硅酸鹽相圖PPT課件

1、Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室 相圖描述材料系統(tǒng)的狀態(tài)隨系相圖描述材料系統(tǒng)的狀態(tài)隨系統(tǒng)的溫度、壓強(qiáng)、濃度等變化的關(guān)統(tǒng)的溫度、壓強(qiáng)、濃度等變化的關(guān)系圖。從相圖上可以看出材料內(nèi)部系圖。從相圖上可以看出材料內(nèi)部由哪些相構(gòu)成、各相的組成是什么、由哪些相構(gòu)成、各相的組成是什么、含量多少以及它們隨溫度、壓強(qiáng)和含量多少以及它們隨溫度、壓強(qiáng)和材料成分與生產(chǎn)工藝、使用條件等材料成分與生產(chǎn)工藝、使用條件等變化的規(guī)律。相圖上每一個(gè)點(diǎn)都表變化的規(guī)律。相圖上每一個(gè)點(diǎn)都表示一個(gè)狀態(tài)，都有明確的物理意義。示一個(gè)狀態(tài)，都有明確的物理意義。第第1頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university

2、材料物理實(shí)驗(yàn)室相關(guān)的基本概念相關(guān)的基本概念l Gibbs相律相律npcf自由度數(shù)自由度數(shù)獨(dú)立組分?jǐn)?shù)獨(dú)立組分?jǐn)?shù)相數(shù)相數(shù)外界因素外界因素第第2頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室 f f ：自由度數(shù)：自由度數(shù)：在溫度、壓力、組分濃度在溫度、壓力、組分濃度等可能影響系統(tǒng)平衡狀態(tài)的變量中，可以在等可能影響系統(tǒng)平衡狀態(tài)的變量中，可以在一定范圍內(nèi)任意改變而不會(huì)引起舊相消失或一定范圍內(nèi)任意改變而不會(huì)引起舊相消失或新相產(chǎn)生的獨(dú)立變量的數(shù)目。新相產(chǎn)生的獨(dú)立變量的數(shù)目。f f =0，無(wú)變量系統(tǒng)，無(wú)變量系統(tǒng)f f =1，單變量系統(tǒng)，單變量系統(tǒng)f f =2，雙變量系統(tǒng)，雙變量系統(tǒng)第

3、第3頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室組分：組分：系統(tǒng)中每一個(gè)能單獨(dú)分離出來(lái)并能獨(dú)立存在的化學(xué)均勻物質(zhì)。獨(dú)立組分?jǐn)?shù)獨(dú)立組分?jǐn)?shù)(C)：決定一個(gè)相平衡系統(tǒng)成分所必需的最少最少的組分?jǐn)?shù)。鹽水溶液：NaCl、H2O組分Na+、Cl-、H+、OH-不是組分C=1，單元系統(tǒng)，單元系統(tǒng)C=2，二元系統(tǒng)，二元系統(tǒng)C=3，三元系統(tǒng)，三元系統(tǒng)第第4頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室 組分?jǐn)?shù)和獨(dú)立組分?jǐn)?shù)只有在特定特定的條件的條件下，其含義才相同。系統(tǒng)中不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，則系統(tǒng)中不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，則獨(dú)立組分?jǐn)?shù)獨(dú)立組分?jǐn)?shù)=組分?jǐn)?shù)組分?jǐn)?shù)系統(tǒng)中如果發(fā)生

4、化學(xué)反應(yīng)，則每一個(gè)獨(dú)立化學(xué)反系統(tǒng)中如果發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，則每一個(gè)獨(dú)立化學(xué)反應(yīng)都要建立一個(gè)化學(xué)反應(yīng)平衡關(guān)系式，就有一個(gè)應(yīng)都要建立一個(gè)化學(xué)反應(yīng)平衡關(guān)系式，就有一個(gè)化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)K。獨(dú)立組分?jǐn)?shù)獨(dú)立組分?jǐn)?shù) = 組分?jǐn)?shù)組分?jǐn)?shù) - 獨(dú)立化學(xué)平衡關(guān)系式數(shù)獨(dú)立化學(xué)平衡關(guān)系式數(shù)例如 CaCO3加熱分解：23COCaOCaCO獨(dú)立組分?jǐn)?shù)獨(dú)立組分?jǐn)?shù)=3-1=2第第5頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室相相/Phase 相是體系中具有相同物理與化學(xué)性質(zhì)的相是體系中具有相同物理與化學(xué)性質(zhì)的均勻部分的總和，相與相之間有界面，均勻部分的總和，相與相之間有界面，各相可以用機(jī)械

