材料科學基礎---第六章相平衡ppt課件

1、概述：概述：1.相平衡的概念相平衡的概念2.相圖相圖3.相平衡的研討意義相平衡的研討意義第六章第六章 相平衡相平衡1、相平衡的概念、相平衡的概念 相平衡是研討多組分或單組分多相系統(tǒng)相平衡是研討多組分或單組分多相系統(tǒng)中相的平衡問題。即多相系統(tǒng)的平衡形狀中相的平衡問題。即多相系統(tǒng)的平衡形狀(相的相的個數(shù)、每相的組成、各相的相對含量等如何隨個數(shù)、每相的組成、各相的相對含量等如何隨著影響平衡的要素溫度、壓力、組分濃度變著影響平衡的要素溫度、壓力、組分濃度變化而改動的規(guī)律?；膭拥囊?guī)律。2 、相圖、相圖 根據(jù)多相平衡實驗的結(jié)果，以溫度、壓力、根據(jù)多相平衡實驗的結(jié)果，以溫度、壓力、組分濃度等要素為坐標，

2、繪制幾何圖形來描畫這組分濃度等要素為坐標，繪制幾何圖形來描畫這些平衡形狀下的變化關系，這種圖形稱為相平衡些平衡形狀下的變化關系，這種圖形稱為相平衡形狀圖，簡稱相圖。形狀圖，簡稱相圖。 或利用圖形來表示相平衡物系的組成、溫或利用圖形來表示相平衡物系的組成、溫度和壓力之間關系的圖形叫相平衡形狀圖，度和壓力之間關系的圖形叫相平衡形狀圖，簡稱相圖。簡稱相圖。3、相平衡的研討意義、相平衡的研討意義 正確選擇配料方案、合理確定工藝制度、正確選擇配料方案、合理確定工藝制度、估計產(chǎn)品性能、合理分析消費過程中質(zhì)量問估計產(chǎn)品性能、合理分析消費過程中質(zhì)量問題產(chǎn)生的緣由、研制新資料等。題產(chǎn)生的緣由、研制新資料等。 本

3、章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容1.單元、多元相圖的根本原理及運用單元、多元相圖的根本原理及運用2.單元、二元、三元系統(tǒng)相圖根本類型單元、二元、三元系統(tǒng)相圖根本類型 3.不同組元專業(yè)相圖引見及其在資料組成設計、不同組元專業(yè)相圖引見及其在資料組成設計、資料工藝方法選擇、礦物組成控制及資料性資料工藝方法選擇、礦物組成控制及資料性能等方面的運用能等方面的運用重點：重點：1.判讀相圖的規(guī)那么與步驟判讀相圖的規(guī)那么與步驟 2.結(jié)晶道路分析三元系統(tǒng)結(jié)晶道路分析三元系統(tǒng)難點：難點：1.結(jié)晶道路分析結(jié)晶道路分析 2.相圖在消費中的詳細運用相圖在消費中的詳細運用第一節(jié)第一節(jié) 硅酸鹽系統(tǒng)相平衡特點硅酸鹽系統(tǒng)相平衡特點一、熱

4、力學的平衡態(tài)與非平衡態(tài)一、熱力學的平衡態(tài)與非平衡態(tài)二、硅酸鹽系統(tǒng)中的組分、相及相律二、硅酸鹽系統(tǒng)中的組分、相及相律一、熱力學的平衡態(tài)與非平衡態(tài)一、熱力學的平衡態(tài)與非平衡態(tài)熱力學平衡態(tài)：相圖即相平衡形狀圖。相圖上熱力學平衡態(tài)：相圖即相平衡形狀圖。相圖上所表示的一個體系所處的形狀是一種熱力學所表示的一個體系所處的形狀是一種熱力學平衡態(tài)。即一個不隨時間而發(fā)生變化的形狀。平衡態(tài)。即一個不隨時間而發(fā)生變化的形狀。 相圖僅指出在一定條件下體系所處的平相圖僅指出在一定條件下體系所處的平衡形狀，而不論到達這個平衡形狀所需的時衡形狀，而不論到達這個平衡形狀所需的時間。間。熱力學非平衡態(tài)介穩(wěn)態(tài)：由于動力學緣由熱力

5、學非平衡態(tài)介穩(wěn)態(tài)：由于動力學緣由而出現(xiàn)且可以長期存在。在硅酸鹽系統(tǒng)中經(jīng)而出現(xiàn)且可以長期存在。在硅酸鹽系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn)。常出現(xiàn)。1、組分、獨立組分、組分、獨立組分 組分：組成系統(tǒng)的物質(zhì)。必需具有一樣的化學性質(zhì)，組分：組成系統(tǒng)的物質(zhì)。必需具有一樣的化學性質(zhì)，能用機械方法從系統(tǒng)中分別出來且能長期獨立存在的能用機械方法從系統(tǒng)中分別出來且能長期獨立存在的化學純物質(zhì)。組分的數(shù)目叫組分數(shù)化學純物質(zhì)。組分的數(shù)目叫組分數(shù)S。 獨立組分：構(gòu)成平衡物系一切各相組成所需求的最獨立組分：構(gòu)成平衡物系一切各相組成所需求的最少數(shù)目的化學純物質(zhì)。少數(shù)目的化學純物質(zhì)。 獨立組分數(shù)：以獨立組分數(shù)：以C表示表示 二、硅酸鹽系統(tǒng)中的組

