無機(jī)材料科學(xué)相平衡PPT課件

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1、學(xué)習(xí)相圖的意義 有助于正確選擇配料方案和工藝制度 合理分析生產(chǎn)過程中質(zhì)量問題產(chǎn)生原因 有助于新材料的研制第1頁/共119頁相平衡中的基本概念 材料的顯微結(jié)構(gòu)材料所包含的相數(shù)目，各相的組成、數(shù)量和分布狀態(tài) 相平衡研究內(nèi)容溫度/壓力/組分/濃度對多組分多相體系平衡狀態(tài)的影響規(guī)律 平衡狀態(tài)不隨時(shí)間發(fā)生變化而且處于熱力學(xué)的平衡狀態(tài) 第2頁/共119頁 第一節(jié)第一節(jié) 硅酸鹽系統(tǒng)相平衡特點(diǎn)硅酸鹽系統(tǒng)相平衡特點(diǎn) 一、熱力學(xué)平衡態(tài)和非平衡態(tài)一、熱力學(xué)平衡態(tài)和非平衡態(tài) 1.1. 平衡態(tài)相圖平衡態(tài)相圖( (平衡相圖平衡相圖) )n給出平衡狀態(tài)體系中存在的相的數(shù)目給出平衡狀態(tài)體系中存在的相的數(shù)目, ,組成組成n給出

2、相隨著其他熱力學(xué)條件變化規(guī)律給出相隨著其他熱力學(xué)條件變化規(guī)律n與體系由非平衡狀態(tài)到達(dá)需的時(shí)間無關(guān)。與體系由非平衡狀態(tài)到達(dá)需的時(shí)間無關(guān)。第3頁/共119頁硅酸鹽體系特點(diǎn)硅酸鹽材料體系的特點(diǎn)常溫:固體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)被強(qiáng)烈束縛高溫:熔體黏度很高質(zhì)點(diǎn)遷移困難第4頁/共119頁 2. 介穩(wěn)態(tài) 定義:熱力學(xué)上不穩(wěn)定的,處于能量較高狀態(tài),始終存在著向室溫下平衡態(tài)轉(zhuǎn)化的趨勢,但由于轉(zhuǎn)變速度極饅而實(shí)際上可以長期存在下去的狀態(tài)熱力學(xué)非平衡態(tài)形成的工藝措施:快速冷卻攙加雜質(zhì)說明：介穩(wěn)態(tài)具有一定的反應(yīng)活性,需要介穩(wěn)態(tài)的出現(xiàn)。.如：水泥中的 C2S，陶瓷中介穩(wěn)的四方氧化鋯 ; 耐火材料硅磚中的鱗石英以及所有的玻璃材料。第5頁

3、/共119頁根據(jù)吉布斯相律根據(jù)吉布斯相律 f = cp2 f 自由度數(shù)自由度數(shù) c 獨(dú)立組分?jǐn)?shù)獨(dú)立組分?jǐn)?shù) p 相數(shù)相數(shù) 2 溫度和壓力溫度和壓力外界因素外界因素 : f = cp1二、相二、相 律律第6頁/共119頁 相與相之間有界面，可以用物理或機(jī)械辦法分開。相與相之間有界面，可以用物理或機(jī)械辦法分開。 一個(gè)相可以是均勻的，但不一定是一種物質(zhì)。一個(gè)相可以是均勻的，但不一定是一種物質(zhì)。 氣體氣體：一般是一個(gè)相。：一般是一個(gè)相。 固體固體：有幾種物質(zhì)就有幾個(gè)相，但如果是固溶體時(shí)為一個(gè)相。：有幾種物質(zhì)就有幾個(gè)相，但如果是固溶體時(shí)為一個(gè)相。 因?yàn)樵诠倘荏w晶格上各組分的化學(xué)質(zhì)點(diǎn)隨機(jī)分布均勻，因?yàn)樵诠倘?/p>

4、體晶格上各組分的化學(xué)質(zhì)點(diǎn)隨機(jī)分布均勻， 其物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)符合相均勻性的要求，因而幾個(gè)其物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)符合相均勻性的要求，因而幾個(gè) 組分形成的固溶體是一個(gè)相。組分形成的固溶體是一個(gè)相。 液體液體：視其混溶程度而定。：視其混溶程度而定。 p 相數(shù)，相數(shù)， p = 1 單相系統(tǒng)，單相系統(tǒng)，p = 2 雙相系統(tǒng)，雙相系統(tǒng)，p = 3 三相系統(tǒng)三相系統(tǒng)1、相、相：指系統(tǒng)中具有相同的：指系統(tǒng)中具有相同的物理性質(zhì)物理性質(zhì) 和化學(xué)性質(zhì)的均勻和化學(xué)性質(zhì)的均勻部分。部分。 注：注：均勻均勻微觀尺度上的均勻，而非一般意義上的均勻。微觀尺度上的均勻，而非一般意義上的均勻。第7頁/共119頁2、獨(dú)立組分、獨(dú)立組

5、分 組元組元/組分組分：組成系統(tǒng)的物質(zhì)。：組成系統(tǒng)的物質(zhì)。 獨(dú)立組分獨(dú)立組分：足以表示平衡系統(tǒng)中各相所需要的：足以表示平衡系統(tǒng)中各相所需要的最少數(shù)目最少數(shù)目的組分的組分 c = 組分?jǐn)?shù)獨(dú)立化學(xué)反應(yīng)數(shù)目限制條件組分?jǐn)?shù)獨(dú)立化學(xué)反應(yīng)數(shù)目限制條件 例如：例如： 23COCaOCaCO系統(tǒng)中化學(xué)物質(zhì)和組分的關(guān)系：系統(tǒng)中化學(xué)物質(zhì)和組分的關(guān)系： 當(dāng)物質(zhì)之間當(dāng)物質(zhì)之間時(shí)，化學(xué)物質(zhì)數(shù)目組分?jǐn)?shù)；時(shí)，化學(xué)物質(zhì)數(shù)目組分?jǐn)?shù)； 當(dāng)物質(zhì)之間當(dāng)物質(zhì)之間時(shí)，時(shí)， 組分?jǐn)?shù)組分?jǐn)?shù) 化學(xué)物質(zhì)數(shù)化學(xué)物質(zhì)數(shù) 在穩(wěn)定條件下的化學(xué)反應(yīng)數(shù)。在穩(wěn)定條件下的化學(xué)反應(yīng)數(shù)。c = 310 = 2第8頁/共119頁 在硅酸鹽系統(tǒng)中經(jīng)常采用在硅酸鹽系統(tǒng)中

6、經(jīng)常采用氧化物氧化物作為系統(tǒng)的組分。作為系統(tǒng)的組分。 如：如：SiO2一元系統(tǒng)一元系統(tǒng) Al2O3SiO2二元系統(tǒng)二元系統(tǒng) CaOAl2O3SiO2三元系統(tǒng)三元系統(tǒng)：2CaOSiO2(C2S) ; CaOSiO2; K2OAl2O3 4SiO2 SiO2第9頁/共119頁3、自由度、自由度 定義定義: 溫度、壓力、組分濃度等可能影響系統(tǒng)平衡狀態(tài)的變量溫度、壓力、組分濃度等可能影響系統(tǒng)平衡狀態(tài)的變量 ， 可以在一定范圍內(nèi)改變而不會(huì)引起舊相消失新相產(chǎn)生的可以在一定范圍內(nèi)改變而不會(huì)引起舊相消失新相產(chǎn)生的 獨(dú)立變量的數(shù)目獨(dú)立變量的數(shù)目 具體看一個(gè)二元系統(tǒng)的自由度。具體看一個(gè)二元系統(tǒng)的自由度。ABL f

7、=2LB f=1AB f=1LA f=1f =0 E 第10頁/共119頁相律應(yīng)用相律應(yīng)用以下四點(diǎn)：以下四點(diǎn)： 相律是根據(jù)熱力學(xué)相律是根據(jù)熱力學(xué)平衡平衡條件推導(dǎo)而得，因而只能處理真實(shí)條件推導(dǎo)而得，因而只能處理真實(shí) 的熱力學(xué)平衡體系。的熱力學(xué)平衡體系。 相律表達(dá)式中的相律表達(dá)式中的“2”是代表外界條件是代表外界條件溫度和壓強(qiáng)溫度和壓強(qiáng)。 如果電場、磁場或重力場對平衡狀態(tài)有影響，則相律中的如果電場、磁場或重力場對平衡狀態(tài)有影響，則相律中的 “2”應(yīng)為應(yīng)為“3”、“4”、“5”。如果研究的體系為固態(tài)物質(zhì)，可以。如果研究的體系為固態(tài)物質(zhì)，可以 忽略壓強(qiáng)的影響，相律中的忽略壓強(qiáng)的影響，相律中的“2”應(yīng)為

