無(wú)機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)第六章

6相平衡與相圖主要內(nèi)容主要有兩大部分：相圖、相律系統(tǒng)闡述相圖的基本原理結(jié)合實(shí)際介紹相圖在無(wú)機(jī)非金屬材料的研究和生產(chǎn)實(shí)踐中的具體應(yīng)用。

概述：

相平衡：是研究一個(gè)多組分（或單組分）多相體系的平衡狀態(tài)如何隨影響平衡的因素變化而改變的規(guī)律。它包括兩大部分內(nèi)容：相圖、相律

6.1凝聚態(tài)系統(tǒng)相平衡特點(diǎn)熱力學(xué)平衡態(tài)和非平衡態(tài)

1.

平衡態(tài)

相圖即平衡狀態(tài)圖，反映的是體系所處的熱力學(xué)平衡狀態(tài),與達(dá)平衡所需的時(shí)間無(wú)關(guān)。一個(gè)不隨時(shí)間而發(fā)生變化的狀態(tài)。凝聚態(tài)系統(tǒng)相平衡是一種什么狀態(tài)?

一方面凝聚態(tài)熔體是一種近似狀態(tài)。另一方面相圖所指示的平衡狀態(tài)表示了在一定條件下系統(tǒng)所進(jìn)行的物理化學(xué)變化的本質(zhì)、方向和限度，因而它對(duì)于我們從事科學(xué)研究以及解決實(shí)際問(wèn)題仍然具有重要的指導(dǎo)意義。

2.

介穩(wěn)態(tài)即熱力學(xué)非平衡態(tài)，經(jīng)常出現(xiàn)于凝聚態(tài)系統(tǒng)中。

說(shuō)明：介穩(wěn)態(tài)的出現(xiàn)不一定都是不利的。由于某些介穩(wěn)態(tài)具有所需要的性質(zhì)，因而創(chuàng)造條件(快速冷卻或摻加雜質(zhì))有意把它保存下來(lái)。

6.1.1組分組分：組成系統(tǒng)的物質(zhì)。獨(dú)立組分：表示形成平衡系統(tǒng)中各相所需要的最少數(shù)目的組分。

獨(dú)立組分?jǐn)?shù)：以C表示

C=組分?jǐn)?shù)－獨(dú)立化學(xué)反應(yīng)數(shù)目－限制條件分類：

在凝聚態(tài)系統(tǒng)中經(jīng)常采用氧化物（或凝聚態(tài)物質(zhì)）作為系統(tǒng)的組分。如：SiO2一元（單元）系統(tǒng)

Al2O3－SiO2二元系統(tǒng)

CaO－Al2O3－SiO2三元系統(tǒng)

K2O.Al2O3.

6SiO2－SiO2二元系統(tǒng)注意區(qū)分：2CaO.SiO2(C2S)；化合物

CaO－SiO2；二元系統(tǒng)

6.1.2相：指系統(tǒng)中具有相同的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的均勻部分。不同相之間有明顯的界面分開,該界面稱為相界面。

相數(shù)：系統(tǒng)中所含相的數(shù)目。以表示。

=1，單相系統(tǒng)；

=2，雙相（二相）系統(tǒng)；

=3，三相系統(tǒng)注意：●相在物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)上是均勻的

●相數(shù)的多少與物質(zhì)是否連續(xù)無(wú)關(guān)凝聚態(tài)系統(tǒng)相平衡中碰到的幾種情況：（1）形成機(jī)械混合物：有幾種物質(zhì)就有幾個(gè)相；（2）生成化合物：組分間每生成一個(gè)化合物，即形成一個(gè)相；（3）形成固溶體：組分之間形成固溶體算一相；（4）同質(zhì)多晶現(xiàn)象：有幾種變體，就有幾個(gè)相；（5）凝聚態(tài)高溫熔體：凝聚態(tài)系統(tǒng)中的液相，一般為一個(gè)相；（6）介穩(wěn)變體：是一種熱力學(xué)非平衡態(tài)。

6.1.3自由度數(shù)()

定義:溫度、壓力、組分濃度等可能影響系統(tǒng)平衡狀態(tài)的變量中，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6.1.4相律：相平衡的一般規(guī)律式中：—自由度數(shù)；

—獨(dú)立組分?jǐn)?shù)；

—相數(shù)；

2—溫度和壓力影響系統(tǒng)平衡的外界因素。凝聚系統(tǒng)的相律公式為：相律應(yīng)用必須注意以下四點(diǎn)：

1.只能處理真實(shí)的熱力學(xué)平衡體系。

2.相律表達(dá)式中的“2”是代表外界條件溫度和壓力。如果研究的體系為固態(tài)物質(zhì)，可以忽略壓力的影響，相律中的“2”應(yīng)為“1”。