6、分、相及相律二、硅酸鹽系統(tǒng)中的組分、相及相律注：只需在特殊情況下，獨立組分和組分的含義才一樣。注：只需在特殊情況下，獨立組分和組分的含義才一樣。假設系統(tǒng)中不發(fā)生化學反響，那么獨立組分數(shù)組分數(shù)假設系統(tǒng)中不發(fā)生化學反響，那么獨立組分數(shù)組分數(shù)；假設系統(tǒng)中存在化學反響和濃度關系，那么：假設系統(tǒng)中存在化學反響和濃度關系，那么： 獨立組分數(shù)獨立組分數(shù) C = S R R C = S R RS S 組分數(shù)；組分數(shù)；RR相平衡物系中所存在的獨立化學反響的平衡反響式的相平衡物系中所存在的獨立化學反響的平衡反響式的數(shù)量；數(shù)量；R R 濃度限制條件的數(shù)量只存在于同一相中。濃度限制條件的數(shù)量只存在于同一相中。 在硅酸

7、鹽系統(tǒng)中常用氧化物或硅酸鹽物質(zhì)作為在硅酸鹽系統(tǒng)中常用氧化物或硅酸鹽物質(zhì)作為系統(tǒng)的組分。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)等。三元系統(tǒng)等。留意區(qū)分：留意區(qū)分：2CaO.SiO2 (C2S) 化合物化合物 CaOSiO2 二元系統(tǒng)二元系統(tǒng) 根據(jù)實踐需求也可以某種硅酸鹽物質(zhì)作為系統(tǒng)的組根據(jù)實踐需求也可以某種硅酸鹽物質(zhì)作為系統(tǒng)的組分，如分，如Na2OSiO2CaOSiO2SiO2三元系統(tǒng)。三元系統(tǒng)。 2 2、相、相 相相: :系統(tǒng)中具有一樣物理性質(zhì)和化學性質(zhì)的均勻部系統(tǒng)中具有一樣物理性質(zhì)和化學性質(zhì)的均勻部分。分。 相數(shù)：

8、系統(tǒng)中所含相的數(shù)目。以相數(shù)：系統(tǒng)中所含相的數(shù)目。以P P表示。表示。 根據(jù)相數(shù)可將系統(tǒng)分為：根據(jù)相數(shù)可將系統(tǒng)分為： P =1 P =1，單相系統(tǒng)；，單相系統(tǒng)； P =2 P =2，二相系統(tǒng)；，二相系統(tǒng)； P =3 P =3，三相系統(tǒng)。，三相系統(tǒng)。硅酸鹽系統(tǒng)相平衡的幾種情況：硅酸鹽系統(tǒng)相平衡的幾種情況：1機械混合物：有幾種物質(zhì)就有幾個相；機械混合物：有幾種物質(zhì)就有幾個相；2生成化合物：組分間每生成一個新的化合物，即生成化合物：組分間每生成一個新的化合物，即構(gòu)成一個新相；構(gòu)成一個新相；3構(gòu)成固溶體：組分間構(gòu)成固溶體算一個相；構(gòu)成固溶體：組分間構(gòu)成固溶體算一個相；4同質(zhì)多晶：有幾種變體，即有幾個相；

9、同質(zhì)多晶：有幾種變體，即有幾個相；5硅酸鹽高溫熔體：普通為單相，假設液相分層那硅酸鹽高溫熔體：普通為單相，假設液相分層那么有兩個相；么有兩個相；6介穩(wěn)變體介穩(wěn)變體3、自在度數(shù)、自在度數(shù) 定義：可以恣意改動而不引起系統(tǒng)中相的數(shù)目和相的定義：可以恣意改動而不引起系統(tǒng)中相的數(shù)目和相的形狀改動的獨立可變要素或獨立變量的數(shù)目；形狀改動的獨立可變要素或獨立變量的數(shù)目；可變要素變量：影響系統(tǒng)平衡形狀的物理條件?？勺円刈兞浚河绊懴到y(tǒng)平衡形狀的物理條件。 普通有如下兩種：外界變量和濃度變量。普通有如下兩種：外界變量和濃度變量。 外界變量：指外界變量：指T、P、電力場、磁力場等，普通只涉及、電力場、磁力場等，普

