課件材料熱力學(xué)第五章

1、15-4 有簡單共晶的雙組分系統(tǒng)二組分系統(tǒng) C=2，指定壓力不變，雙變量系統(tǒng)單變量系統(tǒng)無變量系統(tǒng)f = C - +1=3 - = 1f = 2f = 1f = 0 = 2 = 32熱分析法:將系統(tǒng)加熱到熔化溫度以上，然后使其緩慢冷卻，記錄系統(tǒng)的溫度隨時間的變化曲線，用以分析其間發(fā)生的相變化,這種溫度(縱坐標(biāo))-時間(橫坐標(biāo))曲線，叫步冷曲線。3t/142 / s由一組步冷曲線，可繪制熔點(diǎn)-組成圖。3 當(dāng)系統(tǒng)有新相凝聚，放出相變熱，步冷曲線的斜率變小，出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，或者出現(xiàn)水平線段。 據(jù)此在T-x圖上標(biāo)出對應(yīng)的位置，得到二組分低共晶T-x圖。f=2f=1f=0用熱分析法繪制相圖：4Bi-Cd 系統(tǒng)

2、固-液平衡相圖（熱分析法制作相圖舉例）圖 5-8 Bi(A)-Cd(B)系統(tǒng)的步冷過程和共晶體示意圖 / st/wBBi(A)Cd(B)t/321271(a)s(B)開始析出p一定aa(b)5圖 5-8 Bi(A)-Cd(B)系統(tǒng)的步冷過程和共晶體示意圖s(A)開始析出(b)b / st/wBBi(A)Cd(B)t/a1b1b271321(a)p一定a6圖 5-8 Bi(A)-Cd(B)系統(tǒng)的步冷過程和共晶體示意圖s(A)開始析出cb / st/s(B)開始析出DwBBi(A)Cd(B)t/a1b1cabE271321Cp一定7 BiCd 系統(tǒng) 固-液平衡相圖（熱分析法制作相圖舉例）圖 5-8

3、 Bi(A)-Cd(B)系統(tǒng)的步冷過程和共晶體示意圖DwBBi(A)Cd(B)t/a1b1ECp一定完成Bi-Cd T-x相圖 連接tA*,b1,E點(diǎn),得到Bi(s)與熔液兩相共存的液相組成線; 連接tB*,a1,E點(diǎn),得到Cd(s)與熔液兩相共存的液相組成線; 連接D,E,C點(diǎn)，得到Bi(s),Cd(s)與熔液共存的三相線；熔液的組成由E點(diǎn)表示。8* BiCd 系統(tǒng) 固-液平衡相圖（熱分析法制作相圖舉例）圖 5-8 Bi(A)-Cd(B)系統(tǒng)的步冷過程和共晶體示意圖s(A)開始析出l(A+B)開始完全消 失(b)cab / st/l(A+B)s(B)開始析出DwBBi(A)Cd(B)s(A)

4、+s(B)l(A+B)t/a1s(A)+ l(A+B) wEb1cabE140271321C(a)l(A+B) + s(B)p一定9圖 5-8 Bi(A)-Cd(B)系統(tǒng)相圖DwBBi(A)Cd(B)s(A)+s(B)l(A+B)t/a1s(A)+ l(A+B) wEb1bE140321Cl(A+B) + s(B) 點(diǎn)、線、區(qū)的含義 理解三相平衡線 應(yīng)用相律分析各相區(qū) 描述b點(diǎn)變化情況關(guān)于系統(tǒng)點(diǎn)和相點(diǎn)p一定讀圖要點(diǎn)10圖 5-8 Bi(A)-Cd(B)系統(tǒng)相圖 點(diǎn)、線、區(qū)的含義DwBBi(A)Cd(B)s(A)+s(B)l(A+B)t/a1s(A)+ l(A+B) wEb1bE140321Cl