3.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。

4.自由度只取“0”及其以上的自然數(shù)。6.2一元系統(tǒng)組分?jǐn)?shù)根據(jù)相律：

若，，則若，，則，即最多有三相平衡?？梢杂脺囟群蛪毫ψ髯鴺?biāo)的平面圖(-T圖)來(lái)表示系統(tǒng)的相圖。6.2.1水型物質(zhì)與硫型物質(zhì)

1、相圖：cbaOC’SLg圖6.1水的相圖2、相圖分析：圖中各點(diǎn)、線、平面區(qū)域所代表的意義

注意：

冰點(diǎn)：是一個(gè)大氣壓下被空氣飽和的水和冰的平衡共存溫度；

三相點(diǎn)O：是在它自己的蒸汽壓力(0.611KPa)下的凝固點(diǎn)(0.01℃)。是一個(gè)單組分系統(tǒng)。

3、水型物質(zhì)和硫型物質(zhì)

解釋界線的斜率：

由克勞修斯－克拉普隆方程cbaOC’SLg臨界點(diǎn)6.2.2可逆和不可逆多晶轉(zhuǎn)變的單元相圖

在多晶轉(zhuǎn)變中有兩種情況：可逆轉(zhuǎn)變、不可逆轉(zhuǎn)變

(一）可逆轉(zhuǎn)變

1、相圖：如下所示

2、相圖分析：相圖中的實(shí)線表示穩(wěn)定態(tài)，虛線表示介穩(wěn)態(tài)。實(shí)線部分：四個(gè)單相區(qū)，五條界線，兩個(gè)單元無(wú)變量點(diǎn)。虛線部分：圖6.2具有同質(zhì)多晶轉(zhuǎn)變的單元系統(tǒng)

晶型晶型液相特點(diǎn)：(1)晶體，晶體都有穩(wěn)定區(qū)；

(2)<<（二）不可逆轉(zhuǎn)變（1）相圖（2）分析晶型晶型液相特點(diǎn)：(1)晶體沒有自己穩(wěn)定存在的區(qū)域。(2)點(diǎn)是晶型轉(zhuǎn)變點(diǎn)，是晶體的熔點(diǎn)，

是晶的熔點(diǎn)。>>不可逆轉(zhuǎn)變的單元系統(tǒng)P—T圖穩(wěn)定相與介穩(wěn)相的區(qū)別：

(1)每一個(gè)穩(wěn)定相有一個(gè)穩(wěn)定存在的溫度范圍，超過(guò)這個(gè)范圍就變成介穩(wěn)相。

(2)在一定溫度下，穩(wěn)定相具有最小蒸汽壓。

(3)介穩(wěn)相有向穩(wěn)定相轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)，但從動(dòng)力學(xué)角度講，轉(zhuǎn)變速度很慢，能長(zhǎng)期保持自己的狀態(tài)。6.2.3SiO2系統(tǒng)

（一）SiO2的多晶轉(zhuǎn)變

SiO2在自然界儲(chǔ)量很大，以多種礦物的形態(tài)出現(xiàn)。如水晶、瑪瑙、砂巖、蛋白石、玉髓、燧石等。在常壓和有礦化劑存在的條件下，固態(tài)有7種晶型.α－石英α－鱗石英α－方石英

β－石英β－鱗石英β－方石英

γ－鱗石英573℃163℃117℃870℃1470℃180～270℃石英的理論晶型轉(zhuǎn)變綜述：

1、在SiO2的多晶轉(zhuǎn)變中，同級(jí)轉(zhuǎn)變：－石英

－鱗石英－方石英轉(zhuǎn)變很慢，要加快轉(zhuǎn)變，必須加入礦化劑。同類轉(zhuǎn)變：－、－和－型晶體，轉(zhuǎn)變速度非常快。

2、不同的晶型有不同的比重，－石英的最大。

3、SiO2的多晶轉(zhuǎn)變的體積效應(yīng)(見表6－1)SiO2相圖（二）SiO2相圖（三）相圖的應(yīng)用：以耐火材料硅磚的生產(chǎn)和使用為例。要求：鱗石英含量越多越好，而方石英越少越好。實(shí)際情況：加熱至573℃很快轉(zhuǎn)變?yōu)棣?石英，當(dāng)加熱至870℃不轉(zhuǎn)變?yōu)轺[石英，在生產(chǎn)條件下，常過(guò)熱到1200℃～1350℃直接轉(zhuǎn)變?yōu)榻榉€(wěn)的α-方石英。

原因：石英、鱗石英和方石英三種變體的高低溫型轉(zhuǎn)變中，方石英V變化最大，石英次之，而鱗石英最小。如果制品中方石英含量大，則在冷卻到低溫時(shí)，由于α-方石英轉(zhuǎn)變成