10、通只涉及T、P。在凝聚相系統(tǒng)中。在凝聚相系統(tǒng)中P的影響可忽略不計，只需的影響可忽略不計，只需T一個外界一個外界變量。變量。 濃度變量：一個相中的組分的濃度單組分系統(tǒng)中無濃度變化濃度變量：一個相中的組分的濃度單組分系統(tǒng)中無濃度變化f4、相律：、相律： 相平衡的普通規(guī)律。相平衡的普通規(guī)律。 普通表達式：普通表達式：npcf式中：式中： 自在度數(shù)；自在度數(shù)； 獨立組分數(shù)；獨立組分數(shù)； 相數(shù)；相數(shù)； n 影響系統(tǒng)平衡的外界要素。通常只思索溫影響系統(tǒng)平衡的外界要素。通常只思索溫度和壓力，即度和壓力，即n = 2 ，那么相律表達式為：，那么相律表達式為：fcp2pcf 硅酸鹽系統(tǒng)中的相律：硅酸鹽系統(tǒng)中的相

11、律：凝聚系統(tǒng)：不含氣相或氣相可忽略的系統(tǒng)。凝聚系統(tǒng)：不含氣相或氣相可忽略的系統(tǒng)。凝聚系統(tǒng)的相律公式為：凝聚系統(tǒng)的相律公式為：單元凝聚系統(tǒng)：單元凝聚系統(tǒng)：1pcf2pcf第二節(jié)第二節(jié) 單元系統(tǒng)單元系統(tǒng)單元系統(tǒng)中，單元系統(tǒng)中， c = 1 c = 1 f = c p + 2 = 3 p f = c p + 2 = 3 p pmax=3 fmin=0 pmax=3 fmin=0 pmin=1 fmax=2 pmin=1 fmax=2 可用溫度和壓力作坐標的平面圖可用溫度和壓力作坐標的平面圖 (P-T (P-T圖圖) )來表來表示系統(tǒng)的相圖。示系統(tǒng)的相圖。形狀點：相圖上的恣意一點，表示系統(tǒng)的一定平衡形

12、狀點：相圖上的恣意一點，表示系統(tǒng)的一定平衡形狀。形狀。一、水的相圖一、水的相圖二、具有同質(zhì)多晶轉(zhuǎn)變的單元系統(tǒng)相圖二、具有同質(zhì)多晶轉(zhuǎn)變的單元系統(tǒng)相圖三、三、 SiO2SiO2系統(tǒng)相圖系統(tǒng)相圖四、四、 ZrO2 ZrO2 系統(tǒng)相圖系統(tǒng)相圖 一、水型物質(zhì)與硫型物質(zhì)一、水型物質(zhì)與硫型物質(zhì)圖圖6-1 水的相圖水的相圖重點：圖中各點、線、平面區(qū)域所代表的意義重點：圖中各點、線、平面區(qū)域所代表的意義線：線：Oa：水的飽和蒸汽壓曲線：水的飽和蒸汽壓曲線 (水汽的相平衡共存水汽的相平衡共存) Ob：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) Oc：冰的熔融曲線：冰的熔融曲線 P =2 f =1

13、單變量系統(tǒng)單變量系統(tǒng)cob cob 固相區(qū)固相區(qū)coa coa 液相區(qū)液相區(qū)boa boa 氣相區(qū)氣相區(qū)P =1 f =2 雙變量系統(tǒng)雙變量系統(tǒng)相區(qū)：相區(qū)：點：點： O：三相點：三相點 s、l、g三相平衡共存三相平衡共存 p =3 f =0 無變量形狀無變量形狀注：注：oc曲線向左傾斜，斜率為負值，壓力曲線向左傾斜，斜率為負值，壓力增大，熔點降低。增大，熔點降低。TdVHdTdP冰溶化成水冰溶化成水 H0 V0 dP/dT普通紅磚 CS-C2S:有一不致熔化合物有一不致熔化合物C3S2 E：F：低共熔點 1460 轉(zhuǎn)熔點 1464 CS在在1125發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變：發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變： 冷卻CSCS)(

14、CS灰砂磚壓坯石灰砂蒸汽養(yǎng)護混合如：EL23SCCS SCLF223SCC2S-CaO: C3S：12502150穩(wěn)定存在穩(wěn)定存在 SC3CaOSC2冷卻CaOLMSC3冷卻C2S：熔點為：熔點為2130 升溫： 降溫： SCSCSCCC2142027252 SC2670C過冷SC2525C9體積膨脹SC2水泥消費為防止水泥消費為防止C3S分解和分解和C2S向向C2S的轉(zhuǎn)化，常采取的轉(zhuǎn)化，常采取急冷措施。急冷措施。 Al2O3SiO2系統(tǒng)：系統(tǒng)：前往Sio2 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Al2O32000180014001600EP182810158710Al2O3

15、(mol%)方石英莫來石方石英莫來石剛玉莫來石剛玉莫來石L方石英方石英L莫來石莫來石L+剛玉剛玉莫來石固溶體一個化合物：A3S2(3Al2O32SiO2莫來石) 一致熔化合物 熔點1850 兩個分二元統(tǒng)： 223OSSAli3223OAlSA223OSSAliE1： EL冷卻232SASiO 固溶體 1595注： E點距SiO2一側(cè)很近，假設SiO2中參與1wtAl2O3，使硅磚耐火度大大下降，所以，硅磚制造過程中嚴防Al2O3混入 3223OAlSA熔點： A3S2 1850 ； Al2O3 2050 都很高 E2點： 1840 故莫來石及剛玉質(zhì)耐火磚都是性能優(yōu)良的耐火資料 如圖3. MgO