5、方法加以分離，越過(guò)界各相可以用機(jī)械方法加以分離，越過(guò)界面時(shí)性質(zhì)發(fā)生突變。面時(shí)性質(zhì)發(fā)生突變。特征：特征： 一個(gè)相中可以包含幾種物質(zhì)，即幾種物質(zhì)可以形成一個(gè)相；一個(gè)相中可以包含幾種物質(zhì)，即幾種物質(zhì)可以形成一個(gè)相； 一種物質(zhì)可以有幾個(gè)相；一種物質(zhì)可以有幾個(gè)相； 固體機(jī)械混合物中有幾種物質(zhì)就有幾個(gè)相；固體機(jī)械混合物中有幾種物質(zhì)就有幾個(gè)相； 一個(gè)相可以連續(xù)成一個(gè)整體，也可以不連續(xù)。一個(gè)相可以連續(xù)成一個(gè)整體，也可以不連續(xù)?？諝?、鹽水等空氣、鹽水等水有固相、液相和氣相水有固相、液相和氣相第第6頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室l 凝聚態(tài)系統(tǒng)：凝聚態(tài)系統(tǒng)：凡是能夠忽略氣相

6、影響，只考慮液相和固相的系統(tǒng)。1pcfn=1，溫度，溫度第第7頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室l 非凝聚態(tài)系統(tǒng)：非凝聚態(tài)系統(tǒng)：需要考慮氣相影響的系統(tǒng)。n=2，溫度、壓力1pcf第第8頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室3.2 一元系統(tǒng)相圖一元系統(tǒng)相圖一元系統(tǒng)：一元系統(tǒng)：c=1相律相律ppcf32不可能出現(xiàn)不可能出現(xiàn)4相相或更多相平衡或更多相平衡溫度、壓力溫度、壓力2, 1maxminfp3, 0maxminpf第第9頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室水的相圖3個(gè)單相區(qū)個(gè)單相區(qū)2個(gè)自

7、由度：溫度、壓力個(gè)自由度：溫度、壓力水的飽和蒸汽壓曲線水的飽和蒸汽壓曲線（蒸發(fā)曲線）（蒸發(fā)曲線）冰的飽和蒸汽壓曲線冰的飽和蒸汽壓曲線（升華曲線）（升華曲線）冰的熔融曲線冰的熔融曲線O點(diǎn)：三相點(diǎn)點(diǎn)：三相點(diǎn)系統(tǒng)中冰、水、系統(tǒng)中冰、水、汽三相平衡汽三相平衡f=0，無(wú)變量，無(wú)變量曲線曲線oc向左傾斜，向左傾斜，斜率為負(fù)值斜率為負(fù)值VTHdTdP冰融化吸熱：冰融化吸熱： H0體積收縮：體積收縮： V0水型物質(zhì)水型物質(zhì)硫型物質(zhì)硫型物質(zhì)第第10頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室可逆和不可逆多晶轉(zhuǎn)變的單元相圖可逆和不可逆多晶轉(zhuǎn)變的單元相圖4個(gè)單相區(qū)個(gè)單相區(qū)晶型I的升華曲線

8、晶型晶型II的升華曲線的升華曲線熔體的蒸汽壓曲線3相平衡點(diǎn)：晶型相平衡點(diǎn)：晶型I、晶型晶型II和氣相和氣相3相平衡點(diǎn)：晶型相平衡點(diǎn)：晶型II、熔體和氣相熔體和氣相晶型轉(zhuǎn)變線晶型轉(zhuǎn)變線晶型晶型II熔融曲線熔融曲線第第11頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室圖中虛線表示系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的介穩(wěn)平衡狀態(tài)圖中虛線表示系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的介穩(wěn)平衡狀態(tài)BFGH：過(guò)熱晶：過(guò)熱晶型型I的介穩(wěn)單相區(qū)的介穩(wěn)單相區(qū)HGCE：過(guò)冷熔：過(guò)冷熔體的介穩(wěn)單相區(qū)體的介穩(wěn)單相區(qū)crystal IIGBGC和ABK：過(guò)冷蒸汽的介穩(wěn)單相區(qū)介穩(wěn)兩相平衡過(guò)熱晶型I熔融曲線KBF：過(guò)冷晶型：過(guò)冷晶型II的介穩(wěn)