-方石英有較大的體積收縮而難以獲得致密的硅磚制品。采取的措施：

1、在870℃適當(dāng)保溫，促使鱗石英生成；

2、在1200～1350℃小心加快升溫速度避免生成α-

方石英;3、在配方中適當(dāng)加入Fe2O3、MnO2、CaO或

Ca(OH)2等礦化劑，6.2.4ZrO2系統(tǒng)ZrO2

有三種晶型：?jiǎn)涡盳rO2（），四方ZrO2（）和立方

ZrO2

（）

1200℃2370℃

其轉(zhuǎn)變關(guān)系：?jiǎn)涡盳rO2

四方ZrO2

立方ZrO2

1000℃ZrO2相圖ZrO2的差熱曲線ZrO2的熱膨脹曲線ZrO2用途1、作為特種陶瓷的重要原料2、熔點(diǎn)高(2680℃)，作耐火材料3、利用導(dǎo)氧導(dǎo)電性能，作氧敏傳感器元件4、利用體積效應(yīng)，對(duì)陶瓷材料進(jìn)行相變?cè)鲰g。6.3二元系統(tǒng)

二元凝聚系統(tǒng)：二元系統(tǒng)相圖以濃度為橫坐標(biāo)，溫度為縱坐標(biāo)來(lái)繪制的。

學(xué)習(xí)相圖的要求：

1、相圖中點(diǎn)、線、面含義；

2、析晶路程；

3、杠桿規(guī)則；

4、相圖的作用。一、凝聚系統(tǒng)相圖的研究方法

1、動(dòng)態(tài)法：最普通的動(dòng)態(tài)法是熱分析法。這種方法主要是觀察系統(tǒng)中的物質(zhì)在加熱和冷卻過(guò)程中所發(fā)生的熱效應(yīng)。當(dāng)系統(tǒng)中以一定速度加熱或冷卻，如發(fā)生相變，必然伴隨吸熱或放熱的能量效應(yīng)，測(cè)定此熱效應(yīng)產(chǎn)生的溫度，即相變溫度，常用熱分析法。熱分析法中最常用的是冷卻曲線（或加熱曲線）法。

abcde

冷卻曲線Bi－Cd系統(tǒng)的相圖

Bi(s)+Cd(s)L+Bi(s)

L+Cd(s)

L特點(diǎn)：方法簡(jiǎn)單，測(cè)定速度快，但要求試樣均勻，測(cè)溫要快而準(zhǔn)，對(duì)于相變遲緩的系統(tǒng)，準(zhǔn)確性較差，尤其對(duì)相變時(shí)產(chǎn)生的熱效應(yīng)比較?。ǘ嗑мD(zhuǎn)變）的系統(tǒng)，在加熱或冷卻曲線上不易觀察出來(lái)。2、靜態(tài)法（淬冷法）在相變速度很慢或有相變滯后現(xiàn)象時(shí)，用動(dòng)態(tài)法不易準(zhǔn)確測(cè)出相變溫度，產(chǎn)生嚴(yán)重的誤差，用靜態(tài)法可有效的克服這一困難。AbaB％BE——全部玻璃體——晶體＋玻璃體——全部晶體淬冷法測(cè)定相圖示意圖特點(diǎn)：淬冷法研究相平衡簡(jiǎn)單直觀，可以用肉眼或顯微鏡觀察相態(tài)，對(duì)粘度較大的材料如硅酸鹽材料相平衡的研究，一般采用淬冷法，測(cè)定相變溫度相當(dāng)高，但必須經(jīng)過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)，先有溫度間隔范圍較寬實(shí)驗(yàn)起，然后逐步把范圍縮小，從而可得到精確的結(jié)果。二、二元系統(tǒng)相圖組成的表示方法：b%ABTB含量A含量b%=0a%=100%b%=100%a%=0%mMT1三、二元系統(tǒng)相圖的基本類型6.3.1具有一個(gè)低共熔點(diǎn)的簡(jiǎn)單二元系統(tǒng)相圖1、相圖：ATBEA＋BA＋LB＋LTAB％LBMGH2、相圖分析相圖中有四個(gè)平面區(qū)域，三條線，三個(gè)點(diǎn)，掌握相圖的關(guān)鍵是兩條界線及低共熔點(diǎn)的性質(zhì)3、熔體的冷卻析晶過(guò)程分析所謂熔體的冷卻析晶過(guò)程就是將一定組成的二元混合物加熱熔化后讓其冷卻，利用相圖討論熔體冷卻過(guò)程中相變化的情況。下面以圖中的M點(diǎn)為例來(lái)分析：TbE液相線：TaE液相線：