16、SiO2系統(tǒng)：系統(tǒng)：凝聚系統(tǒng)相圖測定方法凝聚系統(tǒng)相圖測定方法 不同溫度不同溫度 關鍵：關鍵： 確保恒溫時間確保恒溫時間 淬冷速度足夠快淬冷速度足夠快 優(yōu)缺陷：優(yōu)缺陷： 優(yōu)點：準確度高優(yōu)點：準確度高 缺陷：此法不適用于某些相變速度特別快的系統(tǒng)缺陷：此法不適用于某些相變速度特別快的系統(tǒng) 1.淬冷法淬冷法(靜態(tài)法靜態(tài)法) 過程：過程：試樣試樣保溫保溫試樣淬冷試樣淬冷各相鑒定各相鑒定 繪圖繪圖2.熱分析法熱分析法(動態(tài)法動態(tài)法) 原理：據(jù)物質(zhì)在加熱或冷卻過程中發(fā)生的熱原理：據(jù)物質(zhì)在加熱或冷卻過程中發(fā)生的熱效應效應(溫度隨時間的變化溫度隨時間的變化)來判別物種能否發(fā)來判別物種能否發(fā)生了相變生了相變 方法

17、：加熱方法：加熱(冷卻冷卻)曲線法、差熱分析法曲線法、差熱分析法 冷卻曲線法步驟：冷卻曲線法步驟： 將試樣加熱成為液體，然后使其均勻冷將試樣加熱成為液體，然后使其均勻冷卻；卻； 記錄冷卻過程中物系溫度隨時間變化的記錄冷卻過程中物系溫度隨時間變化的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)； 以溫度為縱坐標，時間為橫坐標，將實以溫度為縱坐標，時間為橫坐標，將實驗數(shù)據(jù)繪制成溫驗數(shù)據(jù)繪制成溫 度度- 時間曲線，即冷卻曲線；時間曲線，即冷卻曲線； 由假設干條組成不同的冷卻曲線繪制出相由假設干條組成不同的冷卻曲線繪制出相圖。圖。以以BiCd為例：為例： Cd質(zhì)量百分數(shù)：質(zhì)量百分數(shù)：a ,0；b,20；c,40；d,75；e,100 a

18、 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第四節(jié)第四節(jié) 三元系統(tǒng)三元系統(tǒng) 三元凝聚系統(tǒng)三元凝聚系統(tǒng) ： 相律公式相律公式: f=c-p+1: f=c-p+1 3-p+1 3-p+1 4-p4-p pmax=4 pmax=4 fmax=3 fmax=3 三個自在度是溫度和三個組分中恣意三個自在度是溫度和三個組分中恣意兩個的濃度兩個的濃度 三元系統(tǒng)完好的形狀圖應是一個三三元系統(tǒng)完好的形狀圖應是一個三坐標的立體圖，實踐運用的是它的平面投影坐標的立體圖，實踐運用的是它的平面投影圖。圖。三元相圖概述三元相圖概述v1. 三元系

19、統(tǒng)組成表示法三元系統(tǒng)組成表示法v 在三元系統(tǒng)中用等邊三角形來表示組在三元系統(tǒng)中用等邊三角形來表示組成成頂點：表示純組分；頂點：表示純組分；邊：邊： 表示二元系統(tǒng)的組成；表示二元系統(tǒng)的組成； 內(nèi)部的點：表示含有三個組分內(nèi)部的點：表示含有三個組分的三元系統(tǒng)的組成。的三元系統(tǒng)的組成。CAB 雙線法確定系統(tǒng)點雙線法確定系統(tǒng)點M的組成的組成過過M點做三角形恣意兩條邊的平行線，根據(jù)它們在第三點做三角形恣意兩條邊的平行線，根據(jù)它們在第三條邊上的交點確定條邊上的交點確定M點的組成。點的組成。v a b cBDAEEDAB=BC=CA=100%v Aa Bb Cc等含量規(guī)那么：等含量規(guī)那么： 平行于濃度三角形某

20、一邊的直線上的各點，其第三平行于濃度三角形某一邊的直線上的各點，其第三組分的含量不變。組分的含量不變。 ABCM1M2DE如圖：如圖：DE/AB，那么，那么DE線線上各點上各點C含量相等。含量相等。即即M1、M2點中點中C的含量相等，的含量相等，且且C%=DA或或EB2定比例規(guī)那么：定比例規(guī)那么： 從濃度三角形某角頂點引出之射線上各點，另外兩個組分含量從濃度三角形某角頂點引出之射線上各點，另外兩個組分含量的比例不變。的比例不變。 證明：經(jīng)證明：經(jīng)CD線上任取一點線上任取一點O，作，作OF/BC，OE/AC， 那么對那么對O點表示的系統(tǒng)：點表示的系統(tǒng)：ADBDbaADBDOMONBDONADOM