9、單相區(qū)的介穩(wěn)單相區(qū)BGBG：過(guò)熱晶：過(guò)熱晶型型I I升華曲線升華曲線GC：過(guò)冷熔體蒸汽壓曲線：過(guò)冷熔體蒸汽壓曲線KB：過(guò)冷晶型II蒸汽壓曲線G：介穩(wěn)三相點(diǎn)：介穩(wěn)三相點(diǎn)第第12頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室圖3-3a 可逆多晶轉(zhuǎn)變的單元相圖特點(diǎn)特點(diǎn)：晶型轉(zhuǎn)變溫度低于二個(gè)晶相的熔點(diǎn)，晶型轉(zhuǎn)變溫度點(diǎn)處在穩(wěn)定相區(qū)之內(nèi)。G過(guò)熱晶型蒸汽壓曲線與過(guò)冷熔體蒸汽壓曲線的交點(diǎn)：交點(diǎn)： 晶型晶型 的熔點(diǎn)的熔點(diǎn)BC晶型和晶型的轉(zhuǎn)變點(diǎn)轉(zhuǎn)變點(diǎn)晶型晶型 的熔點(diǎn)的熔點(diǎn)轉(zhuǎn)變關(guān)系為：L可逆轉(zhuǎn)變可逆轉(zhuǎn)變第第13頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室圖圖3-

10、3b 不可逆多晶轉(zhuǎn)變的單元相圖不可逆多晶轉(zhuǎn)變的單元相圖特點(diǎn)特點(diǎn)：晶型轉(zhuǎn)變溫度高于二晶型轉(zhuǎn)變溫度高于二個(gè)晶相的熔點(diǎn)，晶型個(gè)晶相的熔點(diǎn)，晶型轉(zhuǎn)變溫度點(diǎn)處在穩(wěn)定轉(zhuǎn)變溫度點(diǎn)處在穩(wěn)定相區(qū)之內(nèi)。相區(qū)之內(nèi)。1晶型的熔點(diǎn)2晶型晶型 的熔點(diǎn)的熔點(diǎn)3晶型晶型 和和 的轉(zhuǎn)變點(diǎn)的轉(zhuǎn)變點(diǎn)實(shí)際上實(shí)際上不能得到不能得到點(diǎn)點(diǎn)3轉(zhuǎn)變關(guān)系為：轉(zhuǎn)變關(guān)系為：L不可逆轉(zhuǎn)變不可逆轉(zhuǎn)變 第第14頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室2系統(tǒng)系統(tǒng)6個(gè)單相區(qū)、個(gè)單相區(qū)、9條界線、條界線、4個(gè)三相點(diǎn)個(gè)三相點(diǎn)蒸汽蒸汽第第15頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室 870 1470

11、1713 -石英 -鱗石英 -方石英 SiO2(液) 163 150573 -鱗石英 -方石英 -石英 117 -鱗石英圖3.2 石英的多晶轉(zhuǎn)變.第第16頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室 -方石英 150275 -方石英 半安定 高于1470 方石英 半安定方石英 無(wú)礦化劑 石英 (10501300) 玻璃-石英 -石英 573 礦化劑 (9001450) 熔融 半安定 石英 方石英 (12001470) -鱗石英 -鱗石英 -鱗石英 半安定 117 163 方石英 圖1. 3.3 石英的實(shí)際多晶轉(zhuǎn)變第第17頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou univ

12、ersity材料物理實(shí)驗(yàn)室 3.3 二元系統(tǒng)二元系統(tǒng) 典型的二元系統(tǒng)有典型的二元系統(tǒng)有: Me2O-SiO2;MeO-SiO2;MeO-Al2O3； Me2O3-SiO2;Me2O3-Al2O3; MeO-ZrO2；Si3N4-Al2O3;Si3N4-AlN； Me2O3-ZrO2; Al-Ti； Al-Mg。第第18頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室二元相圖的基本類(lèi)型二元相圖的基本類(lèi)型二元系統(tǒng)：二元系統(tǒng)：c=2相律相律ppcf31不可能出現(xiàn)不可能出現(xiàn)4相相或更多相平衡或更多相平衡溫度、濃度溫度、濃度2, 1maxminfp3, 0maxminpf凝聚系統(tǒng)

13、凝聚系統(tǒng)第第19頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室具有一個(gè)低共熔點(diǎn)的簡(jiǎn)單二元相圖具有一個(gè)低共熔點(diǎn)的簡(jiǎn)單二元相圖特點(diǎn)：特點(diǎn)： 兩個(gè)組分在液態(tài)時(shí)能以任何比例互溶，形成單相溶液；兩個(gè)組分在液態(tài)時(shí)能以任何比例互溶，形成單相溶液；但在固態(tài)時(shí)則完全不互溶，二個(gè)組分各自從液相中分別但在固態(tài)時(shí)則完全不互溶，二個(gè)組分各自從液相中分別結(jié)晶。組分間無(wú)化學(xué)作用，不生成新的化合物結(jié)晶。組分間無(wú)化學(xué)作用，不生成新的化合物A的熔點(diǎn)的熔點(diǎn)B的熔點(diǎn)的熔點(diǎn)A和和B的二元低共熔點(diǎn)的二元低共熔點(diǎn)液相線固相線固相線4個(gè)相區(qū)：L、L+A、L+B、A+B第第20頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou u