8、應(yīng)為“1”。 必須正確判斷獨(dú)立組分?jǐn)?shù)、獨(dú)立化學(xué)反應(yīng)式、相數(shù)以及限必須正確判斷獨(dú)立組分?jǐn)?shù)、獨(dú)立化學(xué)反應(yīng)式、相數(shù)以及限 制條件數(shù)，才能正確應(yīng)用相律。制條件數(shù)，才能正確應(yīng)用相律。 自由度只取自由度只取“0”以上的正值。如果出現(xiàn)負(fù)值，則說明體系可以上的正值。如果出現(xiàn)負(fù)值，則說明體系可 能處于非平衡態(tài)。能處于非平衡態(tài)。第11頁/共119頁 單元系統(tǒng)中，只有一種組分，不存在濃度問題。單元系統(tǒng)中，只有一種組分，不存在濃度問題。 c = 1 影響因素只有溫度和壓力。影響因素只有溫度和壓力。 根據(jù)相律根據(jù)相律 一、水的相圖一、水的相圖二、一元相圖的型式二、一元相圖的型式三、可逆和不可逆的多晶轉(zhuǎn)變?nèi)?、可逆和不可?/p>

9、的多晶轉(zhuǎn)變四、四、SiO2系統(tǒng)的相圖系統(tǒng)的相圖五、五、ZrO2 系統(tǒng)系統(tǒng)第二節(jié)第二節(jié) 單元系統(tǒng)單元系統(tǒng)第12頁/共119頁蒸發(fā)蒸發(fā)溶解溶解升華升華ABCOCSLg臨界點(diǎn)臨界點(diǎn)壓壓強(qiáng)強(qiáng)溫度溫度一、水的相圖一、水的相圖是是一個(gè)大氣壓一個(gè)大氣壓下被空氣飽和的水和冰的平衡共存溫度；下被空氣飽和的水和冰的平衡共存溫度； 是在它是在它自己的蒸汽壓力自己的蒸汽壓力(4.579mmHg)下的下的凝固點(diǎn)凝固點(diǎn)(0.0099)。2000個(gè)大氣壓以上，可得幾重冰，比重大于水。個(gè)大氣壓以上，可得幾重冰，比重大于水。第13頁/共119頁解釋界線的斜率解釋界線的斜率： 由克勞修斯克拉珀龍方程由克勞修斯克拉珀龍方程dp/d

10、T=H/TV , 從低溫型向高溫轉(zhuǎn)變，從低溫型向高溫轉(zhuǎn)變， H0 L g ；S g V0, 則斜率則斜率0 ； 而而 冰變成水冰變成水V0 , 斜率斜率0 ,則斜率則斜率0 。 晶型轉(zhuǎn)變由于晶型轉(zhuǎn)變由于V很小，因而其界線幾乎是很小，因而其界線幾乎是垂直垂直的的。 第14頁/共119頁 有有的一元系統(tǒng)相圖型式的一元系統(tǒng)相圖型式。EF壓強(qiáng)壓強(qiáng)A f = 2B f =0C f=0D溫溫 度度氣相氣相f =2-固相固相f=2-固相固相f=2液相液相二、一元相圖的型式二、一元相圖的型式 一元系統(tǒng)相圖中各平衡相一元系統(tǒng)相圖中各平衡相名稱名稱 平衡相平衡相 ABCD 氣相氣相 ABE -固相固相相區(qū)相區(qū) E

11、BCF -固相固相 FCD 液相液相 AB 氣相氣相- -固相固相相線相線 BC 氣相氣相- -固相固相 CD 氣相液相氣相液相 BE -固相固相 -固相固相 FC -固相液相固相液相相點(diǎn)相點(diǎn) B -固相固相 -固相固相氣相氣相 C -固相固相氣相液相氣相液相第15頁/共119頁1. 可逆可逆三、可逆和不可逆的多晶轉(zhuǎn)變?nèi)?、可逆和不可逆的多晶轉(zhuǎn)變實(shí)線表示穩(wěn)定態(tài)，虛線表示介穩(wěn)態(tài)。實(shí)線表示穩(wěn)定態(tài)，虛線表示介穩(wěn)態(tài)。晶體晶體1 晶體晶體2 液相液相特點(diǎn)特點(diǎn)：(1)晶體晶體I，晶體晶體2都有穩(wěn)定區(qū)；都有穩(wěn)定區(qū)； (2) T1215001500形成立方晶型固溶體，形成立方晶型固溶體，穩(wěn)定化立方穩(wěn)定化立方Zr

12、OZrO2 2 熔點(diǎn)高熔點(diǎn)高(2680)(2680)，作耐火材料，作耐火材料利用導(dǎo)氧導(dǎo)電性能，作氧敏傳感器元件利用導(dǎo)氧導(dǎo)電性能，作氧敏傳感器元件利用體積效應(yīng)，對陶瓷材料進(jìn)行利用體積效應(yīng)，對陶瓷材料進(jìn)行相變增韌相變增韌。第28頁/共119頁凝聚系統(tǒng)凝聚系統(tǒng):相變過程中沒有氣相參與或者氣相對系統(tǒng)影響很小相變過程中沒有氣相參與或者氣相對系統(tǒng)影響很小二元凝聚系統(tǒng)相率二元凝聚系統(tǒng)相率 c = 2 忽略氣相分壓的影響忽略氣相分壓的影響 +1 組成可以變化組成可以變化 二元系統(tǒng)相圖以濃度為橫坐標(biāo)，溫度為縱坐標(biāo)來繪制二元系統(tǒng)相圖以濃度為橫坐標(biāo)，溫度為縱坐標(biāo)來繪制第三節(jié)第三節(jié) 二元系統(tǒng)二元系統(tǒng)f= c p +

13、1c2p123f210第29頁/共119頁二元相圖分類 具有低共熔點(diǎn)的二元系統(tǒng)； 生成一致熔融化合物的二元系統(tǒng)； 生成不一致熔融化合物的二元系統(tǒng)； 固相中有化合物形成或分解的系統(tǒng)； 具有多晶轉(zhuǎn)變的系統(tǒng)； 具有液相分層的系統(tǒng)； 形成連續(xù)固溶體的系統(tǒng)； 形成不連續(xù)固溶體的系統(tǒng)。第30頁/共119頁 相圖中點(diǎn)、線、面含義相圖中點(diǎn)、線、面含義 析晶路程析晶路程 杠桿規(guī)則杠桿規(guī)則 相圖的作用相圖的作用學(xué)習(xí)相圖的要求學(xué)習(xí)相圖的要求第31頁/共119頁 體系特點(diǎn)體系特點(diǎn) 固相完全不互溶固相完全不互溶,液相完全互溶液相完全互溶 有一個(gè)低共融點(diǎn)有一個(gè)低共融點(diǎn) 特殊點(diǎn)線特殊點(diǎn)線 E：低共熔點(diǎn)低共熔點(diǎn) L AB f

14、=0 TAE 液相線液相線 L A f=1 TBE 液相線液相線 L B f=1一、具有低共熔點(diǎn)的二元系統(tǒng)相圖一、具有低共熔點(diǎn)的二元系統(tǒng)相圖A TBE ABALBLTABLBM第32頁/共119頁 Lp=1 f=2M(熔體熔體)L1 s1,(A)L A p=2 f=1L2s2,AL A p=2 f=1EsE，A(B)L A+B p=3 f=0E(液相消失液相消失)ME,A+Bp=2 f=1M3,A+BA TBALBLTABLBMA+BEL2S2L1S1SEMEM3M點(diǎn)析晶路程第33頁/共119頁杠桿規(guī)則A TBALBLTABLBMA+BEL2S2L1S1SEMEM3M2M1T1T2TE (1)

15、 T1： 固相量固相量 S% = 0 ; 液相量液相量 L=100%; (2) T2： S% = M2L2/S2L2 100 ；L M2S2/S2L2 100 (3) 剛到剛到TE : 晶體晶體B未析出，固相只含未析出，固相只含A。 S% = MEE/SEE 100 ；L MESE/SEE 100 (4) 離開離開TE ：L 消失，晶體消失，晶體A、B 完全析出。完全析出。 SA% = MEB/AB 100 ； SB% = MEA/AB 100 第34頁/共119頁 知道開始析晶的溫度，析晶終點(diǎn)，熔化終點(diǎn)的溫度；知道開始析晶的溫度，析晶終點(diǎn)，熔化終點(diǎn)的溫度；平衡時(shí)相的種類平衡時(shí)相的種類平衡時(shí)相