21、CDCOOMONAEBFba (3)背向規(guī)那么：背向規(guī)那么： 在濃度三角形中在濃度三角形中,假設有一熔體在冷卻時析出某一頂點假設有一熔體在冷卻時析出某一頂點所代表的組分，那么液相中該頂點組分的含量不斷減少，所代表的組分，那么液相中該頂點組分的含量不斷減少，其它兩個組分的含量之比堅持不變，這時液相組成點必定其它兩個組分的含量之比堅持不變，這時液相組成點必定沿著該頂點與熔體組成點的連線向背叛該頂點的方向挪動。沿著該頂點與熔體組成點的連線向背叛該頂點的方向挪動。 ABCMD2. 杠桿規(guī)那么：杠桿規(guī)那么： 在三元系統(tǒng)內(nèi)，由兩個相或混合物合成一個新相時或新在三元系統(tǒng)內(nèi)，由兩個相或混合物合成一個新相時或新

22、的混合物，新相的組成點必在原來兩相組成點的連線上；的混合物，新相的組成點必在原來兩相組成點的連線上； 新相組成點與原來兩相組成點的間隔和兩相的量成反比。新相組成點與原來兩相組成點的間隔和兩相的量成反比。NMP 設：設：m M 組成的相與組成的相與n N 組成的相組成的相混合成一個新相混合成一個新相PMPnPNm 那么新相組成點那么新相組成點P一定在一定在MN連線上，且連線上，且杠桿規(guī)那杠桿規(guī)那么么證明：證明： 過過M點作點作MR/AB，過，過M、P、N點分點分別作別作BC邊的平行線，在邊的平行線，在AB邊上截得截邊上截得截距距a1、x、a2分別表示分別表示M、P、N各相中各相中A的百分含量。兩

23、相混合前后的百分含量。兩相混合前后A的量應相的量應相等，即等，即PNMPQRMQaxxamnnmxnama2121)( 由一相分解為兩相時，這兩相的組成務必分布于原來的相點的兩側(cè)，由一相分解為兩相時，這兩相的組成務必分布于原來的相點的兩側(cè)，且三點成不斷線。且三點成不斷線。3. 重心原理重心原理 ：包括重心位規(guī)那么、交叉位規(guī)那么和共軛位規(guī)那包括重心位規(guī)那么、交叉位規(guī)那么和共軛位規(guī)那么么 M1M2M3ABC P點處于點處于MNQ內(nèi)部內(nèi)部 M+N+Q=P 重心位重心位 MQNABCPM+N=SS+ Q=PSMQNABC P點處于點處于 MNQ某條邊的外側(cè)，且在另外兩條邊的延伸線范圍某條邊的外側(cè)，且在

24、另外兩條邊的延伸線范圍之內(nèi)之內(nèi) P+Q=M +N 交叉位交叉位PtP+Q=tM+N=tP+Q=M+N P點處于點處于 MNQ某一角頂?shù)耐鈧?cè)，且在構(gòu)成此角頂?shù)膬蓷l邊的某一角頂?shù)耐鈧?cè)，且在構(gòu)成此角頂?shù)膬蓷l邊的延伸線范圍之內(nèi)延伸線范圍之內(nèi) P + Q+N=M 共軛位共軛位MQNABCPv4. 具有一個低共熔點的簡單三元系統(tǒng)相圖具有一個低共熔點的簡單三元系統(tǒng)相圖(A)立體形狀圖立體形狀圖(B)平面投影圖平面投影圖(C)結(jié)晶路程結(jié)晶路程三條棱：三條棱：AA 、BB 、CC 分別表示分別表示A、B、C三個一元系三個一元系統(tǒng)；統(tǒng)；三個點：三個點： A 、B 、C 表表示三個組分的熔點；示三個組分的熔點；三個

25、側(cè)面：三個側(cè)面：A-B、B-C、C-A分分別表示三個簡單二元系統(tǒng)的形狀別表示三個簡單二元系統(tǒng)的形狀圖；圖；E1、E2、E3為相應的二元為相應的二元低共熔點；低共熔點；液相面：液相面：A E1E E3 、B E1E E2 、C E2E E3 p=2，f=2液相面上的點表示和液相面上的點表示和一種晶相成平衡的三元液體的形一種晶相成平衡的三元液體的形狀點；狀點；界限：界限： E1E 、E2 E 、E3 E p=3，f=1 界限上的點表示和兩界限上的點表示和兩種晶相成平衡的三元液體的形狀種晶相成平衡的三元液體的形狀點；點；三元低共熔點：三元低共熔點：E p=4，f=0 三元無變量點；三元無變量點；溫度