14、niversity材料物理實(shí)驗(yàn)室 以組成為以組成為M的配料加熱到高溫的配料加熱到高溫完全熔融完全熔融,然后平衡冷卻析晶。然后平衡冷卻析晶。M的熔體MT=T，Lp=1, f = 2t=TC, C點(diǎn)液相開(kāi)始對(duì)液相開(kāi)始對(duì)A飽和，飽和，L+Ap=2, f=1t=TE, E點(diǎn)從液相中不斷從液相中不斷析出析出A晶體晶體液相同時(shí)對(duì)晶液相同時(shí)對(duì)晶體體A和和B飽和飽和p=3, f=0當(dāng)最后一滴低共當(dāng)最后一滴低共熔組成的液相析熔組成的液相析出出A晶體和晶體和B晶體晶體后，液相消失后，液相消失第第21頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室3個(gè)概念：系統(tǒng)組成點(diǎn)、固相點(diǎn)、液相點(diǎn)個(gè)概念：

15、系統(tǒng)組成點(diǎn)、固相點(diǎn)、液相點(diǎn)簡(jiǎn)稱(chēng)：系統(tǒng)點(diǎn)。取決于系統(tǒng)的總簡(jiǎn)稱(chēng)：系統(tǒng)點(diǎn)。取決于系統(tǒng)的總組成，由原始配料組成決定對(duì)于組成，由原始配料組成決定對(duì)于M配料，系統(tǒng)點(diǎn)在配料，系統(tǒng)點(diǎn)在MM線上線上系統(tǒng)中的液相組成和固相組成隨溫度不斷變化，系統(tǒng)中的液相組成和固相組成隨溫度不斷變化，液相點(diǎn)和固相點(diǎn)的位置也隨溫度不斷變化液相點(diǎn)和固相點(diǎn)的位置也隨溫度不斷變化第第22頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室杠桿規(guī)則如果一個(gè)相分解為如果一個(gè)相分解為2個(gè)相，則生成的個(gè)相，則生成的2個(gè)相的數(shù)量與原個(gè)相的數(shù)量與原始相的組成點(diǎn)到始相的組成點(diǎn)到2個(gè)新生相的組成點(diǎn)之間線段成反比。個(gè)新生相的組成點(diǎn)之間線

16、段成反比。TD溫度下的固相量和液相量OFOD液相量固相量FDOFFDOD)()(原始配料量固液總量液相量原始配料量固液總量固相量第第23頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室析晶路程表示法液相點(diǎn)液相點(diǎn)固相點(diǎn)固相點(diǎn)EMLf=2Cf=1AL 0,fBALKGIBAA第第24頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室生成一個(gè)生成一個(gè)一致熔化合物一致熔化合物的二元相圖的二元相圖相當(dāng)于兩個(gè)具相當(dāng)于兩個(gè)具有低共熔點(diǎn)的有低共熔點(diǎn)的簡(jiǎn)單相圖簡(jiǎn)單相圖第第25頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室一致熔化合物與一致熔

17、化合物與不一致熔化合物不一致熔化合物 一致熔化合物是一種一致熔化合物是一種穩(wěn)定穩(wěn)定的化合物；的化合物； 與正常的純物質(zhì)一樣與正常的純物質(zhì)一樣具有具有固定的熔點(diǎn)固定的熔點(diǎn)； 熔化時(shí)，產(chǎn)生的液相熔化時(shí)，產(chǎn)生的液相與化合物組成相同。與化合物組成相同。 不一致熔化合物是一種不一致熔化合物是一種不穩(wěn)定不穩(wěn)定的化合物；的化合物； 加熱到加熱到一定溫度一定溫度會(huì)發(fā)生會(huì)發(fā)生分解分解； 分解產(chǎn)物是一種液相和分解產(chǎn)物是一種液相和一種固相；一種固相； 液相和固相的組成與化液相和固相的組成與化合物組成都合物組成都不相同不相同。第第26頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室 生成一個(gè)生

18、成一個(gè)不一致熔化合物不一致熔化合物的二元相圖的二元相圖Tp：化合物分解：化合物分解P點(diǎn)組成的液相點(diǎn)組成的液相B晶體晶體C Lp+Bp=3, f=0平衡冷卻過(guò)程平衡冷卻過(guò)程轉(zhuǎn)熔點(diǎn)轉(zhuǎn)熔點(diǎn)/回吸點(diǎn)回吸點(diǎn)第第27頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室熔體熔體2T，Lp=1, f=2TkLBp=2, f=1TPLP+ B Cp=3, f=0液相點(diǎn)在液相點(diǎn)在P點(diǎn)不點(diǎn)不變，液相量在減變，液相量在減少，同時(shí)固相組少，同時(shí)固相組成中成中B晶體在不晶體在不斷減少，斷減少，C晶體晶體在不斷增加，至在不斷增加，至D點(diǎn)點(diǎn)B晶體被回晶體被回吸完畢吸完畢p=2, f=1TE低共熔點(diǎn)低共熔點(diǎn)