16、的組成平衡時(shí)相的組成 預(yù)測陶瓷瓷的顯微結(jié)構(gòu)預(yù)測陶瓷瓷的顯微結(jié)構(gòu) 預(yù)測產(chǎn)品性質(zhì)預(yù)測產(chǎn)品性質(zhì)平衡時(shí)相的含量平衡時(shí)相的含量相圖的作用相圖的作用第35頁/共119頁A AmBn BMNLA LAAmBnB+AmBnB+LL+ AmBnL +AmBnE1E2注意注意: 相圖作用：相圖作用： 當(dāng)原始配料落在當(dāng)原始配料落在AAmBn范圍內(nèi)，最終析晶產(chǎn)物為范圍內(nèi)，最終析晶產(chǎn)物為A和和AmBn； 當(dāng)原始配料落在當(dāng)原始配料落在BAmBn范圍內(nèi)，最終析晶產(chǎn)物為范圍內(nèi)，最終析晶產(chǎn)物為B和和AmBn；一致熔融二元化合物的二元系統(tǒng)第36頁/共119頁注意注意 E：低共熔點(diǎn)是析晶終點(diǎn)低共熔點(diǎn)是析晶終點(diǎn) 相變相變L AC ；

17、 P：轉(zhuǎn)熔點(diǎn)轉(zhuǎn)熔點(diǎn) f0，不一定是析晶終點(diǎn)，不一定是析晶終點(diǎn)，LBCbL+AL+CA+CC+BA C BL+BTaTEEPKL不一致熔融化合物的二元相圖：是不穩(wěn)是不穩(wěn)定化合物，加熱這種化合物到定化合物，加熱這種化合物到某一溫度便分解成某一溫度便分解成一種液相和一種液相和一種晶相一種晶相，二者組成與化合物，二者組成與化合物組成皆不相同。組成皆不相同。兩類無變量點(diǎn)兩類無變量點(diǎn)第37頁/共119頁bL+AL+CA+CC+BA C BL+BTaEKL1析晶路線析晶路線 Lp=1 f=2熔體熔體1K M , (B)PF, 開始回吸開始回吸B(C)PD ，晶體，晶體B消失消失CLP C p=2 f=1EH

18、 , C+(A)E(液相消失液相消失)O , A+CL A+C p=3 f=0L B p=2 f=1LP BC p=3 f=0PFMGBCLDOH第38頁/共119頁(2) 同理可分析組成同理可分析組成2的冷卻過程。在轉(zhuǎn)熔點(diǎn)的冷卻過程。在轉(zhuǎn)熔點(diǎn)P處，處， LBC時(shí)，時(shí)，L先消失先消失，固相組，固相組 成點(diǎn)為成點(diǎn)為D和和F，其含量其含量 由由D、J、F三點(diǎn)三點(diǎn)相對位置求出。相對位置求出。P點(diǎn)是回吸點(diǎn)又是析晶終點(diǎn)。點(diǎn)是回吸點(diǎn)又是析晶終點(diǎn)。BCLbL+AL+CA+CA C BL+BTaEP D J FML2B+C第39頁/共119頁A BA+BA+CB+CL+AL+CL+B3升溫形成，降溫分解升溫形

19、成，降溫分解C C/ D D/EHOP熔體熔體3的冷卻過程：的冷卻過程：L P +BCp=3 f=0 Lp=1 f=2熔體熔體3C C/ , (B)L Bp=2 f=1PD/, 開始回吸開始回吸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40頁/共119頁(3) 組成組成3在在P點(diǎn)回吸，在點(diǎn)回吸，在LBC時(shí)時(shí)LB同時(shí)消失，同時(shí)消失， P點(diǎn)是回吸點(diǎn)又是析晶終點(diǎn)點(diǎn)是回吸點(diǎn)又是析晶終點(diǎn)。bL+AL+CA+CC+BA C BL+BTaEP D L3BCL第41頁/共119頁P(yáng)點(diǎn)是過渡點(diǎn)，因?yàn)闊o點(diǎn)是過渡點(diǎn)，因?yàn)闊oB相

20、生成。相生成。bL+AL+CA+CC+BA C BL+BTaTEEPL Lp=1 f=2熔體熔體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42頁/共119頁 組成組成 反應(yīng)性質(zhì)反應(yīng)性質(zhì)(TP) 析晶終點(diǎn)析晶終點(diǎn) 析晶終析晶終相相 組成在組成在PD之間之間 LBC ；B先消失先消失 E AC DF之間之間 LBC ；L先消失先消失 P BC D點(diǎn)點(diǎn) LBC ；LB同時(shí)消失同時(shí)消失 P C P點(diǎn)點(diǎn) L(B)C E AC 總結(jié)規(guī)律總結(jié)規(guī)律：4bL+AL+CA+CC+BA C BL+BTaTEEPKL132

21、D F第43頁/共119頁化合物在低溫形成高溫分解化合物在低溫形成高溫分解L+AL+BA+BA C BA+CC+BETaTeTd1化合物存在于某一溫度范圍內(nèi)化合物存在于某一溫度范圍內(nèi)A BA+BA+CB+CA+BEL+AL+B2固相中有化合物形成或分解的二元系統(tǒng)相圖必須進(jìn)行固相反應(yīng)合成必須進(jìn)行固相反應(yīng)合成并且非平衡條件冷卻第44頁/共119頁A、在低共熔點(diǎn)下發(fā)生在低共熔點(diǎn)下發(fā)生TETPBA B A BA BA LBLETabB、在低共熔點(diǎn)以上發(fā)生在低共熔點(diǎn)以上發(fā)生aC P EA +LA +LA +BB+LLA BB% E：低共熔點(diǎn)低共熔點(diǎn) ，f 0，是析晶終點(diǎn)，是析晶終點(diǎn)，L A B ； P：

22、晶型轉(zhuǎn)變點(diǎn)，晶型轉(zhuǎn)變點(diǎn)， f0，不是析晶終點(diǎn)，不是析晶終點(diǎn)，LA LA 具有多晶轉(zhuǎn)變的二元系統(tǒng)相圖具有多晶轉(zhuǎn)變的二元系統(tǒng)相圖第45頁/共119頁BA B A BA BA LBLETaTETPP F/ FD D/C C/1/b Lp=1 f=2熔體熔體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 B1LA+BA A 自習(xí)補(bǔ)充第46頁/共119頁23aEA +LA +LA +BB+LLA BB%DL A p=2 f=1F F/ , (A )F/FC

23、 P PC , (A A )E D/ ， A +BD/ Lp=1 f=2熔體熔體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自習(xí)補(bǔ)充第47頁/共119頁點(diǎn)點(diǎn)E：低共熔點(diǎn)低共熔點(diǎn) LAB f=0 G：LG ALF f=0線線GKF為液相分界線；為液相分界線；帽形區(qū)帽形區(qū)GKFG為二液存在區(qū)，區(qū)域的存在與為二液存在區(qū)，區(qū)域的存在與有關(guān)。有關(guān)。具有液相分層的二元系統(tǒng)相圖TFTEKTaG EbA A+BA+LA+LB+LL2L分相分相 區(qū)區(qū)OBFB第48頁/共119頁TFTEKTaG EbA A+B

24、A+LA+LB+LL2L分相分相 區(qū)區(qū)OBFB1 兩層兩層p=1 f=2熔體熔體1L1 L1/L1 L1/ L2 L2/ 兩層兩層p=2 f=1L2L2/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 第49頁/共119頁：化學(xué)式相似，結(jié)構(gòu)相同，離子半徑相近的物質(zhì)能夠形成。 無三相無變量點(diǎn)無三相無變量點(diǎn)杠桿規(guī)則計(jì)算固液相量杠桿規(guī)則計(jì)算固液相量1672345OA B TTaTbS(AB)LL+S(AB)B%連續(xù)固溶體的二元系統(tǒng)相圖第50頁/共119頁 SA(B)表示表示B組分溶解

25、到組分溶解到A組分中所組分中所形成的固溶體；形成的固溶體； SB(A)表示表示A組分溶解在組分溶解在 B組分中所形成的固溶體組分中所形成的固溶體。不連續(xù)固溶體的二元相圖T A F G B C DEba SA(B)+ SB(A)SA(B)SA(B)+LL+ SB(A)SB(A)L第51頁/共119頁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熔體熔體1液態(tài)溶液液態(tài)溶液L SB(A)p=2 f=11/ SB(A)+ SA(B)p=

26、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52頁/共119頁生成不連續(xù)固溶體且具有生成不連續(xù)固溶體且具有回吸點(diǎn)回吸點(diǎn)的二元系統(tǒng)相圖的二元系統(tǒng)相圖1、點(diǎn)、點(diǎn)G :低共熔點(diǎn)低共熔點(diǎn) LSA(B)+ SB(A) f=0 點(diǎn)點(diǎn)J ：回吸點(diǎn)，：回吸點(diǎn)，f=0 L+SA(B) SB(A)123A O P BbaFGJSA(B)+ SB(A)SA(B)SA(B)+LSB(A)L+ SB(A)T第53頁/共119頁A O P BbaSA(B)+ SB(A)SA

27、(B)SA(B)+LL+ SB(A)T3JF , 開始回吸開始回吸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熔體熔體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54頁/共119頁 LSB(A) SB(A) SA(B) + SB(A) 剛離開剛離開J時(shí)組成時(shí)組成 SA(B)先消失先消失 LSA(B)同時(shí)消失同時(shí)消失 L先消失先消失 J點(diǎn)點(diǎn): LSA(B) SB