5、(A+B) + s(B)271特點(diǎn)：在高溫區(qū)Bi和Cd的熔液相互混溶成單一液相，在低溫區(qū)Bi和Cd的固體完全不互溶，成獨(dú)立的兩個固相p一定11圖 5-8 Bi(A)-Cd(B)系統(tǒng)相圖DwBBi(A)Cd(B)s(A)+s(B)l(A+B)t/a1s(A)+ l(A+B) wEb1bE140321Cl(A+B) + s(B) 理解三相平衡線共晶變化：lEs(A) + s(B)在這條線上的任何系統(tǒng)都由Bi(s)、Cd(s)和組成為E的熔液三相共存p一定12圖 5-8 Bi(A)-Cd(B)系統(tǒng)相圖DwBBi(A)Cd(B)s(A)+s(B)l(A+B)t/a1s(A)+ l(A+B) wEb1b

6、E140321Cl(A+B) + s(B) 應(yīng)用相律分析各相區(qū)相律 f =-+1單相區(qū)：f =；兩相區(qū)：f =；三相線：f =。p一定13圖 5-8 Bi(A)-Cd(B)系統(tǒng)相圖 描述b點(diǎn)變化情況b點(diǎn)b點(diǎn)，析出固體鉍Bi(s), 液相組成沿b1E線變化,到b點(diǎn)溫度時同時析出固體鉍Bi(s)和鎘Cd(s), 液相的量逐漸減少，溫度在 b2點(diǎn)。b2點(diǎn)以下，系統(tǒng)為個固相。DwBBi(A)Cd(B)s(A)+s(B)l(A+B)t/a1s(A)+ l(A+B) wEb1bE140321Cl(A+B) + s(B)b2p一定14圖 5-8 Bi(A)-Cd(B)系統(tǒng)相圖 描述b點(diǎn)變化情況液相消失，剩個

7、固相DwBBi(A)Cd(B)s(A)+s(B)l(A+B)t/a1s(A)+ l(A+B) wEb1bE140321Cl(A+B) + s(B)b2開始析出Bi(s)又開始析出Cd(s)t/p一定15關(guān)于系統(tǒng)點(diǎn)和相點(diǎn)杠桿規(guī)則圖 5-8 Bi(A)-Cd(B)系統(tǒng)相圖DwBBi(A)Cd(B)s(A)+s(B)l(A+B)t/a1s(A)+ l(A+B) wEb1bE140321Cl(A+B) + s(B)ml mBFOG可以用來計(jì)算析出固體鎘的量mB：p一定165-5 形成化合物的雙組分系統(tǒng)的相圖A和B兩個物質(zhì)可以形成兩類化合物：(1)穩(wěn)定化合物，包括穩(wěn)定的水合物，它們有自己 的熔點(diǎn)，在熔點(diǎn)

8、時液相和固相的組成相同。屬于這類系統(tǒng)的有：的4種水合物酚-苯酚的3種水合物的2種水合物17wB0.00.20.40.60.81.015001000Dt/E1500Mg(A)Si(B)Mg2Si(C)FE21430638650HGMg(A)-Si(B)系統(tǒng)的熔點(diǎn)-組成圖(生成相合熔點(diǎn)化合物系統(tǒng)) IIVVIIIIIVIVII形成穩(wěn)定化合物的雙組分系統(tǒng)的相圖讀圖要點(diǎn)： 點(diǎn)、線、區(qū)的含義提示：可看成由兩個簡單共晶相圖組合而成。p一定18wB0.00.20.40.60.81.015001000Dt/E1500Mg(A)Si(B)Mg2Si(C)FE21430638650HGMg(A)-Si(B)系統(tǒng)的

9、熔點(diǎn)-組成圖(生成相合熔點(diǎn)化合物系統(tǒng)) IIVVIIIIIVIVII19 理解兩個三相平衡線wB0.00.20.40.60.81.015001000s(C)+s(B)l(A+B)t/l(A+B)+s(B)E1500l(A+B)+s(A)Mg(A)Si(B)Mg2Si(C)s(A)+s(C)s(C)+l(A+B)E2l(A+B)1430638650s(C)+圖 Mg(A)-Si(B)系統(tǒng)的熔點(diǎn)-組成圖(生成相合熔點(diǎn)化合物系統(tǒng)) E1:l(A+B) s(C)+s(B)E2:l(A+B) s(C)+s(A)p一定20 理解形成相合熔點(diǎn)化合物的含義Mg2Si(C)熔點(diǎn): tC* 應(yīng)用相律分析各相區(qū)f