19、析晶結(jié)束析晶結(jié)束第第28頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室析晶路程表示法液相點(diǎn)固相點(diǎn)HJDFMACCCBB0,fCALEE2Lf=2Kf=1BL P0,fCBLPCL f=1第第29頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室生成一個(gè)在固相分解的化合物的二元相圖生成一個(gè)在固相分解的化合物的二元相圖第第30頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室具有多晶轉(zhuǎn)變的二元相圖具有多晶轉(zhuǎn)變的二元相圖第第31頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室形成連續(xù)固溶體的二元相圖形成連續(xù)

20、固溶體的二元相圖液相線液相線aL2b以上相區(qū)為高溫熔體以上相區(qū)為高溫熔體特點(diǎn)特點(diǎn)：沒(méi)有無(wú)變量點(diǎn)，：沒(méi)有無(wú)變量點(diǎn)，系統(tǒng)中只存在液態(tài)溶系統(tǒng)中只存在液態(tài)溶液和固態(tài)溶液。液和固態(tài)溶液。固相線固相線aS2b以下相區(qū)為固溶體以下相區(qū)為固溶體液態(tài)溶液與固溶體液態(tài)溶液與固溶體平衡的固液二相區(qū)平衡的固液二相區(qū)M高溫熔體平衡冷高溫熔體平衡冷卻卻第第32頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室形成有限固溶體的二元相圖形成有限固溶體的二元相圖特點(diǎn)：特點(diǎn)：組分組分A、B間可以形成固溶體間可以形成固溶體但溶解度有限，不能以任意比例互溶。但溶解度有限，不能以任意比例互溶。2個(gè)固溶體個(gè)固溶體7

21、條線條線6個(gè)相區(qū)個(gè)相區(qū)3個(gè)無(wú)變量點(diǎn)個(gè)無(wú)變量點(diǎn)第第33頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室析晶路程表示法液相點(diǎn)液相點(diǎn)固相點(diǎn)固相點(diǎn)HDSBAABABSSS )()()(10,)()(fSSLABBAEEMLf=2L1f=1)(ABSL 第第34頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室具有液具有液-液相分相的二元相液相分相的二元相圖圖特點(diǎn)特點(diǎn)：二個(gè)組分在液相不完全：二個(gè)組分在液相不完全互溶，只能有限互溶?；ト?，只能有限互溶。CKD：帽形區(qū)：帽形區(qū)液相分為二相液相分為二相： 組分組分B在組分在組分A中中的飽和溶液的飽和溶液L1 組分組

22、分A在組分在組分B中中的飽和溶液的飽和溶液L2臨界點(diǎn)臨界點(diǎn)/臨界溫度臨界溫度第第35頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室Al2O3-SiO2系統(tǒng)二元相圖系統(tǒng)二元相圖A3S2(莫來(lái)石)：一致熔化合物固溶少量Al2O3陶瓷、耐火陶瓷、耐火材料材料分系統(tǒng)分系統(tǒng):A3S2-Al2O3優(yōu)質(zhì)耐火材料優(yōu)質(zhì)耐火材料第第36頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室分系統(tǒng)：分系統(tǒng)：SiO2-A3S2在在SiO2中加入中加入1%Al2O3 根據(jù)杠桿規(guī)則，根據(jù)杠桿規(guī)則，1595C下產(chǎn)生下產(chǎn)生1:5.5=18.2%的液的液相量，硅磚耐火度下降相量，硅磚

23、耐火度下降 與與SiO2平衡的液相線從平衡的液相線從SiO2熔點(diǎn)熔點(diǎn)1723C向向E1點(diǎn)點(diǎn)1595 C迅速下降，因此迅速下降，因此硅磚的熔化溫度急劇下降。硅磚的熔化溫度急劇下降。硅磚中嚴(yán)防混入硅磚中嚴(yán)防混入Al2O3液相線E1F:15951700 C陡，17001850 C平緩 配料時(shí)的組成范圍配料時(shí)的組成范圍第第37頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室 Al2O3-SiO2二元相圖自由度自由度:f f=3-PM2S2S3L1S1L2L3A2A1M1L1S2:F=1,結(jié)晶結(jié)晶S1L1:F=2,冷卻冷卻S2點(diǎn)：點(diǎn)：F=0,轉(zhuǎn)熔轉(zhuǎn)熔L2+A2=M1S2S3:F=