28、(A) 3 1 2組成點(diǎn)組成點(diǎn)123A O P BbaFGJSA(B)+ SB(A)SA(B)SA(B)+LSB(A)L+ SB(A)T第55頁/共119頁 CaO-SiO2系統(tǒng)相圖系統(tǒng)相圖 (1)會(huì)劃分分二元系統(tǒng)；會(huì)劃分分二元系統(tǒng)； (2)無變量點(diǎn)的性質(zhì)，相間平衡；無變量點(diǎn)的性質(zhì)，相間平衡； (3)分析分析SiO2-CS分系統(tǒng)，解釋分系統(tǒng)，解釋CaO可作為可作為 硅磚生產(chǎn)的硅磚生產(chǎn)的 礦化劑；礦化劑； (4) C2S-CaO分系統(tǒng)含有硅酸鹽水泥的重要礦物分系統(tǒng)含有硅酸鹽水泥的重要礦物C3S和和C2S， C3S 是不一致熔融化合物，僅能穩(wěn)定存在于是不一致熔融化合物，僅能穩(wěn)定存在于1250215

29、0之間。之間。 (5) 會(huì)應(yīng)用相圖指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。會(huì)應(yīng)用相圖指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。二元專業(yè)相圖第56頁/共119頁C2S的多晶轉(zhuǎn)變自由焓050010001500T 52567072586011601420LH第57頁/共119頁(1)會(huì)劃分分二元系統(tǒng)；會(huì)劃分分二元系統(tǒng)；(2)無變量點(diǎn)的性質(zhì)及相間平衡；無變量點(diǎn)的性質(zhì)及相間平衡；(3)在在SiO2-A3S2分系統(tǒng)中，分系統(tǒng)中， (4) 在在A3S2SiO2分系統(tǒng)分系統(tǒng),莫來石質(zhì)莫來石質(zhì) (Al2O372% )及剛玉質(zhì)耐火磚及剛玉質(zhì)耐火磚(Al2O390% )都都 是性能優(yōu)良的耐火材料。是性能優(yōu)良的耐火材料。分析粘土磚，其礦物組成分析粘土磚，其礦物組成?分析

30、生產(chǎn)硅磚中分析生產(chǎn)硅磚中Al2O3存在降低耐火度的存在降低耐火度的影影 響響? Al2O3-SiO2系統(tǒng)相圖系統(tǒng)相圖第58頁/共119頁Al2O3-SiO2系統(tǒng)相圖200 01800160014001200溫 度 SiO220406 08 0Al2O3摩 爾 204 06080L +Al2O3172 3L+ SiO2E1159 5L+A3S2固溶 體1 850L1 840E2Al2O3+A3S2固 溶 體A3S2固 溶 體S iO2+A3S2固 溶 體重 量2 050L+A3S2固 溶 體F第59頁/共119頁分析粘土磚，其礦物組成分析粘土磚，其礦物組成? ?A A3 3S S2 2含量增加，

31、耐火度增大，其中含含量增加，耐火度增大，其中含AlAl2 2O O3 3大約大約3333。注意：配料組成在注意：配料組成在E1FE1F范圍內(nèi)，必須注意液相線的變化。范圍內(nèi)，必須注意液相線的變化。分析生產(chǎn)硅磚中分析生產(chǎn)硅磚中Al2O3Al2O3存在降低耐火度的存在降低耐火度的影響影響? ?因?yàn)榇讼到y(tǒng)因?yàn)榇讼到y(tǒng)中在中在15951595低共熔點(diǎn)處生成含低共熔點(diǎn)處生成含AlAl2 2O O3 3 5.5wt% 5.5wt%的液相，的液相，E1E1點(diǎn)靠近點(diǎn)靠近SiOSiO2 2, ,當(dāng)加入當(dāng)加入1wt1wt的，在的，在15951595就產(chǎn)生就產(chǎn)生 1 1：5.5=18.25.5=18.2液相，與液相，與

32、SiO2 平衡的液相平衡的液相線從熔點(diǎn)線從熔點(diǎn)17231723迅速降為迅速降為15951595，因而使耐火度大大降低，因而使耐火度大大降低。第60頁/共119頁 (1)劃分二元分系統(tǒng)；劃分二元分系統(tǒng)； (2)確定各無變量點(diǎn)的性質(zhì)及相間平衡；確定各無變量點(diǎn)的性質(zhì)及相間平衡； (3)應(yīng)用：應(yīng)用：鎂質(zhì)耐火材料鎂質(zhì)耐火材料配料中配料中MgO含量應(yīng)大于含量應(yīng)大于Mg2SiO4中中 MgO含量，否則配料點(diǎn)落入含量，否則配料點(diǎn)落入Mg2SiO4SiO2系統(tǒng)，系統(tǒng)， 開始出現(xiàn)液相溫開始出現(xiàn)液相溫 度及全融溫度急劇下降，造成耐度及全融溫度急劇下降，造成耐 火度急劇下降?；鸲燃眲∠陆怠?：鎂質(zhì)磚：鎂質(zhì)磚(T共共1

33、850)與硅質(zhì)磚與硅質(zhì)磚(T共共1436) 不能混用，否則共熔點(diǎn)下降。不能混用，否則共熔點(diǎn)下降。 MgO-SiO2二元系統(tǒng)二元系統(tǒng)第61頁/共119頁L150017001900210023002500270029000102030405060708090100MgOMg2SiO4MgSiO3SiO2重量 SiO318501890BCMgOMgO+LDFFL+-方石英1543MgSiO3+LMgSiO3+-方石英Mg2SiO4+LAMgO+MgSiO4Mg2SiO4+MgSiO31557E1695MgO-SiO2系統(tǒng)相圖第62頁/共119頁熱分析法熱分析法差差 熱熱 分析法分析法(DTA)溶溶

34、解解 度度 法法 靜態(tài)法靜態(tài)法(淬冷法淬冷法) 動(dòng)態(tài)法動(dòng)態(tài)法三、相平衡研究方法第63頁/共119頁1、熱分析法、熱分析法 根據(jù)系統(tǒng)在冷卻過程中根據(jù)系統(tǒng)在冷卻過程中溫度隨時(shí)間的變化溫度隨時(shí)間的變化情況來判斷情況來判斷 系統(tǒng)中是否發(fā)生了系統(tǒng)中是否發(fā)生了相變化相變化。 (1) 將樣品加熱成液態(tài)；將樣品加熱成液態(tài)； (2) 令其緩慢而均勻地冷卻，記錄冷卻過程中系統(tǒng)在不同時(shí)令其緩慢而均勻地冷卻，記錄冷卻過程中系統(tǒng)在不同時(shí) 刻的溫度數(shù)據(jù)；刻的溫度數(shù)據(jù)； (3) 以溫度為縱坐標(biāo)，時(shí)間為橫坐標(biāo)，繪制成溫度時(shí)間曲以溫度為縱坐標(biāo)，時(shí)間為橫坐標(biāo)，繪制成溫度時(shí)間曲 線，即步冷曲線線，即步冷曲線(冷卻曲線冷卻曲線)；

35、(4) 由若干條組成不同的系統(tǒng)的冷卻曲線就可以繪制出相圖。由若干條組成不同的系統(tǒng)的冷卻曲線就可以繪制出相圖。第64頁/共119頁以以BiCd為例：為例： Cd質(zhì)量百分?jǐn)?shù)：質(zhì)量百分?jǐn)?shù)：a ,0；b,20；c,40；d,75；e,100 a b c d e 冷卻曲線冷卻曲線 BiCd系統(tǒng)的相圖系統(tǒng)的相圖 Bi(s)+Cd(s)L+Bi(s) L+Cd(s) L：簡便，不象淬冷法那樣費(fèi)時(shí)費(fèi)力。：簡便，不象淬冷法那樣費(fèi)時(shí)費(fèi)力。：由于本質(zhì)上是一種動(dòng)態(tài)法，不象淬冷法那樣更符合相平衡：由于本質(zhì)上是一種動(dòng)態(tài)法，不象淬冷法那樣更符合相平衡 的熱力學(xué)要求，所測的熱力學(xué)要求，所測得相變溫度僅是一個(gè)得相變溫度僅是一個(gè)

36、近似值近似值只能測定相變溫度，不能確定相變前后的物相，要確定物只能測定相變溫度，不能確定相變前后的物相，要確定物相仍需其它方法配合。相仍需其它方法配合。第65頁/共119頁mv2mv1自動(dòng)自動(dòng)記錄記錄惰性基準(zhǔn)物惰性基準(zhǔn)物試樣試樣加熱器隔熱板鉑絲鉑絲鉑銠絲mv1-試樣溫度變化mv2-電勢差2、 差熱分析法差熱分析法(DTA)第66頁/共119頁3、淬冷法、淬冷法 最大優(yōu)點(diǎn)：最大優(yōu)點(diǎn)：準(zhǔn)確度高。因?yàn)殚L時(shí)間保溫較接近平衡狀態(tài)，淬冷后在準(zhǔn)確度高。因?yàn)殚L時(shí)間保溫較接近平衡狀態(tài)，淬冷后在室溫下又可對試樣中平衡共存的相數(shù)、各相的組成、形態(tài)和數(shù)量直室溫下又可對試樣中平衡共存的相數(shù)、各相的組成、形態(tài)和數(shù)量直接進(jìn)