低共熔點(diǎn)E

：LA＋B，f＝0LA，f＝1LB，f＝1AbA＋LB＋LaB％LBMA+BEM3T1T2TE

注：用式子表達(dá)析晶過(guò)程。規(guī)定：兩個(gè)液相點(diǎn)之間的箭頭上方表示液相的析晶過(guò)程，L表示液相，表示液相中析出晶體A，表示液相中析出晶體A和B等；兩個(gè)固相之間的箭頭上方表示固相的組分。4、杠桿規(guī)則當(dāng)系統(tǒng)處于兩相平衡時(shí)，兩相之間具有一定的關(guān)系，這要應(yīng)用杠桿規(guī)則。ATBA＋LB＋LTAB％LBMA+BEL2S2SEMEM3M2M1T1T2TE(1)

T1溫度時(shí)：固相量S%=0;

液相量L％=100%;

(2)

T2溫度時(shí)：

S%=M2L2/S2L2×100％；

L％＝M2S2/S2L2×100％

(3)

剛到TE

:晶體B未析出，固相只含A。

S%=MEE/SEE×100％；L％＝MESE/SEE

×100％H(4)

離開TE

：L

消失，晶體A、B

完全析出。

SA%=MEH/SEH×100％；

SB%=MESE/SEH×100％5、相圖的作用

(1)知道開始析晶的溫度，析晶終點(diǎn)，熔化終點(diǎn)的溫度；

(2)平衡時(shí)相的種類；

(3)平衡時(shí)相的組成

預(yù)測(cè)瓷胎的顯微結(jié)構(gòu)

預(yù)測(cè)產(chǎn)品性質(zhì)

(4)平衡時(shí)相的含量。6.3.2生成一個(gè)一致熔融化合物的二元系統(tǒng)相圖

一致熔化合物：是一種穩(wěn)定的化合物?；衔镉泄潭ǖ娜埸c(diǎn)，且熔化時(shí)，固相與液相具有相同的組成。1、相圖AAmBnBMNL＋ALA＋AmBnB+AmBnB+LL+AmBnL+AmBnE1E2ab2、相圖分析整個(gè)相圖可分解成兩個(gè)具有低共熔點(diǎn)的二元系統(tǒng)。即。

如果原始配料點(diǎn)落在范圍，最終的析晶產(chǎn)物為A和AmBn兩個(gè)晶相；原始配料點(diǎn)落在范圍，則最終析晶產(chǎn)物為AmBn和B兩個(gè)晶相。6.3.3生成一個(gè)不一致熔融化合物的二元相圖

不一致熔化合物：是不穩(wěn)定化合物。加熱這種化合物到某一溫度便分解成一種液相和一種晶相，二者組成與化合物組成皆不相同。1、相圖bL+AL+CA+CC+BACBL+BTaTEEPKLTP2、相圖分析討論

E：低共熔點(diǎn)，，是析晶終點(diǎn)；

P：轉(zhuǎn)熔點(diǎn)或回吸點(diǎn)，，不一定是析晶終點(diǎn)，

3、析晶過(guò)程分析：

圖中的1、2、3、4點(diǎn)bL+AL+CA+CC+BACBL+BTaEKL2PFMDJKH2'析晶路線分析：液相點(diǎn)：固相點(diǎn)：bL+AL+CA+CACBL+BTaEP

D

J

FML3B+C(2)同理可分析組成3的冷卻過(guò)程。在轉(zhuǎn)熔點(diǎn)P處，

L＋BC時(shí)，L先消失，固相組成點(diǎn)為D和F，其含量由D、J、F三點(diǎn)相對(duì)位置求出。P點(diǎn)是回吸點(diǎn)又是析晶終點(diǎn)。L13'液相點(diǎn)：固相點(diǎn)：3點(diǎn)析晶過(guò)程分析：bL+AL+CA+CC+BACBL+BTaEP

D

L1組成1在P點(diǎn)回吸，在L＋BC時(shí)L＋B同時(shí)消失，

P點(diǎn)是回吸點(diǎn)又是析晶終點(diǎn)。L1S1S2

1點(diǎn)析晶過(guò)程分析：液相點(diǎn)：固相點(diǎn)：bL+AL+CA+CC+BA

CBL+BTaTEEPLFD

H

4G4'

4點(diǎn)析晶過(guò)程分析：液相點(diǎn)：固相點(diǎn)：總結(jié)：低共熔點(diǎn)E和轉(zhuǎn)熔點(diǎn)P，這兩個(gè)無(wú)變量點(diǎn)上都表示一個(gè)液相與兩個(gè)固相之間的三相平衡，但它們的區(qū)別在于：

低共熔點(diǎn)E的相平衡關(guān)系是：???S1S2E

無(wú)論何種組成的二元熔體冷卻過(guò)程中，液相狀態(tài)點(diǎn)到達(dá)低共熔點(diǎn)E時(shí)，兩個(gè)固相同時(shí)析出，直至液相消失，因此，低共熔點(diǎn)E一定是析晶結(jié)束點(diǎn)。

