：a a）为一相，存在浓度）为一相，存在浓度 ；b b）与与固固体体混混合合物物不不同同分分类类：完完全全互互溶溶固固溶溶体体、部分互溶固溶体部分互溶固溶体 。结构：（结构：（1 1）置换式固溶体；）置换式固溶体；如：康铜（如：康铜（60%Cu60%Cu，40%Ni40%Ni）（2 2）间隙式固溶体。）间隙式固溶体。-生成连续固溶体类型生成连续固溶体类型2023/2/5第17页，本讲稿共28页M 以以Au-AgAu-Ag二元系为例。二元系为例。两个组分在固态和液态时能彼此按任意比例互溶而不生成两个组分在固态和液态时能彼此按任意比例互溶而不生成化合物，也没有低共熔点，称为化合物，也没有低共熔点，称为完全互溶固溶体完全互溶固溶体。Au-Ag，Cu-Ni，Co-Ni，NaCl-AgCl等等体系属于这种类型。体系属于这种类型。5.3.3.1 5.3.3.1 5.3.3.1 5.3.3.1 类型类型1:1:完全互溶固溶体的相图完全互溶固溶体的相图2023/2/5第18页，本讲稿共28页5.3.3.1.1 5.3.3.1.1 5.3.3.1.1 5.3.3.1.1 作图作图-热分析法热分析法$b b点：点：（1 1）相变点；）相变点；（2 2）开始凝固温度点；）开始凝固温度点；（3 3）液相相点。）液相相点。$c c点：点：（1 1）相变点；）相变点；（2 2）凝固结束温度点；）凝固结束温度点；（3 3）（与液相共存的）（与液相共存的）相相点。相相点。2023/2/5第19页，本讲稿共28页完全互溶固溶体的相图完全互溶固溶体的相图完全互溶固溶体的相图完全互溶固溶体的相图2023/2/5第20页，本讲稿共28页5.3.3.1.2 5.3.3.1.2 相图分析相图分析（1 1）几何结构；）几何结构；（2 2）相态分析；）相态分析；（3 3）杠杆规则的应用；）杠杆规则的应用；（4 4）绘制冷却曲线。）绘制冷却曲线。扁扁豆豆型型2023/2/5第21页，本讲稿共28页完全互溶固溶体的相图完全互溶固溶体的相图梭形区梭形区之上是熔液单相之上是熔液单相区，区，之下是固体溶液之下是固体溶液（简称固（简称固溶体）单相区，溶体）单相区，梭形区内是梭形区内是固固-液两相共存液两相共存，上面是液，上面是液相组成线，下面是固相组成相组成线，下面是固相组成线。线。2023/2/5第22页，本讲稿共28页完全互溶固溶体的相图完全互溶固溶体的相图 当物系从当物系从A点冷却，进入两相区，析出组成为点冷却，进入两相区，析出组成为B的的固溶体。因为固溶体。因为Au的熔点比的熔点比Ag高，固相中含高，固相中含Au较多，较多，液相中含液相中含Ag较多。较多。继续冷却，液相组继续冷却，液相组成沿成沿 线变化，固线变化，固相组成沿相组成沿 线变化，线变化，在在 点对应的温度以下，点对应的温度以下，液相消失。液相消失。2023/2/5第23页，本讲稿共28页注意注意 纯物质凝固温度恒定；纯物质凝固温度恒定；混合物凝固温度不断变化，有开始凝固温度及凝混合物凝固温度不断变化，有开始凝固温度及凝固终了温度。固终了温度。一般，开始凝固温度即熔化终了温度；一般，开始凝固温度即熔化终了温度；凝固终了温度即开始熔化温度。凝固终了温度即开始熔化温度。2023/2/5第24页，本讲稿共28页偏析偏析枝晶偏析枝晶偏析 固固-液两相不同于气液两相不同于气-液两相，析出晶体时，液两相，析出晶体时，不易与熔不易与熔化物建立平衡化物建立平衡，较早析出的晶体含高熔点组分较多，较早析出的晶体含高熔点组分较多，形成枝晶，后析出的晶体含低熔点组分较多，填充在形成枝晶，后析出的晶体含低熔点组分较多，填充在最早析出的枝晶之间，这种现象称为枝晶偏析。最早析出的枝晶之间，这种现象称为枝晶偏析。由于固相组织的不均匀性，会影响合金的性能。由于固相组织的不均匀性，会影响合金的性能。2023/2/5第25页，本讲稿共28页退火退火退火退火 为了使固相合金内部组成更均一，为了使固相合金内部组成更均一，就把合金加热到接就把合金加热到接近熔点的温度，保持一定时间，使内部组分充分扩散近熔点的温度，保持一定时间，使内部组分充分扩散，趋于均一，然后缓慢冷却，这种过程称为退火。这是金属工趋于均一，然后缓慢冷却，这种过程称为退火。这是金属工件制造工艺中的重要工序。件制造工艺中的重要工序。2023/2/5第26页，本讲稿共28页淬火淬火淬火（淬火（q quenching）在金属热处理过程中，使金属在金属热处理过程中，使金属突然冷却突然冷却，来不及发，来不及发生相变，保持高温时的结构状态，这种工序称为淬火。生相变，保持高温时的结构状态，这种工序称为淬火。例如，某些钢铁刀具经例如，某些钢铁刀具经淬火后可提高硬度淬火后可提高硬度。2023/2/5第27页，本讲稿共28页淬火淬火 这是因为经淬火后，钢主要以马氏体存在，而这种这是因为经淬火后，钢主要以马氏体存在，而这种不平衡组织之所以能在常温下稳定存在，是因为钢的相不平衡组织之所以能在常温下稳定存在，是因为钢的相变温度滞后高达数百度，使得有序晶格较难发生逆转变。变温度滞后高达数百度，使得有序晶格较难发生逆转变。以上原理也常用于硅酸盐水泥的生产中。如硅酸三钙是水以上原理也常用于硅酸盐水泥的生产中。如硅酸三钙是水泥中极宝贵的晶相，但它只能在泥中极宝贵的晶相，但它只能在1523-20621523-2062K K之间稳定存在，之间稳定存在，因此，必须采用急冷的方法以减少其在因此，必须采用急冷的方法以减少其在15231523K K附近的停留时附近的停留时间。间。2023/2/5第28页，本讲稿共28页