37、行測定。接進(jìn)行測定。 適用對象適用對象：適用：適用于相變速度慢的系統(tǒng)，如果快則在淬冷時(shí)發(fā)生相于相變速度慢的系統(tǒng)，如果快則在淬冷時(shí)發(fā)生相變。變。第67頁/共119頁第四節(jié)第四節(jié) 三元系統(tǒng)相圖三元系統(tǒng)相圖 相圖相圖p1234f3210三元凝聚系統(tǒng)相率三元凝聚系統(tǒng)相率當(dāng)當(dāng) p=1 p=1 時(shí)，時(shí)，f fmaxmax3 3 組成組成x x1 1、x x2 2和溫度的變化和溫度的變化第68頁/共119頁頂點(diǎn)頂點(diǎn)：單元系統(tǒng)或純組分；：單元系統(tǒng)或純組分；邊邊： 二元系統(tǒng)；二元系統(tǒng)；內(nèi)部內(nèi)部：三元系統(tǒng)：三元系統(tǒng) 應(yīng)用應(yīng)用: 1、已知組成點(diǎn)確定各物質(zhì)的含量；、已知組成點(diǎn)確定各物質(zhì)的含量； 2、已知含量確定其組成

38、點(diǎn)的物質(zhì)。、已知含量確定其組成點(diǎn)的物質(zhì)。909090808080707070606060505050404040303030202020101010cEMDaABCaCABMbca三元系統(tǒng)組成的表示方法三元系統(tǒng)組成的表示方法第69頁/共119頁三元系統(tǒng)組成中的一些關(guān)系三元系統(tǒng)組成中的一些關(guān)系 ABCMNEDFO等含量規(guī)則等含量規(guī)則在等邊三角形中，平行于一條邊的直線上的所有各點(diǎn)均含有相等的對應(yīng)頂點(diǎn)在等邊三角形中，平行于一條邊的直線上的所有各點(diǎn)均含有相等的對應(yīng)頂點(diǎn)的組成。的組成。MN第70頁/共119頁定比例規(guī)則 從等邊三角形的某一頂點(diǎn)向?qū)呑饕恢本€，則在線上的任一點(diǎn)表示對邊兩從等邊三角形的某一頂

39、點(diǎn)向?qū)呑饕恢本€，則在線上的任一點(diǎn)表示對邊兩組分組分含量之比含量之比不變，不變，而頂點(diǎn)組分的含量則隨著遠(yuǎn)離頂點(diǎn)而降低。而頂點(diǎn)組分的含量則隨著遠(yuǎn)離頂點(diǎn)而降低。 ABCMNEDFOMNO第71頁/共119頁背向規(guī)則：在三角形中任一混合物O，若從O中不斷析出某一頂點(diǎn)的成分，則剩余物質(zhì)的成分也不斷改變(相對含量不變)，改變的途徑在這個(gè)頂點(diǎn)和這個(gè)混合物的連線上，改變的方向背向頂點(diǎn)。 ABCMNEDFO第72頁/共119頁杠桿規(guī)則杠桿規(guī)則在三元系統(tǒng)中，一種混合物分解為兩種物質(zhì)在三元系統(tǒng)中，一種混合物分解為兩種物質(zhì)(或兩種物質(zhì)合成為一種混合物或兩種物質(zhì)合成為一種混合物)時(shí)，它們的組時(shí)，它們的組成點(diǎn)在一條直線

40、上，它們的重量比與其它組成點(diǎn)之間的距離成反比。成點(diǎn)在一條直線上，它們的重量比與其它組成點(diǎn)之間的距離成反比。 物質(zhì)的分解和合成實(shí)際上就是物相的變化。對于三元系統(tǒng)中有混合物分解為三種物質(zhì)，或有三種物質(zhì)生成一種物質(zhì)，其重量比需用兩次杠桿規(guī)則求出。A BCOMPb1bb2第73頁/共119頁在三元系統(tǒng)中，若有三種物質(zhì)在三元系統(tǒng)中，若有三種物質(zhì)M1、M2、M3合成混合物合成混合物M，則混合物則混合物M的的組成點(diǎn)在連成的組成點(diǎn)在連成的 M1M2M3之之，M點(diǎn)的位置稱為點(diǎn)的位置稱為重心位置重心位置。 當(dāng)一種物質(zhì)分解成三種物質(zhì)當(dāng)一種物質(zhì)分解成三種物質(zhì) ，則則混合物組成點(diǎn)也在三物質(zhì)組成點(diǎn)所圍的混合物組成點(diǎn)也在三

41、物質(zhì)組成點(diǎn)所圍的三角形內(nèi)。三角形內(nèi)。根據(jù)根據(jù)杠桿規(guī)則杠桿規(guī)則：M1M2P PM3 MM1 M2M3 MM1M2M3M.PA BC第74頁/共119頁交叉位置規(guī)則交叉位置規(guī)則 M點(diǎn)在點(diǎn)在 M1M2M3某一條某一條，且在另二，且在另二條邊的延長線范圍內(nèi)。這需要從物質(zhì)條邊的延長線范圍內(nèi)。這需要從物質(zhì)M1M2中取出一定量的中取出一定量的M3才能得到混合物才能得到混合物M，此此規(guī)則稱為規(guī)則稱為交叉位置規(guī)則。交叉位置規(guī)則。 由由杠桿規(guī)則杠桿規(guī)則：M1M2P M + M3 PM1M2MM3M1M2M3MPA BC從M1M2中取出中取出M3愈多，則愈多，則M點(diǎn)離點(diǎn)離M3愈遠(yuǎn)。愈遠(yuǎn)。第75頁/共119頁共軛位置

42、規(guī)則共軛位置規(guī)則在三元系統(tǒng)，物質(zhì)組成點(diǎn)在三元系統(tǒng)，物質(zhì)組成點(diǎn)M在在 的一個(gè)的一個(gè)，共軛位置。，共軛位置。重心規(guī)則重心規(guī)則： M1M2MM3 或或：M M3 (M1M2) M1M2M3MA BC.結(jié)論：結(jié)論：從從M3M3中取出中取出M1M1M2M2愈多，則愈多，則M M點(diǎn)離點(diǎn)離M1M1和和M2M2愈遠(yuǎn)愈遠(yuǎn)。第76頁/共119頁CBAE2E1E3E/A/B/C/e3e1e2EABCM/DMFD/三、簡單三元系統(tǒng)的三、簡單三元系統(tǒng)的立體狀態(tài)圖立體狀態(tài)圖和和平面投平面投影圖影圖第77頁/共119頁： 1、三棱邊：、三棱邊：A、B、C的三個(gè)一元系統(tǒng)；的三個(gè)一元系統(tǒng)； 2、三側(cè)面：構(gòu)成三個(gè)簡單二元系統(tǒng)狀態(tài)

43、圖，并具有相應(yīng)的二元、三側(cè)面：構(gòu)成三個(gè)簡單二元系統(tǒng)狀態(tài)圖，并具有相應(yīng)的二元 低低共熔點(diǎn)；共熔點(diǎn)； 3、二元系統(tǒng)的液相線在三元系統(tǒng)中發(fā)展為、二元系統(tǒng)的液相線在三元系統(tǒng)中發(fā)展為液相面液相面， 液相面代表了一種二相平衡狀態(tài)，三個(gè)液相面以液相面代表了一種二相平衡狀態(tài)，三個(gè)液相面以 上的空間為熔體的單相上的空間為熔體的單相 區(qū)；區(qū)； 4、液相面相交成、液相面相交成界線界線，界線代表了系統(tǒng)的三相平衡，界線代表了系統(tǒng)的三相平衡 狀態(tài)，狀態(tài)，f 1； 5、三個(gè)液相面和三條界線在空間交于三個(gè)液相面和三條界線在空間交于E/點(diǎn)點(diǎn)，處于四，處于四 相平衡狀態(tài)，相平衡狀態(tài)， f 0； 6、平面投影圖平面投影圖第78頁/