10、=c - + 1E2E1wB0.00.20.40.60.81.015001000s(C)+s(B)l(A+B)t/l(A+B)+s(B)E1500l(A+B)+s(A)Mg(A)Si(B)Mg2Si(C)s(A)+s(C)s(C)+l(A+B)E2l(A+B)1430638650s(C)+圖 Mg(A)-Si(B)系統(tǒng)的熔點(diǎn)-組成圖(生成相合熔點(diǎn)化合物系統(tǒng)) tC*p一定21t /wB100bE1P0P1P2P3畫出p0點(diǎn)冷卻曲線t/0Cp1PC(s)開始析出B(s)開始析出液相消失時間p一定22形成穩(wěn)定化合物的液固系統(tǒng)相圖p一定23(2) 形成不穩(wěn)定化合物 這種化合物沒有自己的熔點(diǎn)，在熔點(diǎn)溫

11、度以下就分解為與化合物組成不同的液相和固相。屬于這類系統(tǒng)的還有：C(s) C1(s)+熔液例如：CaF2 CaCl2(s) CaF2(s)+熔液24由穩(wěn)定化合物轉(zhuǎn)化為不穩(wěn)定化合物原來的熔點(diǎn)逐步變?yōu)檗D(zhuǎn)熔點(diǎn)25讀圖要點(diǎn)： 點(diǎn)、線、區(qū)的含義理解形成不相合熔點(diǎn)化合物的含義 理解兩條三相平衡線的含義： 理解包晶變化含義；分別畫出M、N點(diǎn)的步冷曲線圖 5-10 Na(A) - K(B)系統(tǒng)的熔點(diǎn)-組成圖 (生成不相合熔點(diǎn)化合物系統(tǒng))0.00.20.40.60.81.010050-500Na(A)K(B)xBt/EHMFPJxB,ExB,PxB,MGNa2K (C)Np一定26圖 5-10 Na(A) -

12、K(B)系統(tǒng)的熔點(diǎn)-組成圖 (生成不相合熔點(diǎn)化合物系統(tǒng))0.00.20.40.60.81.010050-500Na(A)K(B)xBt/EHMFPJxB,ExB,PxB,MGNa2K (C)p一定HFP s(A)+s(C)+lP(A+B)點(diǎn) 相 數(shù) 自由線 相態(tài) 度數(shù)區(qū)PFtA*IVVIIIJEG s(C)+s(B)+lE(A+B)3,s(A)，s(C)，lp(A+B) 0lp +s(A) s(C) 3，s(A)，s(C)，l(A+B) 0lp +s(A) s(C) 2，s(A)，l(A) 02，s(A)，s(C) 12，s(C)，l(A+B) 12，s(B)，l(A+B) 127讀圖要點(diǎn)：理

13、解形成不相合熔點(diǎn)化合物的含義Na2K在低于熔點(diǎn)溫度就分解了 理解兩條三相平衡線的含義：圖 5-10 Na(A) - K(B)系統(tǒng)的熔點(diǎn)-組成圖 (生成不相合熔點(diǎn)化合物系統(tǒng))0.00.20.40.60.81.010050-500Na(A)K(B)xBt/EHMFPJxB,ExB,PxB,MGNa2K (C)Nlp+s(A) s(C)lE s(B) +s(C)p一定28讀圖要點(diǎn)： 理解包晶變化的含義；圖 5-10 Na(A) - K(B)系統(tǒng)的熔點(diǎn)-組成圖 (生成不相合熔點(diǎn)化合物系統(tǒng))0.00.20.40.60.81.010050-500Na(A)K(B)xBt/EHMFPJxB,ExB,PxB,

14、MGNa2K (C)Nlp+s(A) s (C)s(C)包在先析出的s(A)外面，上述平衡過程叫包晶變化p一定29讀圖要點(diǎn)：分別畫出M、N點(diǎn)所代表系統(tǒng)的步冷曲線圖 5-10 Na(A) - K(B)系統(tǒng)的熔點(diǎn)-組成圖 (生成不相合熔點(diǎn)化合物系統(tǒng))0.00.20.40.60.81.010050-500Na(A)K(B)xBt/EHMFPJxB,ExB,PxB,MGNa2K (C)Nt/0CA(s) 析出C(s)開始析出液相消失時間p一定30 5-6 有固溶體的雙組分系統(tǒng)一、形成完全互溶固溶體系統(tǒng)的固、液平衡相圖圖 5-11 Ge(A) - Si(B)系統(tǒng)的熔點(diǎn)-組成圖xB=1.0 xB=0.8x