轉(zhuǎn)熔點(diǎn)P的相平衡關(guān)系是：在相圖上三個(gè)點(diǎn)也在位于同一直線上，但液相點(diǎn)位于兩個(gè)固相點(diǎn)的延長(zhǎng)線上，且遠(yuǎn)離S1點(diǎn)，如下圖所示???LPS1S2任何組成的二元熔體冷卻過(guò)程中，液相狀態(tài)點(diǎn)到達(dá)轉(zhuǎn)熔點(diǎn)P時(shí)，液相回吸固相S1生成S2，回吸過(guò)程可能有三種不同的結(jié)果

（1）當(dāng)原始組成點(diǎn)位于LP~S2之間，在TP溫度下，固相S1被回吸完，系統(tǒng)余下液相P和新生成的固相S2。在這種情況下，轉(zhuǎn)熔點(diǎn)不是析晶結(jié)束點(diǎn)。（2）當(dāng)原始組成點(diǎn)位于S1~S2之間，在TP溫度下，回吸結(jié)果液相首先消失在P點(diǎn)，系統(tǒng)余下固相S1和新生成的固相S2。（3）當(dāng)原始組成點(diǎn)位于C點(diǎn)，在TP溫度下，回吸結(jié)果，固相S1與液相恰好同時(shí)消失，系統(tǒng)只余下新生成的固相S2。由上述分析可看出：轉(zhuǎn)熔點(diǎn)P不一定是析晶結(jié)束點(diǎn)。6.3.4生成一個(gè)在固相分解的化合物的二元系統(tǒng)相圖

特點(diǎn)：化合物AmBn加熱到Td溫度即分解為組分A和組分B的晶體，沒有液相生成?；衔顰mBn只能通過(guò)A晶體和B晶體之間的固相反應(yīng)生成。在Td發(fā)生的固相反應(yīng)：C的組成為AmBn化合物在低溫形成高溫分解L+AL+BA+BACBA+CC+BETaTeTd1Tb

特點(diǎn)：化合物AmBn只在某一溫度區(qū)間存在，即在低溫、高溫下都要分解。在Td發(fā)生的固相反應(yīng)：在在Tn發(fā)生的固相反應(yīng)：ABA+BA+CB+CA+BEL+AL+B化合物存在于某一溫度范圍內(nèi)2TdTnTaTbABA+BA+CB+CL+AL+CL+B3升溫形成，降溫分解CC/

D

D/EHOPC熔體3的冷卻析晶過(guò)程：液相點(diǎn)：固相點(diǎn)：6.3.5具有多晶轉(zhuǎn)變的二元系統(tǒng)相圖兩種類型：A、在低共熔點(diǎn)下發(fā)生

B、在低共熔點(diǎn)以上發(fā)生

實(shí)例應(yīng)用：

1、CaO.Al2O3.2SiO2－SiO2系統(tǒng)相圖

2、CaO.SiO2－CaO.Al2O3.2SiO2系統(tǒng)相圖

在低共熔點(diǎn)溫度以下發(fā)生多晶轉(zhuǎn)變的二元系統(tǒng)P點(diǎn)也是一個(gè)二元無(wú)變量點(diǎn)M1M2MTETPB％ABA＋BA＋BA＋LB＋LETabM'L1S1G液相點(diǎn)：固相點(diǎn)：

M熔體的冷卻析晶過(guò)程：

在低共熔點(diǎn)溫度以上發(fā)生多晶轉(zhuǎn)變的二元系統(tǒng)P點(diǎn)也是一個(gè)二元無(wú)變量點(diǎn)aI

P

EA+LA+LA+BB+LLABB%ML1S1GM2M'

M熔體的冷卻析晶過(guò)程：

液相點(diǎn)：固相點(diǎn)：6.3.6形成連續(xù)固溶體的二元系統(tǒng)相圖

（1）相圖特點(diǎn)：無(wú)二元無(wú)變量點(diǎn)，系統(tǒng)內(nèi)只存在兩個(gè)相平衡點(diǎn)，不可能出現(xiàn)三相平衡狀態(tài)。ABTTaTbS(AB)LL+S(AB)B%

生成連續(xù)固溶體的二元系統(tǒng)相圖ML1L2L3S1S2S3M'mM熔體的冷卻析晶過(guò)程：液相點(diǎn)：固相點(diǎn)：（2）杠桿規(guī)則計(jì)算固液相量如M熔體冷卻到m點(diǎn)時(shí)，可用杠桿規(guī)則計(jì)算固、液相的相對(duì)含量。6.3.7形成有限固溶體的二元系統(tǒng)相圖（1）相圖特點(diǎn)組分A、B之間可以形成固溶體，但溶解度是有限的，不能以任意比例互溶。

