(精品)材料科学基础.ppt

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1、材料科学基础 课程17.11.07.05多相溶液相平衡的自由能今天上次回顾.2多相溶液相平衡的自由能图表.3 水平线性结构和杠杆规则.3 自由能数据的实验来源.8介绍二元相变.9 理想溶液相图.9 二元相图中的杠杆规则与线性规则.10二元溶液的限制混合:混合间隙.11 标准溶液模型.11参考.14补充说明补充说明注意事项：上次回顾上次回顾分相溶液的自由能图像分相溶液的自由能图像上节我们测试了关于理想二元溶液的自由能组成图的结构与分析。我们能很方便地用上次介绍的自由能图表来生动地描述和分析多元相平衡。水平线性结构和杠杆规则水平线性结构和杠杆规则关键概念：自由能组成图可以生动地分析在恒压下的二元相

2、平衡系统。在不同相的自由能曲线与水平线之间的范围是相平衡的。直线与自由能曲线的交点可以确定两相平衡是的组成。我们用杠杆规则来确定每个相在相平衡时所占的百分比。假定我们有一个理想二元溶液A和B。我们上节课所讲的自由能模型便是这个溶液。溶液中不同相的摩尔自由能在图中表示出来。例如，有固相和液相组成的系统。假定我们在上面的条件下降温，两种自由能是怎样变化的？哪个曲线会移动的更多，如下图所示第二个图发生了什么,我门将温度下降哪一点时可以得到稳态下的纯B固体。了解化学势能是给定组成的自由能曲线上切线的终点上。但我们在一条垂直于两条自由能曲线的线和一条垂直于液相-固相组成的线的两条线上找一个点Tl。在急剧

3、降低温度。我们发现XL和XS的组成范围中，组分A的化学能在固态和液态中的相同，组分B的化学能在固态和液态中的相同。但，这就是两相平衡的条件。因此在两相组成的水平线上的点，就是两相在混合体中的百分比。为什么在XL和XS中两相共存？让我们在下面放大的图表中分析一下。摩尔自由能平均组成固相组成液相组成相分数在平均组成中，固态与液态的自由能之间的比较可以看出，液态是最低自由能，因此液体溶液比固相更具稳定性。但液体并不是最低自由能态。如果原子A与B在均一的液体溶液中重新排布，其中一部分变成固相组成XS，一部分变成液相组成XL。这个不均质液（固)相混合体的自由能低于同种平均组分X1的液体溶液的自由能。FL

4、和FS分别为液相和固相的相分数。注意，在一个不均质的两相混合体的形成中，自由能可以用一种讨论初期形成的不均质混合体的相似方法来确定，（如，一块Ge和一块Si接触）这种方式是简单讨论其液相和固相每摩尔加权平均数的。固相形成了多少？液相出现了多少？液相组成XL，固相组成XS。一次，每种相的相分数的总和是系统的平均组成X1。这两个液相和固相组成分数的方程有一个等价图解在这数字与图表的的构型中，可以用杠杆规则得到每一个相的组成分数。自由能数据的实验来源我们从哪个图表中获得信息？美国技术与标准研究所化学网络图书介绍二元相变关键概念：相平衡可以通过自由能-组成图来确定组分对应的压力和温度。由相平衡所确定的

5、二元相图中，标出T-组成的稳态相图（假定压力),两相系统模型的单相组成图中对应这些相图应用吉布斯定律，来说明确定的压力(D+P=C+1)，在相图中用杠杆规则来计算多元相平衡中的组成。从一个对自由能-组成图的测试中，我们可以发现相分离（如降低温度使液相溶液凝固）的发生由一个理想溶液二元相变的组成框的以下变化决定的。获得一个二元相变系统的组成XB与温度的关系的不间断相变的图是很重要的。这图是材料科学与工程的重要工具，叫做二元相图。从我们以分析过的理想二元溶液可以看出，相图是以下这样的这是一个最简单的二元相图二元相图中的杠杆规则与线性规则杠杆规则被用来在自由能-组分图中，它可以直接应用到二元相图中（

6、T-组成）。应用连接线连接二元相区域的边界线的水平等温线。二元溶液的限制混合:混合间隙标准溶液模型溶液微粒在限定的能量下发生了什么?混合焓值会有一个限定值，要么是易混合的两组分，要么是不易混合的两组分。相互限定的最简单溶液模型称作标准溶液。混合焓的限定值被给出我们将混合熵看做理想溶液来处理，这给一个混合物的如下标准溶液的模型可以用来描述许多实际系统的液相相变(如Pb-Sn Ga-Sb和Tl-Sn），也可以描述某些固溶体的相变。现在我们来分析存在这样自由能的系统的变化：在几节课中，我们会展示一个混合物焓与熵在考虑到分子态的情况下的变化。(统计力学）总的自由能出现平衡是可混合焓的的共同作用的结果。系统的自由能出现在的值与温度。确定值与温度的关系。参考参考材料热力学笔记