24、1,結(jié)晶結(jié)晶S3:F=0,結(jié)晶結(jié)晶同時(shí)析出同時(shí)析出S和和A第第38頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室 MgO-Al2O3二元相圖SL1S1L3L2S1L1L2:F=2,冷卻冷卻L2:F=1,析出析出方鎂石方鎂石SS直到直到S:F=0,共晶析出共晶析出方鎂石方鎂石SS和尖晶石和尖晶石SSL3:F=0,低共熔點(diǎn)低共熔點(diǎn)第第39頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室 圖3.6 MgO-Al2O3二元相圖SL1S2L3L2S1L1L2:F=2,冷卻冷卻L2:F=1,析出析出尖晶石尖晶石SS直到直到S,液相消失液相消失,F=2,液想

25、終點(diǎn)液想終點(diǎn)L3,固相點(diǎn)固相點(diǎn)SSS2:F=2,冷卻冷卻直到直到S2,尖晶石尖晶石SS分解為分解為尖晶石和剛玉尖晶石和剛玉,F=1,S3第第40頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室 3.4 三元系統(tǒng)三元系統(tǒng) 典型的三元系統(tǒng)有典型的三元系統(tǒng)有: Me2O-MeO-SiO2；Me2O-Al2O3-SiO2； Me2O-MeO-SiO2；ZrO2-Al2O3-SiO2； Si3N4-Al2O3-AlN；Fe-Cr-Ni；Mg-Al-Si 第第41頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室三元相圖的基本概念三元相圖的基本概念三元系統(tǒng)：三

26、元系統(tǒng)：c = 3相律相律ppcf41不可能出現(xiàn)5相或更多相平衡溫度、濃度3, 1maxminfp4, 0maxminpf凝聚系統(tǒng)凝聚系統(tǒng)第第42頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室表示方法表示方法初晶區(qū)初晶區(qū)將立體圖向濃將立體圖向濃度三角形底面度三角形底面投影成平面圖投影成平面圖D第第43頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室 MgO-Al2O3-SiO2三元相圖三元相圖石石英英方鎂石方鎂石莫來(lái)石莫來(lái)石剛玉剛玉橄欖石橄欖石頑火輝石頑火輝石堇青石堇青石第第44頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理

27、實(shí)驗(yàn)室三元系統(tǒng)中的杠桿規(guī)則三元系統(tǒng)中的杠桿規(guī)則mnPM C A m p n B 圖3.8 三元系統(tǒng)中的杠桿規(guī)則 P M Q RN第第45頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室三元系統(tǒng)重心規(guī)則三元系統(tǒng)重心規(guī)則 重心位置重心位置低共熔點(diǎn)低共熔點(diǎn)+=L含共晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)含共晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)的四相區(qū)的四相區(qū),在此在此三角形中的無(wú)三角形中的無(wú)變點(diǎn)為三元低變點(diǎn)為三元低共熔點(diǎn)共熔點(diǎn)第第46頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室交叉位置交叉位置雙升點(diǎn)雙升點(diǎn)+=+L含包共晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)含包共晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)的四相區(qū)的四相區(qū),在此三在此三角形中的無(wú)變點(diǎn)角形中的無(wú)變點(diǎn)為轉(zhuǎn)熔點(diǎn)

28、為轉(zhuǎn)熔點(diǎn),系統(tǒng)中系統(tǒng)中存在一個(gè)三元不存在一個(gè)三元不一致熔一致熔 融化合物融化合物 第第47頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室交叉位置交叉位置雙降點(diǎn)雙降點(diǎn)=+L是含包晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)是含包晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)的四相區(qū)的四相區(qū),在此三在此三角形中的無(wú)變點(diǎn)角形中的無(wú)變點(diǎn)為轉(zhuǎn)熔點(diǎn)為轉(zhuǎn)熔點(diǎn),系統(tǒng)中系統(tǒng)中存在一個(gè)三元不存在一個(gè)三元不一致熔一致熔 融化合物融化合物第第48頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室 連接線規(guī)則連接線規(guī)則:在三元系統(tǒng)里兩個(gè)晶相初晶區(qū)在三元系統(tǒng)里兩個(gè)晶相初晶區(qū)相交的界線相交的界線(或其延長(zhǎng)線或其延長(zhǎng)線),如果和這兩個(gè)晶相如果和這兩個(gè)