15、B=0.6xB=0.4xB=0.2xA=1.01703164015811505140012101550144013451265T/K/(a)(b)l(A+B)s(A+B)s(A+B)+l(A+B)0.00.20.40.60.81.0Ge(A)Si(B)xBp一定31tB*s(A+B)l(A+B)0.00.20.40.60.81.0Ge(A)Si(B)xBtA*圖 5-11 Ge(A) - Si(B)系統(tǒng)的熔點(diǎn)-組成圖p一定枝晶偏析 固-液兩相不同于氣-液兩相，析出晶體時，不易與熔化物建立平衡。 由于固相組織的不均勻性，會影響合金的性能。 較早析出的晶體含高熔點(diǎn)組分較多，形成枝晶，后析出的晶體含

16、低熔點(diǎn)組分較多，填充在最早析出的枝晶之間，這種現(xiàn)象稱為枝晶偏析。33p一定出現(xiàn)最高或最低點(diǎn)的完全互溶固溶體A wB Bt/K 34完全互溶固溶體的相圖退火 為了使固相合金內(nèi)部組成更均一，就把合金加熱到接近熔點(diǎn)的溫度，保持一定時間，使內(nèi)部組分充分?jǐn)U散，趨于均一，然后緩慢冷卻，這種過程稱為退火。退火不好的金屬材料處于亞穩(wěn)狀態(tài)，在長期的使用過程中，可能由于系統(tǒng)內(nèi)部的擴(kuò)散而引起金屬強(qiáng)度的變化。35完全互溶固溶體的相圖淬火（quenching） 在金屬熱處理過程中，使金屬突然冷卻，來不及發(fā)生相變，保持高溫時的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，這種工序稱為淬火。例如，某些鋼鐵刀具經(jīng)淬火后可提高硬度。36區(qū)域熔煉 區(qū)域熔煉是制備高

17、純物質(zhì)的有效方法?？梢灾苽?個9以上的半導(dǎo)體材料（如硅和鍺)，5個9以上的有機(jī)物或?qū)⒏呔畚镞M(jìn)行分級。 一般是將高頻加熱環(huán)套在需精煉的棒狀材料的一端，使之局部熔化。 加熱環(huán)再緩慢向前推進(jìn)，已熔部分重新凝固。由于雜質(zhì)在固相和液相中的分布不等，用這種方法重復(fù)多次，雜質(zhì)就會集中到一端，從而得到高純物質(zhì)。37區(qū)域熔煉38 相圖上面是熔液，下面是固體，雙線內(nèi)為固液兩相區(qū) 當(dāng)加熱至P點(diǎn)，開始熔化，雜質(zhì)濃度為加熱環(huán)移開后，組成為N的固體析出，雜質(zhì)濃度為 所以固相含雜質(zhì)比原來少，雜質(zhì)隨加熱環(huán)移動至右端。39圖5-13 形成部分互溶固溶體的 雙組分固-液平衡相圖二、形成部分互溶固溶體1、有共晶點(diǎn)的系統(tǒng)abcdDE

18、Cp一定40圖5-13 形成部分互溶固溶體的 雙組分固-液平衡相圖共晶變化：lCs(A+B) + s(A+B)a點(diǎn)冷卻曲線：t/0Cbcs 開始析出s 開始析出液相消失時間s+s析出abcdDECp一定412. 具有包晶點(diǎn)的系統(tǒng)圖 5-14 Ag(A) - Pt(B)系統(tǒng)的熔點(diǎn)-組成圖0.00.20.40.60.81.0200016008001200Ag(A)Pt(B)wBl(A+B)t/DEC961GFIIIIIIIVVVI包晶變化：lC + E D p一定42圖5-16 MnO-SiO2相圖包晶線：QDP3 lP3+s(A)s(C2)P4RS lP4+s(B)s(C1)共晶線：VE2U lE2s(C1) +s(C2)偏晶線（單轉(zhuǎn)線） ：P1E1B lE1 lP1