SA(B)表示B組分溶解到A組分中所形成的固溶體；

SB(A)表示A組分溶解在B組分中所形成的固溶體。TAFGBC

DEbaSA(B)+SB(A)SA(B)SA(B)+LL+SB(A)SB(A)LM1T1S1L1'T1'T1''mM1'L1S1'hM1熔體的冷卻析晶過(guò)程液相點(diǎn)：

固相點(diǎn)：杠桿規(guī)則的應(yīng)用TAFGBC

DEbaSA(B)+SB(A)SA(B)SA(B)+LL+SB(A)SB(A)LT2S2L2M2'HM2

M2熔體的冷卻析晶過(guò)程液相點(diǎn)：

固相點(diǎn)：6.3.8具有液相分層的二元系統(tǒng)相圖TFTEKTaCEbAA+BA+LA+LB+LL2L分相區(qū)OB％DB1、點(diǎn)E：低共熔點(diǎn)

D點(diǎn)：

2、線CKD為液相分界線；3、帽形區(qū)CKDC為二液存在區(qū)，區(qū)域的存在與溫度有關(guān)。4、析晶路程：TFTEKTaCEbAA+BA+LA+LB+LL2L分相區(qū)B％DBML1'L1L2'L2M2M3M'HI應(yīng)用：

CaO-SiO2及MgO-SiO2系統(tǒng)相圖，在SiO2含量高處都有一個(gè)二液分層區(qū)。熔體M的冷卻析晶過(guò)程液相點(diǎn)：固相點(diǎn)：或6.3.9二元系統(tǒng)相圖應(yīng)用舉例6.3.9.1CaO-SiO2系統(tǒng)相圖要求：(1)會(huì)劃分分二元系統(tǒng)；

(2)無(wú)變量點(diǎn)的性質(zhì)，相間平衡；

(3)具體分析SiO2-CS分系統(tǒng)，解釋為何CaO可作為硅磚生產(chǎn)的礦化劑；

(4)C2S-CaO分系統(tǒng)含有硅酸鹽水泥的重要礦物

C3S和C2S，C3S是不一致熔融化合物，僅能穩(wěn)定存在于1250～2150℃之間

(5)會(huì)應(yīng)用相圖指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。

CaO-SiO2系統(tǒng)相圖····

本系統(tǒng)共生成四個(gè)化合物：

CS、C3S2、C2S、C3S，其中CS和C2S是一致熔化合物，C3S2和

C3S是不一致熔化合物。以一致熔化合物的等組成線為分界線可將該系統(tǒng)劃分成三個(gè)簡(jiǎn)單的分二元系統(tǒng)，即：

SiO2-CS，CS-C2S、C2S-CaO

分析SiO2-CS分系統(tǒng)，解釋為何CaO可作為硅磚生產(chǎn)的礦化劑？CaO-SiO2系統(tǒng)中無(wú)變量點(diǎn)C2S的多晶轉(zhuǎn)變

C2S的多晶轉(zhuǎn)變6.3.9.2Al2O3-SiO2系統(tǒng)相圖要求

(1)會(huì)劃分分二元系統(tǒng)；

(2)無(wú)變量點(diǎn)的性質(zhì)及相間平衡；

(3)在SiO2-A3S2分系統(tǒng)中，分析粘土磚，其礦物組成?

分析生產(chǎn)硅磚中Al2O3存在降低耐火度的影響?(4)在A3S2－SiO2分系統(tǒng),莫來(lái)石質(zhì)(Al2O3>72%)及剛玉質(zhì)耐火磚(Al2O3>90%)都是性能優(yōu)良的耐火材料。Al2O3-SiO2相圖分析粘土磚，其礦物組成?

石英和莫來(lái)石(A3S2),

A3S2含量增加，耐火度增大，其中含Al2O3大約33％。

注意：配料組成在E1F范圍內(nèi)，必須注意液相線的變化。分析生產(chǎn)硅磚中Al2O3存在降低耐火度的影響?

因?yàn)榇讼到y(tǒng)中在1595℃低共熔點(diǎn)處生成含Al2O35.5wt%d的液相，E1點(diǎn)靠近SiO2,當(dāng)加入1wt％的Al2O3

，在1595℃就產(chǎn)生1：5.5=18.2％液相，與SiO2平衡的液相線從熔點(diǎn)1723℃迅速降為1595℃，因而使耐火度大大降低。

本系統(tǒng)對(duì)耐火材料的生產(chǎn)有重要的意義。鋁硅質(zhì)耐火材料通常按Al2O3含量（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）不同分為以下幾類：