26、的表示法：溫度的表示法： 等溫線從投影圖上等溫線的疏密可判別液相面的走勢等溫線從投影圖上等溫線的疏密可判別液相面的走勢 二元液相線和三元界限的溫度下降方向用箭頭表示；二元液相線和三元界限的溫度下降方向用箭頭表示； 無變點的溫度在其附近注明或列表無變點的溫度在其附近注明或列表將立體圖向濃度三角形底面投影得平面投影圖將立體圖向濃度三角形底面投影得平面投影圖界限界限平面界限平面界限 e1E、e2E、e3E三個二元低共熔點三個二元低共熔點e1、e2、e3 三元低共熔點三元低共熔點E空間曲面空間曲面初晶區(qū)初晶區(qū)A、B、C.熔體熔體M的結(jié)晶道路：的結(jié)晶道路：MM熔體熔體M的結(jié)晶道路：的結(jié)晶道路：液相點：液

27、相點：固相點：固相點：CC+AFC +A+BMMLCf=2DLA+Cf=1E (LEC+A+B)f=0闡明：闡明： 系統(tǒng)在冷卻析晶過程中，液相組成和固相組成不斷發(fā)生變化，但系統(tǒng)在冷卻析晶過程中，液相組成和固相組成不斷發(fā)生變化，但系統(tǒng)的總組成是不變的，且液相點和固相點在同不斷線上。系統(tǒng)的總組成是不變的，且液相點和固相點在同不斷線上。1.生成一個一致熔融二元化合物的三元系統(tǒng)相圖生成一個一致熔融二元化合物的三元系統(tǒng)相圖二二. 其它三元凝聚系統(tǒng)相圖根本類型其它三元凝聚系統(tǒng)相圖根本類型二元化合物：在三元系統(tǒng)中二元化合物：在三元系統(tǒng)中某兩個組分間生成的化合物某兩個組分間生成的化合物叫二元化合物，其組成點處

28、叫二元化合物，其組成點處于濃度三角形的某一條邊上。于濃度三角形的某一條邊上。 五條界限：五條界限： e1E1、e2E1、 e3E2、 e4E2、E1E2兩個無變量點：兩個無變量點：E1 ：LE A C SE2 ：LE BC S四個初晶區(qū)：四個初晶區(qū)：特點：一致熔化合物特點：一致熔化合物S位于其初晶區(qū)位于其初晶區(qū) 內(nèi)，與組分內(nèi)，與組分C構(gòu)成新的構(gòu)成新的二元系統(tǒng)其低共熔點是二元系統(tǒng)其低共熔點是m點，從而將點，從而將A-B-C三元劃分為兩個三元劃分為兩個分三元系統(tǒng)分三元系統(tǒng)A-S-C和和B-S-C(副三角形。副三角形。相圖分析：相圖分析：GSHT2.生成一個不一致熔融二元化合物的三元系統(tǒng)相圖生成一個

29、不一致熔融二元化合物的三元系統(tǒng)相圖相圖引見相圖引見五條界限：五條界限： p3，f1兩個無變量點：兩個無變量點： p4，f0E ：LE A CS 低共熔點低共熔點P：LP B C S 單轉(zhuǎn)熔點單轉(zhuǎn)熔點特點：不一致熔二元化合物的組成點特點：不一致熔二元化合物的組成點 不位于其初晶區(qū)內(nèi)不位于其初晶區(qū)內(nèi)e1E e2E PE e3P 共熔共熔線線pP L B S 轉(zhuǎn)熔線轉(zhuǎn)熔線四個初晶區(qū)：四個初晶區(qū)： A B C S 判讀三元相圖的幾條重要規(guī)那判讀三元相圖的幾條重要規(guī)那么么1 連線規(guī)那么連線規(guī)那么 將一界限或其延伸線與相應的連線或其延伸線相交，其交將一界限或其延伸線與相應的連線或其延伸線相交，其交點是該界

30、限上的溫度最高點。點是該界限上的溫度最高點?！跋鄳倪B線相應的連線 是指與界限上的液相平衡是指與界限上的液相平衡的兩晶相組成點的銜接直線。的兩晶相組成點的銜接直線。判別界限溫度走向判別界限溫度走向 將界限上某一點所作的切線與相應的連線相交，如交點在連線上，將界限上某一點所作的切線與相應的連線相交，如交點在連線上，那么表示界限上該處具有共熔性質(zhì)；如交點在連線的延伸線上，那么表那么表示界限上該處具有共熔性質(zhì)；如交點在連線的延伸線上，那么表示界限上該處具有轉(zhuǎn)熔性質(zhì)，遠離交點上的晶相被回吸。示界限上該處具有轉(zhuǎn)熔性質(zhì)，遠離交點上的晶相被回吸。 2 切線規(guī)那么切線規(guī)那么 判別界限性質(zhì)判別界限性質(zhì)為區(qū)別兩類

31、界限，在三元相圖上規(guī)定：為區(qū)別兩類界限，在三元相圖上規(guī)定：共熔界限溫度下降方向用單箭頭表示共熔界限溫度下降方向用單箭頭表示轉(zhuǎn)熔界限溫度下降方向用雙箭頭表示轉(zhuǎn)熔界限溫度下降方向用雙箭頭表示3 重心規(guī)那么重心規(guī)那么 判別無變點性質(zhì)判別無變點性質(zhì) 如無變點處于其相應副三角形的重心位，那么無變點為低共熔點；如無變點處于其相應副三角形的重心位，那么無變點為低共熔點；如無變點處于其相應副三角形的交叉位，那么該無變點為單轉(zhuǎn)熔點；如如無變點處于其相應副三角形的交叉位，那么該無變點為單轉(zhuǎn)熔點；如無變點處于其相應副三角形的共軛位，那么該無變點為雙轉(zhuǎn)熔點無變點處于其相應副三角形的共軛位，那么該無變點為雙轉(zhuǎn)熔點 。