44、共119頁(1) 立體圖的空間曲面立體圖的空間曲面(液相面液相面) 投影為平面上的投影為平面上的初晶區(qū)初晶區(qū) 、 、 ABCe1E E1E/、e2E E2E/ 、e3E E3E/;平面界線平面界線空間界線空間界線平面點(diǎn)平面點(diǎn)空間點(diǎn)空間點(diǎn)e1 E1e2 E2e3 E3 EE/ 第79頁/共119頁(2) 冷卻過程溫度降低的方向冷卻過程溫度降低的方向(3) 等溫線：等溫線： 在空間結(jié)構(gòu)圖的液相面上，高度不同，溫度也不同，而液相面在空間結(jié)構(gòu)圖的液相面上，高度不同，溫度也不同，而液相面投影到投影到ABC上是上是 一個(gè)沒有高低差別的平面，引入等溫線。一個(gè)沒有高低差別的平面，引入等溫線。 相圖中一般注明相

45、圖中一般注明等溫線的溫度。等溫線的溫度。 結(jié)論結(jié)論： 三角形頂點(diǎn)溫度最高，三角形頂點(diǎn)溫度最高， 離頂點(diǎn)愈遠(yuǎn)其表示離頂點(diǎn)愈遠(yuǎn)其表示 溫度愈低。等溫線愈密，表示溫度愈低。等溫線愈密，表示液相面越陡峭。液相面越陡峭。第80頁/共119頁三元系統(tǒng)的等溫截面三元系統(tǒng)的等溫截面第81頁/共119頁 ： 按杠桿規(guī)則，按杠桿規(guī)則，原始配料組成、液相組原始配料組成、液相組成和固相組成成和固相組成，這三點(diǎn)任何時(shí)刻必須處這三點(diǎn)任何時(shí)刻必須處于一條直線上。于一條直線上。并可計(jì)算某一溫度下系統(tǒng)中的并可計(jì)算某一溫度下系統(tǒng)中的液相量和液相量和固相量。固相量。 Lp=1 f=3熔體熔體MM C , (C)L Cp=2 f=2

46、DC , C(B)L A +B+C p=4 f=0E(L消失消失)M ，AB+CE F ，B+C+(A)7、析晶路程：L C+Bp=3 f=1FCBAEDCAB第82頁/共119頁(1) 幾條重要規(guī)則幾條重要規(guī)則 連線規(guī)則連線規(guī)則：用來判斷：用來判斷界線的溫度界線的溫度走向；走向； ：將界線：將界線(或延長線或延長線)與與相應(yīng)的連線相應(yīng)的連線相交，其交點(diǎn)是該相交，其交點(diǎn)是該 界線上的溫度最高點(diǎn)界線上的溫度最高點(diǎn);溫度走向是背離交點(diǎn)。溫度走向是背離交點(diǎn)。CSCSEFmCSmCSCSmCS第83頁/共119頁 切線規(guī)則切線規(guī)則：用于判斷三元相圖上：用于判斷三元相圖上界線的性質(zhì)界線的性質(zhì) 定義：定義

47、：界線上的某一點(diǎn)所作的界線上的某一點(diǎn)所作的切線與相應(yīng)的組成切線與相應(yīng)的組成的連線相交，的連線相交， 如如交點(diǎn)交點(diǎn)，則表示界線上該處具有，則表示界線上該處具有共熔性質(zhì)共熔性質(zhì)； 如如交點(diǎn)在交點(diǎn)在，則表示界線上該處具有，則表示界線上該處具有轉(zhuǎn)熔轉(zhuǎn)熔 性質(zhì)性質(zhì)，遠(yuǎn)離交點(diǎn)的晶相被回吸。遠(yuǎn)離交點(diǎn)的晶相被回吸。注意注意：有時(shí)一條界線上：有時(shí)一條界線上切線與連線切線與連線相交有兩種相交有兩種情況。情況。 在某段具有共熔性質(zhì)，過一轉(zhuǎn)折點(diǎn)后又具有共熔性質(zhì)。在某段具有共熔性質(zhì)，過一轉(zhuǎn)折點(diǎn)后又具有共熔性質(zhì)。 二類界線表示：二類界線表示： 共熔界線共熔界線的溫度下降方向：的溫度下降方向：轉(zhuǎn)熔界線轉(zhuǎn)熔界線的溫度下降方向

48、：的溫度下降方向：第84頁/共119頁 重心規(guī)則重心規(guī)則：用于判斷：用于判斷無變量點(diǎn)的性質(zhì)無變量點(diǎn)的性質(zhì) 定義定義：無變量點(diǎn)處于其相應(yīng)副三角形的無變量點(diǎn)處于其相應(yīng)副三角形的重心位重心位，則為，則為共熔點(diǎn)共熔點(diǎn)； 無變量點(diǎn)處于其相應(yīng)副三角形的無變量點(diǎn)處于其相應(yīng)副三角形的交叉位，交叉位，則為則為單轉(zhuǎn)熔點(diǎn)單轉(zhuǎn)熔點(diǎn)； 無變量點(diǎn)處于其相應(yīng)副三角形的無變量點(diǎn)處于其相應(yīng)副三角形的共軛位共軛位，則為，則為雙轉(zhuǎn)熔點(diǎn)。雙轉(zhuǎn)熔點(diǎn)。 注：注：副三角形副三角形指與該無變量點(diǎn)液相平衡的三個(gè)晶相組成點(diǎn)連接成的三角形。指與該無變量點(diǎn)液相平衡的三個(gè)晶相組成點(diǎn)連接成的三角形。 判斷判斷無變量點(diǎn)的性質(zhì)的又一方法無變量點(diǎn)的性質(zhì)的又一

49、方法： 根據(jù)根據(jù)界線的溫度下降方界線的溫度下降方向，任何一個(gè)無變量點(diǎn)必是向，任何一個(gè)無變量點(diǎn)必是 三個(gè)初相區(qū)和三條界線三個(gè)初相區(qū)和三條界線的交匯點(diǎn)：的交匯點(diǎn)： 三條界線的溫度下降箭頭一定都三條界線的溫度下降箭頭一定都指向交匯點(diǎn)指向交匯點(diǎn)共熔點(diǎn)共熔點(diǎn)； 兩條兩條界線的溫度下降箭頭界線的溫度下降箭頭指向指向交匯點(diǎn)交匯點(diǎn)單轉(zhuǎn)熔點(diǎn)單轉(zhuǎn)熔點(diǎn)(雙升點(diǎn)雙升點(diǎn))； 兩條兩條界線的溫度下降箭頭界線的溫度下降箭頭背向背向交匯點(diǎn)交匯點(diǎn)雙轉(zhuǎn)熔點(diǎn)雙轉(zhuǎn)熔點(diǎn)(雙降點(diǎn)雙降點(diǎn))。第85頁/共119頁 三角形規(guī)則三角形規(guī)則 用途：用途：確定結(jié)晶產(chǎn)物和結(jié)晶終點(diǎn)。確定結(jié)晶產(chǎn)物和結(jié)晶終點(diǎn)。 內(nèi)容：原始熔體組成點(diǎn)所在三角形的三個(gè)頂點(diǎn)表示

50、的物質(zhì)內(nèi)容：原始熔體組成點(diǎn)所在三角形的三個(gè)頂點(diǎn)表示的物質(zhì) 即為即為 其結(jié)晶產(chǎn)物；與這其結(jié)晶產(chǎn)物；與這 三個(gè)物質(zhì)三個(gè)物質(zhì)相應(yīng)相應(yīng)的初晶區(qū)所包的初晶區(qū)所包 圍的三元無變量點(diǎn)是其結(jié)晶終點(diǎn)。圍的三元無變量點(diǎn)是其結(jié)晶終點(diǎn)。A e1 Q S B e4e3CABCSEmP第86頁/共119頁1 1、生成一個(gè)、生成一個(gè)的三元系統(tǒng)相圖的三元系統(tǒng)相圖L+AL+SL+BA e1 S e2 B e4e3CABCSE1E2m 在相圖上的特點(diǎn)：在相圖上的特點(diǎn)： 其組成點(diǎn)位于其初晶區(qū)范圍內(nèi)。其組成點(diǎn)位于其初晶區(qū)范圍內(nèi)。 ： (1) 確定溫度的變化方向；確定溫度的變化方向； (2)各界線的性質(zhì)；各界線的性質(zhì)； (3) 會(huì)劃分

51、各分三元系統(tǒng)；會(huì)劃分各分三元系統(tǒng)； (4) 分析不同組成點(diǎn)的析晶路程，分析不同組成點(diǎn)的析晶路程， 析析 晶終點(diǎn)和析晶終產(chǎn)物；晶終點(diǎn)和析晶終產(chǎn)物； (5) 在在E1E2界線上界線上m點(diǎn)是溫度最點(diǎn)是溫度最 高點(diǎn)高點(diǎn)。 (連線規(guī)則連線規(guī)則)四、三元系統(tǒng)相圖的基本類四、三元系統(tǒng)相圖的基本類型型第87頁/共119頁相圖上的特點(diǎn)：相圖上的特點(diǎn)：化合物組成點(diǎn)化合物組成點(diǎn)不在其初晶不在其初晶區(qū)范圍內(nèi)區(qū)范圍內(nèi)。A/Q/S/B/L+AL+SL+BA e1 Q S B e4e3CABCSEmP2 2、生成一個(gè)、生成一個(gè)的三元的三元系統(tǒng)系統(tǒng)第88頁/共119頁課堂總結(jié)一、一、 三元系統(tǒng)組成的表示方法三元系統(tǒng)組成的表示