硅磚：<1%Al2O3

；高鋁磚：48%~90%Al2O3

半硅磚：15%~30%Al2O3；莫來(lái)石磚：70%~72%Al2O3

粘土磚：30%~48%Al2O3；剛玉磚：>90%

Al2O3

Al2O3小于1%，硅磚具有在高溫下長(zhǎng)期使用不變形的優(yōu)點(diǎn)；對(duì)硅磚來(lái)講，Al2O3是十分有害的雜質(zhì)成分；半硅磚、粘土磚在1587℃以下穩(wěn)定相均為莫來(lái)石固溶體和方石英，但半硅磚中以方石英為主，耐火度偏低；在高溫下應(yīng)使用高鋁磚；剛玉磚具有更高的耐火度。6.3.9.3MgO-SiO2系統(tǒng)相圖

(1)劃分二元分系統(tǒng)；

(2)確定各無(wú)變量點(diǎn)的性質(zhì)及相間平衡；

(3)應(yīng)用：鎂質(zhì)耐火材料配料

注意：鎂質(zhì)磚(T共＝1850℃)與硅質(zhì)磚(T共＝1436℃)

不能混用，否則共熔點(diǎn)下降。MgO-SiO2系統(tǒng)相圖

本系統(tǒng)共生成二個(gè)化合物：一致熔融化合物M2S（Mg2SiO4，鎂橄欖石）不一致熔融化合物MS（MgSiO4，頑火輝石）以一致熔化合物的等組成線為分界線可將該系統(tǒng)劃分成二個(gè)簡(jiǎn)單的分二元系統(tǒng)，即：

MgO-Mg2SiO4，Mg2SiO4-SiO2

MgO-SiO2系統(tǒng)中的無(wú)變量點(diǎn)四、二元凝聚系統(tǒng)相圖小結(jié)：

對(duì)復(fù)雜的二元相圖可按下述步驟進(jìn)行分析：

1、對(duì)一個(gè)復(fù)雜的二元相圖，首先應(yīng)了解該系統(tǒng)中是否有化合物生成，是否生成固溶體以及各物質(zhì)是否有晶型轉(zhuǎn)變。對(duì)化合物要確定它的性質(zhì)是一致熔化合物、不一致熔化合物還是固相中生成或分解等。

2、以一致熔化合物的等組成線為分界線，將整個(gè)系統(tǒng)劃分成若干個(gè)簡(jiǎn)單的分二元系統(tǒng)，每個(gè)簡(jiǎn)單的分二元系統(tǒng)相圖一般都屬于前面介紹的基本類型，這樣，一個(gè)復(fù)雜的相圖分析就簡(jiǎn)化了。3、對(duì)每個(gè)簡(jiǎn)單的分二元系統(tǒng)，要了解相圖中點(diǎn)、線、面所表達(dá)的相平衡關(guān)系。

4、分析熔體的冷卻析晶過(guò)程，內(nèi)容包括：分析熔體冷卻過(guò)程的每一步系統(tǒng)發(fā)生變化的情況；確定系統(tǒng)狀態(tài)點(diǎn)、液相點(diǎn)、固相點(diǎn)的變化路線；確定析晶結(jié)束點(diǎn)和析晶產(chǎn)物；析晶過(guò)程中，當(dāng)系統(tǒng)處于兩相平衡時(shí)，應(yīng)用杠桿規(guī)則計(jì)算兩相的相對(duì)含量。五、相平衡研究方法動(dòng)態(tài)法熱分析法溶解度法

差熱分析法(DTA)靜態(tài)法(淬冷法)

以Bi－Cd為例：Cd質(zhì)量百分?jǐn)?shù)：a,0％；b,20％；c,40％；d,75％；e,100％

abcde

冷卻曲線Bi－Cd系統(tǒng)的相圖

Bi(s)+Cd(s)L+Bi(s)

L+Cd(s)

L

優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)便，不象淬冷法那樣費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

缺點(diǎn)：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(cè)得相變溫度僅是一個(gè)近似值只能測(cè)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。2、差熱分析法(DTA)mv2mv1自動(dòng)記錄惰性基準(zhǔn)物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(shì)差1、熱分析法

原理：根據(jù)系統(tǒng)在冷卻過(guò)程中溫度隨時(shí)間的變化情況來(lái)判斷系統(tǒng)中是否發(fā)生了相變化。

做法：

(1)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(guò)程中系統(tǒng)在不同時(shí)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)間曲線，即步冷曲線(冷卻曲線)；

(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。

3、溶解度法適用于水－鹽系統(tǒng)的相圖。

4、淬冷法最大優(yōu)點(diǎn)：準(zhǔn)確度高。因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間保溫較接近平衡狀態(tài)，淬冷后在室溫下又可對(duì)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)行測(cè)定。適用對(duì)象：適用于相變速度慢的系統(tǒng)，如果快則在淬冷時(shí)發(fā)生相變。