29、晶相的組成點(diǎn)的連接線的組成點(diǎn)的連接線(或其延長(zhǎng)線或其延長(zhǎng)線)相交相交,則界線則界線上的溫度隨著離開(kāi)上述交點(diǎn)而降低。上的溫度隨著離開(kāi)上述交點(diǎn)而降低。 C m n p S (a) (b) (c) 相界線的性質(zhì)與溫度變化方向相界線的性質(zhì)與溫度變化方向第第49頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室切線規(guī)則切線規(guī)則:S1、S2為兩種晶相組成點(diǎn)；為兩種晶相組成點(diǎn)；ABCD 為相應(yīng)的相界線；為相應(yīng)的相界線；C為由為由S2向界線向界線ABCD所作所作切線的交點(diǎn)。切線的交點(diǎn)。 LL1 :低共熔過(guò)程；低共熔過(guò)程；L S1+S2(+ L1) :轉(zhuǎn)熔過(guò)程轉(zhuǎn)熔過(guò)程, + S1 + S2

30、 切線規(guī)則切線規(guī)則L1LL1L第第50頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室 作界線上任一點(diǎn)的切線作界線上任一點(diǎn)的切線,若若切線與界線相應(yīng)的兩晶相組成點(diǎn)切線與界線相應(yīng)的兩晶相組成點(diǎn)連線的延長(zhǎng)線相交連線的延長(zhǎng)線相交,則冷卻時(shí)該則冷卻時(shí)該點(diǎn)上進(jìn)行的是轉(zhuǎn)熔過(guò)程點(diǎn)上進(jìn)行的是轉(zhuǎn)熔過(guò)程,并且是并且是遠(yuǎn)離交點(diǎn)的那個(gè)晶相被轉(zhuǎn)熔。若遠(yuǎn)離交點(diǎn)的那個(gè)晶相被轉(zhuǎn)熔。若交點(diǎn)在兩組成點(diǎn)連線之間交點(diǎn)在兩組成點(diǎn)連線之間,則進(jìn)則進(jìn)行的時(shí)低共熔過(guò)程。行的時(shí)低共熔過(guò)程。第第51頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室三元相圖的基本類(lèi)型三元相圖的基本類(lèi)型具有一個(gè)低共熔點(diǎn)

31、的簡(jiǎn)單三元相圖具有一個(gè)低共熔點(diǎn)的簡(jiǎn)單三元相圖三個(gè)組分三個(gè)組分各自從液各自從液相中分別相中分別析晶，不析晶，不形成固溶形成固溶體。不生體。不生成化合物，成化合物，液相無(wú)分液相無(wú)分層現(xiàn)象層現(xiàn)象高溫熔體高溫熔體對(duì)對(duì)C晶體飽和：晶體飽和：p=2, f=2定比例規(guī)則定比例規(guī)則到達(dá)界線：同時(shí)對(duì)晶體到達(dá)界線：同時(shí)對(duì)晶體C、A飽和飽和; p=3, f=1低共熔點(diǎn)低共熔點(diǎn):同時(shí)對(duì)晶體同時(shí)對(duì)晶體C、A、B飽和，飽和，p=4,f=0; 至至液相消失液相消失第第52頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室在在CCAA平面平面內(nèi)內(nèi)第第53頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou univer

32、sity材料物理實(shí)驗(yàn)室析晶路程：析晶路程：液相點(diǎn)液相點(diǎn)固相點(diǎn)固相點(diǎn)MLCf = 2DLC+Af = 1E (L C+A+B, f = 0)C F M第第54頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室杠桿規(guī)則計(jì)算液相量和固相量杠桿規(guī)則計(jì)算液相量和固相量液相到達(dá)液相到達(dá)D點(diǎn)時(shí)：點(diǎn)時(shí)：MDCM液相量固相量CDMDCDCM)()(原始配料量固液總量液相量原始配料量固液總量固相量第第55頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室生成一個(gè)一致熔二元化合物的三元相圖生成一個(gè)一致熔二元化合物的三元相圖 在三元系統(tǒng)中某在三元系統(tǒng)中某二個(gè)組分間生成二個(gè)組

33、分間生成的化合物稱(chēng)為二的化合物稱(chēng)為二元化合物元化合物相當(dāng)于相當(dāng)于2個(gè)簡(jiǎn)個(gè)簡(jiǎn)單 三 元 相 圖單 三 元 相 圖的組合的組合 二元化合物的組二元化合物的組成點(diǎn)在濃度三角成點(diǎn)在濃度三角形的一條邊上形的一條邊上 一致熔化合物的組一致熔化合物的組成點(diǎn)在其初晶區(qū)內(nèi)成點(diǎn)在其初晶區(qū)內(nèi)正確劃分正確劃分副三角形副三角形正確應(yīng)用正確應(yīng)用相應(yīng)各規(guī)相應(yīng)各規(guī)則判斷點(diǎn)則判斷點(diǎn)線的性質(zhì)線的性質(zhì)第第56頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室生成一個(gè)不一致熔二元化合物的三元相圖生成一個(gè)不一致熔二元化合物的三元相圖不一致熔二元化合物不一致熔二元化合物組成點(diǎn)不在其初晶區(qū)組成點(diǎn)不在其初晶區(qū)界線界線p