52、方法BACM N P b c a 二、三元系統(tǒng)組成中的一些關(guān)系二、三元系統(tǒng)組成中的一些關(guān)系 1、等含量規(guī)則、等含量規(guī)則A BCP Q E D FM3、杠桿規(guī)則、杠桿規(guī)則5 5、交叉位置規(guī)則、交叉位置規(guī)則6 6、共軛位置規(guī)則、共軛位置規(guī)則M1M2M3M.PA BCM1M2M3MPA BC2、定比例規(guī)則定比例規(guī)則第89頁/共119頁幾條重要規(guī)則幾條重要規(guī)則連線規(guī)則連線規(guī)則 切線規(guī)則切線規(guī)則 重心規(guī)則重心規(guī)則 三角形規(guī)則三角形規(guī)則A e1 Q S B e4e3CABCSEmP副三角形副三角形第90頁/共119頁(2)不同組成的結(jié)晶路程分析不同組成的結(jié)晶路程分析 A、劃分副三角形，劃分副三角形， 確定

53、組成點(diǎn)的位置；確定組成點(diǎn)的位置； B、 分析析晶產(chǎn)物和析晶終點(diǎn)；分析析晶產(chǎn)物和析晶終點(diǎn)； C、分析析晶路線，正確書寫其結(jié)晶路程；分析析晶路線，正確書寫其結(jié)晶路程； D、利用規(guī)則檢驗(yàn)其正確性。利用規(guī)則檢驗(yàn)其正確性。第91頁/共119頁A e1 Q S B e4e3CABCSEmP.1：1點(diǎn)點(diǎn)在在S的初晶區(qū)內(nèi)，的初晶區(qū)內(nèi)， 開始析出晶相為開始析出晶相為S， 組成點(diǎn)在組成點(diǎn)在 ASC內(nèi)，內(nèi)， 析晶終點(diǎn)為析晶終點(diǎn)為E點(diǎn)，點(diǎn)， 析出晶相為析出晶相為A、S、C； FDL A +S p=3 f=1 Lp=1 f=3熔體熔體11 S , (S)DS , S(A)L A +S+C p=4 f=0E(L消失消失)

54、1 ，AS+CE F ，A+S+(C)L S p=2 f=2第92頁/共119頁A e1 Q S B e4e3CABCSEmPOQ2 .2點(diǎn)點(diǎn)在在B的初晶區(qū)，開始析出的晶相為的初晶區(qū)，開始析出的晶相為B，組成點(diǎn)在組成點(diǎn)在 BSC內(nèi)，內(nèi)，析晶終點(diǎn)為析晶終點(diǎn)為P點(diǎn)，點(diǎn)，析出晶相為析出晶相為B、S、C。L C +B p=3 f=1 Lp=1 f=3熔體熔體22 B , (B)QB , B(C)L+B S+C p=4 f=0P(L消失消失)2 ，BS+CP O ，B+(S)+CL B p=2 f=2第93頁/共119頁A e1 Q S B e4e3CABCSEP. 3分析分析：3點(diǎn)點(diǎn)在在C的初晶區(qū)內(nèi)，

55、開始析的初晶區(qū)內(nèi)，開始析出的晶相為出的晶相為C， 在在 ASC內(nèi)，析晶終點(diǎn)在內(nèi)，析晶終點(diǎn)在E點(diǎn)，點(diǎn)，結(jié)晶終產(chǎn)物是結(jié)晶終產(chǎn)物是A、S、C。途中經(jīng)過途中經(jīng)過P點(diǎn)，點(diǎn)，P點(diǎn)是轉(zhuǎn)熔點(diǎn)，同時(shí)也是過渡點(diǎn)點(diǎn)是轉(zhuǎn)熔點(diǎn)，同時(shí)也是過渡點(diǎn)。 L+B S+C L C +B p=3 f=1 Lp=1 f=3熔體熔體33 C , (C)mC , C(B)L+B S+C p=4 f=0P(B消失消失)F ，S+CP D ，B+(S)+CL C p=2 f=2L S+C p=3 f=1E G ，S+(A)+CL A+S+C p=4 f=0E(L消失消失)3 ，A+S+CDFGm第94頁/共119頁A e1 Q S B e4e

56、3CABCSEmP. 4課堂分析課堂分析第95頁/共119頁L +B C p=3 f=1 Lp=1 f=3熔體熔體55 B , (B)HB , B(S)L S p=2 f=2ES ，S+(C+A)I (B消失消失)S ，SL B p=2 f=2L S+C+A p=4 f=0E(L消失消失)5 ，A+S+CA e1 Q S B e4e3CABCSEmPHI. 5注：注：5點(diǎn)在點(diǎn)在ES的連線上的連線上第96頁/共119頁A e1 Q S B e4e3CABCSEmP 3、組成點(diǎn)、組成點(diǎn) 在在 ASC內(nèi)，內(nèi)，E點(diǎn)是析晶終點(diǎn)，點(diǎn)是析晶終點(diǎn)， 在在 BSC內(nèi)，內(nèi)，P點(diǎn)是析晶終點(diǎn)。點(diǎn)是析晶終點(diǎn)。 在連線在

57、連線SC上，上，P點(diǎn)是析晶終點(diǎn)。點(diǎn)是析晶終點(diǎn)。4、在多邊形、在多邊形PCSQ范圍內(nèi)，經(jīng)過范圍內(nèi)，經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)熔，點(diǎn)時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)熔，晶相晶相B先消失先消失， 液相沿液相沿PE移動(dòng)，在移動(dòng)，在E點(diǎn)液相消失；點(diǎn)液相消失； 在在 SPQ內(nèi)存在穿晶區(qū)內(nèi)存在穿晶區(qū)； 在在 BSC內(nèi)，在內(nèi)，在P點(diǎn)點(diǎn)液相液相先消失；先消失； 在連線在連線SC上，上，B和液相同時(shí)消失和液相同時(shí)消失。1、無變量點(diǎn)性質(zhì)、無變量點(diǎn)性質(zhì) P點(diǎn)點(diǎn)：L+B S+C E點(diǎn)：點(diǎn)： L AS+C2、界線性質(zhì)、界線性質(zhì)PQ是轉(zhuǎn)熔線是轉(zhuǎn)熔線 L+B S 其它為共熔線其它為共熔線。 第97頁/共119頁特點(diǎn)：三個(gè)無變量點(diǎn)，但只能劃分兩個(gè)副特點(diǎn)：三個(gè)無

58、變量點(diǎn)，但只能劃分兩個(gè)副三角形，即可能的析晶終點(diǎn)是三角形，即可能的析晶終點(diǎn)是P點(diǎn)或點(diǎn)或E點(diǎn)。點(diǎn)。(1) 點(diǎn)的性質(zhì)：點(diǎn)的性質(zhì)： P 單轉(zhuǎn)熔點(diǎn)單轉(zhuǎn)熔點(diǎn) LA SC ； E 共熔點(diǎn)共熔點(diǎn) L SCB R 過渡點(diǎn)，雙降點(diǎn)過渡點(diǎn)，雙降點(diǎn) LAB S (L起介質(zhì)作用起介質(zhì)作用)(2) 用切線規(guī)則判斷用切線規(guī)則判斷界線性質(zhì)界線性質(zhì)。 PR ： LA S(3) 分析分析1點(diǎn)點(diǎn)的析晶路程的析晶路程 A S e3 BCP E RACSBS+AS+BA+BL+AL+Bae3/b. 13 3、生成一個(gè)固相分解的二元化合物的三元系、生成一個(gè)固相分解的二元化合物的三元系統(tǒng)統(tǒng)將固相反應(yīng)轉(zhuǎn)化成液相反應(yīng)第98頁/共119頁 A

59、 S e3 BCP E RACSBL +A S p=3 f=1 Lp=1 f=3熔體熔體11 A , (A)DA , A(S)L S p=2 f=2FS ，S+(C)N (A消失消失)S ，SL A p=2 f=2L S+C p=3 f=1E(L消失消失)1 ，B+S+CODFN. 1EO ，(B)+S+CL B+S+C p=4 f=0穿相區(qū)現(xiàn)象第99頁/共119頁相圖特點(diǎn)相圖特點(diǎn)：S的組成點(diǎn)在其初晶區(qū)內(nèi)的組成點(diǎn)在其初晶區(qū)內(nèi)。系統(tǒng)可劃分為三個(gè)分系統(tǒng)。系統(tǒng)可劃分為三個(gè)分系統(tǒng) 要求要求：(1) 由連線規(guī)則確定溫降方向；由連線規(guī)則確定溫降方向； (2) 由切線規(guī)則判斷界線性質(zhì)；由切線規(guī)則判斷界線性質(zhì)