32、所謂相應的副三角形，指與該無變點液相平衡的三所謂相應的副三角形，指與該無變點液相平衡的三個晶相組成點連成的三角形。個晶相組成點連成的三角形。凡屬雙轉(zhuǎn)熔點，只需一條界限的溫降箭頭指向它，另兩凡屬雙轉(zhuǎn)熔點，只需一條界限的溫降箭頭指向它，另兩條界限的溫降箭頭那么背向它，所析出的晶相是溫降箭頭條界限的溫降箭頭那么背向它，所析出的晶相是溫降箭頭背向它的兩條界限所包圍的初晶區(qū)的晶相。又稱雙降點。背向它的兩條界限所包圍的初晶區(qū)的晶相。又稱雙降點。 凡屬低共熔點，那么三條界限的溫降箭頭一定都指向它。凡屬低共熔點，那么三條界限的溫降箭頭一定都指向它。 凡屬單轉(zhuǎn)熔點，兩條界限的溫降箭頭都指向它，另一條凡屬單轉(zhuǎn)熔點

33、，兩條界限的溫降箭頭都指向它，另一條界限的溫降箭頭背向它，被回吸的晶相是溫降箭頭指向它界限的溫降箭頭背向它，被回吸的晶相是溫降箭頭指向它的兩條界限所包圍的初晶區(qū)的晶相，又稱雙升點。的兩條界限所包圍的初晶區(qū)的晶相，又稱雙升點。 判別無變點性質(zhì)判別無變點性質(zhì):重心規(guī)那么重心規(guī)那么; 界限的溫降方向。界限的溫降方向。 LN+Q+M L+QN+M L+Q+MN 轉(zhuǎn)熔點轉(zhuǎn)熔點 單轉(zhuǎn)熔點雙升點單轉(zhuǎn)熔點雙升點 雙轉(zhuǎn)熔點雙降點雙轉(zhuǎn)熔點雙降點4 三角形規(guī)那么三角形規(guī)那么 原始熔體組成點所在三角形的三個頂點表示的物質(zhì)原始熔體組成點所在三角形的三個頂點表示的物質(zhì)即為其結(jié)晶產(chǎn)物；與這三個物質(zhì)相應的初晶區(qū)所包圍的三即為

34、其結(jié)晶產(chǎn)物；與這三個物質(zhì)相應的初晶區(qū)所包圍的三元無變量點是結(jié)晶終了點。元無變量點是結(jié)晶終了點。 確定結(jié)晶產(chǎn)物和結(jié)晶終點確定結(jié)晶產(chǎn)物和結(jié)晶終點 結(jié)結(jié)晶晶路路程程液相點液相點固相點固相點1LBf=2 aLB+Cf=1P (LP +B C+S )f=0BC+B bC +B +S1abandh2LBf=2aLB+Cf=1P (LP +B C+S)f=0LC +Sf=1E (LE C+S +A)f=0L：G：BB +CnC +S +BdS +ChS +C +A2L：G：3LBf=2eL+BSf=1fLSf=2gLC +Sf=1E (LE C+S +A)f=0BB +SSC +SqS +C +A3egqf

35、思索：可以發(fā)生思索：可以發(fā)生“穿相的配料點的區(qū)域？穿相的配料點的區(qū)域？Vwv3. 生成一個固相分解的二元化合物的三元系統(tǒng)相圖生成一個固相分解的二元化合物的三元系統(tǒng)相圖R 點：點：LR +A+B SMNDG液相點：液相點： LA LA+B LB+S M N R (LR +A+B S) E(LEB +L+ S) f=2 f=1 f=0 轉(zhuǎn)熔終了轉(zhuǎn)熔終了 f=1 f=0 析晶終了析晶終了 A +B A+B+S B+S B+S +C固相點：固相點： A D D G MMntfhgv4. 具有一個一致熔融三元化合物的三元系統(tǒng)相圖具有一個一致熔融三元化合物的三元系統(tǒng)相圖v5. 具有一個不一致熔融三元化合物