34、P由二元相圖的轉(zhuǎn)由二元相圖的轉(zhuǎn)熔點(diǎn)熔點(diǎn)p發(fā)展而得：發(fā)展而得：轉(zhuǎn)熔線轉(zhuǎn)熔線冷卻時(shí)冷卻時(shí)pP界線上的液相界線上的液相回吸晶體回吸晶體B而析出晶體而析出晶體S第第57頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室生成一個(gè)固相分解的二元化合物的三元相圖生成一個(gè)固相分解的二元化合物的三元相圖R點(diǎn)點(diǎn):沒(méi)有相應(yīng)的副三角形沒(méi)有相應(yīng)的副三角形R點(diǎn)是一個(gè)雙轉(zhuǎn)熔點(diǎn)點(diǎn)是一個(gè)雙轉(zhuǎn)熔點(diǎn)SBALR過(guò)渡點(diǎn)不是析晶過(guò)渡點(diǎn)不是析晶的結(jié)束點(diǎn)的結(jié)束點(diǎn)第第58頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室具有一個(gè)一致熔三元化合物的三元相圖具有一個(gè)一致熔三元化合物的三元相圖三元化合物三

35、元化合物, 一致熔一致熔正確劃分正確劃分副三角形副三角形正確應(yīng)用正確應(yīng)用相應(yīng)各規(guī)相應(yīng)各規(guī)則判斷點(diǎn)則判斷點(diǎn)線的性質(zhì)線的性質(zhì)第第59頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室具有一個(gè)不一致熔三元化合物的三元相圖具有一個(gè)不一致熔三元化合物的三元相圖正確劃分正確劃分副三角形副三角形正確應(yīng)用正確應(yīng)用相應(yīng)各規(guī)相應(yīng)各規(guī)則判斷點(diǎn)則判斷點(diǎn)線的性質(zhì)線的性質(zhì)第第60頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室具有液相分層的三元相圖具有液相分層的三元相圖第第61頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室三元相圖的應(yīng)用舉例三元相圖的

36、應(yīng)用舉例 CaO-Al2O3-SiO2系統(tǒng)系統(tǒng)第第62頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室分析復(fù)雜相圖的主要步驟分析復(fù)雜相圖的主要步驟 判斷化合物的性質(zhì)。根據(jù)化合物組成點(diǎn)是否判斷化合物的性質(zhì)。根據(jù)化合物組成點(diǎn)是否落在其初晶區(qū)內(nèi)，判斷化合物性質(zhì)是一致熔落在其初晶區(qū)內(nèi)，判斷化合物性質(zhì)是一致熔或不一致熔?；虿灰恢氯?。 劃分分三角形；劃分分三角形； 標(biāo)出界線上的溫降方向；標(biāo)出界線上的溫降方向； 判斷界線的性質(zhì)；判斷界線的性質(zhì)； 確定無(wú)變量點(diǎn)性質(zhì)；確定無(wú)變量點(diǎn)性質(zhì)； 分析冷卻析晶路程分析冷卻析晶路程第第63頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料

37、物理實(shí)驗(yàn)室1. 化合物：化合物：12個(gè)個(gè) 4個(gè)一致熔二元化合物個(gè)一致熔二元化合物 6個(gè)不一致熔個(gè)不一致熔二元化合物二元化合物CS、C2S、C12A7、A3S2C3S2 C3SC3ACACA2CA6 2個(gè)一致熔三元化合物個(gè)一致熔三元化合物CAS2、C2AS2. 溫降方向溫降方向3. 無(wú)變量點(diǎn)性質(zhì)無(wú)變量點(diǎn)性質(zhì)4. 有否液相分層、有否液相分層、多晶轉(zhuǎn)變、固溶體多晶轉(zhuǎn)變、固溶體第第64頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室 CaO-Al2O3-SiO2相圖ACS91256710OG第第65頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室第第66頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室 圖3.14 CaO-Al2O3-SiO2相圖ACS10912567OGL11L3L2LL2L3M1M22線：線：f f=1面：面：f f=22點(diǎn)：點(diǎn)：f f=0低共熔低共熔S+CS+CAS2=L第第67頁(yè)頁(yè)/共共74頁(yè)頁(yè)Zhengzhou university材料物理實(shí)驗(yàn)室 圖3.14 CaO