60、； . S Ae3BCe2e1ABCS (3) 由重心規(guī)則確定無變量點(diǎn)的性質(zhì)；由重心規(guī)則確定無變量點(diǎn)的性質(zhì)； (4) 由三角形規(guī)則確定析晶終點(diǎn)及終產(chǎn)物；由三角形規(guī)則確定析晶終點(diǎn)及終產(chǎn)物； (5) 分析析晶路程。分析析晶路程。4 4、 具有一個(gè)一致熔融三元化合物的三元系統(tǒng)具有一個(gè)一致熔融三元化合物的三元系統(tǒng)相相第100頁/共119頁 (1) 特點(diǎn)：組成點(diǎn)不在初晶區(qū)內(nèi)；特點(diǎn)：組成點(diǎn)不在初晶區(qū)內(nèi)； (2) 劃分三個(gè)副三角形；劃分三個(gè)副三角形； (3) 用用重心規(guī)則或溫降變化方向重心規(guī)則或溫降變化方向判斷點(diǎn)的性質(zhì)，判斷點(diǎn)的性質(zhì)， 無變量點(diǎn)所處位置有兩種可能，無變量點(diǎn)所處位置有兩種可能，交叉位或共軛位，

61、交叉位或共軛位， 相應(yīng)的性質(zhì)為相應(yīng)的性質(zhì)為單轉(zhuǎn)熔點(diǎn)單轉(zhuǎn)熔點(diǎn)或或雙轉(zhuǎn)熔點(diǎn)雙轉(zhuǎn)熔點(diǎn)； (4)用用切線規(guī)則切線規(guī)則判斷界線性質(zhì)。有時(shí)某一界線具判斷界線性質(zhì)。有時(shí)某一界線具 有兩種性質(zhì)，有兩種性質(zhì)， 即即共熔線共熔線和和轉(zhuǎn)熔線轉(zhuǎn)熔線。E1：低共熔點(diǎn)低共熔點(diǎn) LASCE2： 低共熔點(diǎn)低共熔點(diǎn) LBSCP： 單轉(zhuǎn)熔點(diǎn)單轉(zhuǎn)熔點(diǎn) LA BS線線PE1 ： 轉(zhuǎn)熔線轉(zhuǎn)熔線 LA S. SE1E2PBCASe1e2e3ABC5 5、 具有不一致熔融三元化合物的三元系統(tǒng)具有不一致熔融三元化合物的三元系統(tǒng)相圖相圖第101頁/共119頁E： 低共熔點(diǎn)低共熔點(diǎn) L ASCF： 低共熔點(diǎn)低共熔點(diǎn) L BSCP： 雙轉(zhuǎn)熔點(diǎn)雙轉(zhuǎn)

62、熔點(diǎn) LAB S線線PE： 轉(zhuǎn)熔線轉(zhuǎn)熔線 LAS線線FP：兼有兩種性質(zhì)，兼有兩種性質(zhì)，N點(diǎn)是轉(zhuǎn)折點(diǎn)點(diǎn)是轉(zhuǎn)折點(diǎn) PN： 轉(zhuǎn)熔線轉(zhuǎn)熔線 LBS NF： 共熔線共熔線 L BS6 6、 具有多晶轉(zhuǎn)變的三元系統(tǒng)相圖具有多晶轉(zhuǎn)變的三元系統(tǒng)相圖7 7、 形成一個(gè)二元連續(xù)固溶體的三元系統(tǒng)相圖形成一個(gè)二元連續(xù)固溶體的三元系統(tǒng)相圖8 8、 具有液相分層的三元系統(tǒng)相圖具有液相分層的三元系統(tǒng)相圖ABC. . SBSCAEFPN1.第102頁/共119頁五、五、 三元系統(tǒng)相圖舉例三元系統(tǒng)相圖舉例 CaO-Al2O3-SiO2系統(tǒng)相圖第103頁/共119頁 1、 CaOAl2O3SiO2系統(tǒng)系統(tǒng) 判讀相圖的步驟：判讀相

63、圖的步驟： (1) 判斷有多少化合物生成，判斷判斷有多少化合物生成，判斷化合物的性質(zhì)化合物的性質(zhì)。 (2) 用連線規(guī)則判斷用連線規(guī)則判斷界線溫度變化界線溫度變化方向；方向； (3) 用切線規(guī)則判斷用切線規(guī)則判斷界線性質(zhì)界線性質(zhì)； (4) 根據(jù)無變量點(diǎn)劃分相應(yīng)的根據(jù)無變量點(diǎn)劃分相應(yīng)的副三角形副三角形。 一般無變量點(diǎn)個(gè)數(shù)一般無變量點(diǎn)個(gè)數(shù) 副三角形個(gè)數(shù)副三角形個(gè)數(shù) (5) 確定確定無變量點(diǎn)的性質(zhì)無變量點(diǎn)的性質(zhì)； (6) 分析分析析晶路程；析晶路程； (7) 判斷相圖上是否存在判斷相圖上是否存在晶型轉(zhuǎn)變晶型轉(zhuǎn)變、液相分層液相分層或或 形成固溶體形成固溶體等現(xiàn)等現(xiàn) 象。象。第104頁/共119頁熔體冷卻

64、可能結(jié)果(理想情況)：平衡析晶成晶體平衡析晶成晶體急冷成玻璃急冷成玻璃液相獨(dú)立析晶液相獨(dú)立析晶具體介紹具體介紹富鈣部分相圖富鈣部分相圖及實(shí)際生產(chǎn)時(shí)冷卻過程及實(shí)際生產(chǎn)時(shí)冷卻過程中的中的液相獨(dú)立液相獨(dú)立析晶。析晶。第105頁/共119頁S i O2C3SC a OC1 2A7A l2O3C ADUHPKC3AkhZF123SC2SC2SC3SC a OC3AyC1 2A7ECaO-A12O3-SiO2系統(tǒng)富鈣部分相圖第106頁/共119頁 (1) 有多少化合物：有多少化合物：5個(gè)二元化合物，個(gè)二元化合物，4個(gè)三元化合物。個(gè)三元化合物。 (2) 化合物的組成點(diǎn)；化合物的組成點(diǎn)； (3) 判斷化合物的

65、性質(zhì)；判斷化合物的性質(zhì)；(一致或非一致熔融化合物一致或非一致熔融化合物) (4) 無變量點(diǎn)性質(zhì)：無變量點(diǎn)性質(zhì)： M: 共熔點(diǎn)共熔點(diǎn)(985) L莫來石鱗石英鉀長石莫來石鱗石英鉀長石 E: 鱗石英與鉀長石界線和其連線的鱗石英與鉀長石界線和其連線的交點(diǎn)交點(diǎn) (990) L 鱗石英鉀長石鱗石英鉀長石 (5) 重點(diǎn)重點(diǎn)介紹此系統(tǒng)與日用陶瓷及普通電瓷生產(chǎn)密切相關(guān)。介紹此系統(tǒng)與日用陶瓷及普通電瓷生產(chǎn)密切相關(guān)。 配料配料： 粘土粘土(高嶺土高嶺土)、 長石長石 、石英、石英 在相圖中在相圖中 為：為： QWD 為：為： QWm 制品中晶相：石英制品中晶相：石英 、長石、長石 、莫來石、莫來石 2 2、 K

66、K2 2O OAlAl2 2O O3 3SiOSiO2 2系統(tǒng)相圖系統(tǒng)相圖第107頁/共119頁W長石Al2O3分子A3S2m1 02 03 04 05 0S i O2QM1239456781 31 2111 0A l2O32 S i O2D1 41 61 5Al2O3配料三角形與產(chǎn)物三角形第108頁/共119頁(6) 具體分析具體分析18線上配料的熔體冷卻析晶路線，并反向推導(dǎo)線上配料的熔體冷卻析晶路線，并反向推導(dǎo)配料配料 升溫熔化升溫熔化過程中哪一相先消失。過程中哪一相先消失。 15線線 鉀長石先消失鉀長石先消失 6點(diǎn)點(diǎn) 長石和石英同時(shí)消失長石和石英同時(shí)消失 78線線 石英先消失石英先消失 (7) 預(yù)測制品晶相組成預(yù)測制品晶相組成 15線線 石英石英 、莫來石、莫來石 、玻璃相、玻璃相 6點(diǎn)點(diǎn) 莫來石莫來石 、玻璃相、玻璃相 78線線 長石長石 、 莫來石莫來石 、玻璃相、玻璃相 第109頁/共119頁3、 MgOAl2O3SiO2系統(tǒng)系統(tǒng)此系統(tǒng)與鎂質(zhì)陶瓷、堇青石瓷、滑石瓷等瓷制品密切相關(guān)。第110頁/共119頁MgO-Al2O3-SiO2相圖的富硅部分第111頁/共119頁 此系統(tǒng)