36、的三元系統(tǒng)相圖具有一個不一致熔融三元化合物的三元系統(tǒng)相圖有單轉(zhuǎn)熔點有單轉(zhuǎn)熔點LPABSmnt有雙轉(zhuǎn)熔點有雙轉(zhuǎn)熔點LRABSv7. 構(gòu)成一個二元延續(xù)固熔體的三元系統(tǒng)相圖構(gòu)成一個二元延續(xù)固熔體的三元系統(tǒng)相圖MS1L1L2S2v8. 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)相圖判讀三元系統(tǒng)相圖的步驟：判讀三元系統(tǒng)相圖的步驟：1看系統(tǒng)中有幾個化合物及化合物的性質(zhì)看系統(tǒng)中有幾個化合物及化合物的性質(zhì)2連線規(guī)那么連線規(guī)那么判別界限上的溫降方向判別界限上的溫降方向3切線規(guī)那么切線規(guī)那么判別界限的性質(zhì)判別界限的性質(zhì)4重心規(guī)那么重心規(guī)那么判別無變點的性質(zhì)判別無變點的性質(zhì)5三角形規(guī)那么三角形規(guī)那么判別結(jié)晶產(chǎn)

37、物和結(jié)晶終點判別結(jié)晶產(chǎn)物和結(jié)晶終點6察看系統(tǒng)中能否存在晶型轉(zhuǎn)變、液相分層或察看系統(tǒng)中能否存在晶型轉(zhuǎn)變、液相分層或構(gòu)成固溶體等景象構(gòu)成固溶體等景象三、三元系統(tǒng)相圖舉例三、三元系統(tǒng)相圖舉例1. CaOAl2O3SiO2系統(tǒng)系統(tǒng)1判讀相圖的步驟：判讀相圖的步驟： 判別有多少化合物生成，判別化合物的性質(zhì)。判別有多少化合物生成，判別化合物的性質(zhì)。 用連線規(guī)那么判別界限溫度變化方向；用連線規(guī)那么判別界限溫度變化方向； 用切線規(guī)那么判別界限性質(zhì)；用切線規(guī)那么判別界限性質(zhì)； 根據(jù)無變量點劃分相應的副三角形。根據(jù)無變量點劃分相應的副三角形。 確定無變量點的性質(zhì)；確定無變量點的性質(zhì)； 分析析晶路程；分析析晶路程；

38、 判別相圖上能否存在晶型轉(zhuǎn)變、液相分層或判別相圖上能否存在晶型轉(zhuǎn)變、液相分層或構(gòu)成固溶體等構(gòu)成固溶體等 現(xiàn)現(xiàn) 象。象。詳細引見富鈣部分相圖及實踐消費時冷卻過程中詳細引見富鈣部分相圖及實踐消費時冷卻過程中的液相獨立析晶。的液相獨立析晶。1.CaOAl2O3SiO2系統(tǒng)系統(tǒng) 本系統(tǒng)共有十個二元化合物，其中四個是一致熔化本系統(tǒng)共有十個二元化合物，其中四個是一致熔化合物：合物：CS、C2S、C12A7、A3S2，六個不一致熔化合物：，六個不一致熔化合物：C3S2、C3S、C3A、CA、CA2、CA6。有。有15個無變量點，個無變量點，整個相圖劃分為整個相圖劃分為15個副三角形。個副三角形。 在富硅區(qū)有

39、液相分層、晶型轉(zhuǎn)變。在富硅區(qū)有液相分層、晶型轉(zhuǎn)變。2相圖的實踐運用相圖的實踐運用 硅酸鹽水泥的配料硅酸鹽水泥的配料 硅酸鹽水泥中含有硅酸鹽水泥中含有C3S、 C2S、 C3A、C4AF四種礦四種礦物，相應的組成氧化物為物，相應的組成氧化物為CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3，用用CaO-SiO2-Al2O3三元系統(tǒng)表示水泥的配料組成。三元系統(tǒng)表示水泥的配料組成。硅酸鹽水泥的配料：硅酸鹽水泥的配料：分析熔體分析熔體1、2、3、P的析晶過程的析晶過程 經(jīng)過分析圖中的經(jīng)過分析圖中的1、2、3點的析晶過程，可得出配料點的析晶過程，可得出配料點在三角形點在三角形C3S-C3A- C2S內(nèi)的小圓圈內(nèi)

40、動搖。其實踐組內(nèi)的小圓圈內(nèi)動搖。其實踐組成為：成為： CaO 62%67%， SiO2 20%24%， Al2O3+Fe2O3 6.5%13% 燒成燒成 實踐上采用部分熔融的燒結(jié)法消費熟料。固態(tài)組分之實踐上采用部分熔融的燒結(jié)法消費熟料。固態(tài)組分之間的固相反響起著重要的作用。以配料點間的固相反響起著重要的作用。以配料點3為例闡明。為例闡明。 水泥燒成的中心問題是如何發(fā)明良好的動力條件促成水泥燒成的中心問題是如何發(fā)明良好的動力條件促成熟料中的主要礦物熟料中的主要礦物C3S的大量生成。的大量生成。 冷卻冷卻 為了防止為了防止C3S分解及分解及 發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變，工藝上采發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變，工藝上采取快速冷卻的措施，而不是緩慢冷卻，因此冷卻過程是不取快速冷卻的措施，而不是緩慢冷卻，因此冷卻過程是不平衡的。熔體冷卻能夠結(jié)果平衡的。熔體冷卻能夠結(jié)果(理想情況理想情況) ： 急冷成玻璃：急冷成玻璃