6.4三元系統(tǒng)相圖

三元系統(tǒng)完整的狀態(tài)圖應(yīng)是一個(gè)三坐標(biāo)的立體圖，實(shí)際應(yīng)用的是它的平面投影圖。相律公式:三元凝聚系統(tǒng):6.4.1三元相圖的組成表示方法在三元系統(tǒng)中用等邊三角形來(lái)表示組成頂點(diǎn)：表示純組分；邊：表示二元系統(tǒng)的組成；內(nèi)部的點(diǎn)：表示含有三個(gè)組分的三元系統(tǒng)的組成。應(yīng)用：

1、已知組成點(diǎn)確定各物質(zhì)的含量；

2、已知物質(zhì)的含量確定其組成點(diǎn)。濃度三角形ABC·M1HIM2ABC等含量規(guī)則M1濃度三角形中組成變化的幾個(gè)規(guī)則（1）等含量規(guī)則

平行于濃度三角形某一邊的直線上的各點(diǎn)，其第三組分的含量不變。

定比例規(guī)則的證明ABC（2）定比例規(guī)則從濃度三角形的某一頂點(diǎn)向?qū)呑饕恢本€，則在直線上的各點(diǎn)表示對(duì)邊兩組分含量之比不變，DO·P·NMHI

.P.N.MABC直線規(guī)則（3）直線規(guī)則在濃度三角形中某一濃度為P的組分分解為M、N二相時(shí)，P、M、N三個(gè)濃度點(diǎn)必定位于同一直線上，并且M、N分別位于P的兩側(cè)。ABC背向性規(guī)則（4）背向性規(guī)則：

在三角形中任一混合物M，若從M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(duì)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)。M·

.M.P.OABC杠桿規(guī)則混合物P的質(zhì)量為M1混合物O的質(zhì)量為M26.4.2杠桿規(guī)則及重心原理6.4.2.1杠桿規(guī)則(1)在三元系統(tǒng)中，兩種混合物合成一種新混合物(或一種混合物分解為兩種混合物)時(shí)，它們的組成點(diǎn)在一條直線上；(2)新相的組成點(diǎn)與原來(lái)組成點(diǎn)的距離和二相的量成反比。

例如：在圖中，若已知混合物M1的質(zhì)量G1=100kg，混合物M2的質(zhì)量G2=200kg，將M1和M2混合成新混合物M，求M點(diǎn)的位置BACM1M2M根據(jù)杠桿規(guī)則，M必在M1、M2的連線上，且有：6.4.2.2重心原理

在三元系統(tǒng)中，若有三種物質(zhì)M1、M2、M3合成混合物M，則混合物M的組成點(diǎn)在連成的M1M2M3之內(nèi)，M點(diǎn)的位置稱為重心位置。（1）當(dāng)一種物質(zhì)分解成三種物質(zhì)，則混合物組成點(diǎn)也在三物質(zhì)組成點(diǎn)所圍的三角形內(nèi)。根據(jù)杠桿規(guī)則：M.P.M1.M2.M3.CAB

（2）交叉位置規(guī)則

M點(diǎn)在M1M2M3某一條邊的外側(cè)，且在另二條邊的延長(zhǎng)線范圍內(nèi)。這需要從物質(zhì)M1＋M2中取出一定量的M3才能得到混合物M，此規(guī)則稱為交叉位置規(guī)則。

由杠桿規(guī)則：結(jié)論：從M1＋M2中取出M3愈多，則M點(diǎn)離M3愈遠(yuǎn)。M1M2M3MPABC....M1M2M3MA

BC....結(jié)論：從M3中取出M1＋M2愈多,則M點(diǎn)離M1和M2愈遠(yuǎn)。（3）共軛位置規(guī)則在三元系統(tǒng)中，物質(zhì)組成點(diǎn)M在三角形的一個(gè)角頂之外，這需要從物質(zhì)M3中取出一定量的混合物質(zhì)M1＋M2，才能得到新物質(zhì)M，此規(guī)則稱為共軛位置規(guī)則。由重心規(guī)則：或：6.4.3三元立體相與平面投影圖6.4.3.1立體相圖

具有一個(gè)低共熔點(diǎn)的三元凝聚系統(tǒng)立體圖，是以濃度三角形為底，以溫度為高的三棱柱體。當(dāng)A、B、C三個(gè)組分在液態(tài)完全互溶，固態(tài)完全不互溶時(shí)，即形成這種相圖。

三條棱、三個(gè)側(cè)面、花瓣?duì)畹娜齻€(gè)曲面、三條曲線、三條界線的交點(diǎn)分別表示的意義及相律公式的應(yīng)用

具有一個(gè)低共熔點(diǎn)的三元系統(tǒng)的立體圖...t1e2e1e3t2t2t1t2ACBEABC6.4.3.2平面投影圖具有一個(gè)低共熔點(diǎn)的簡(jiǎn)單三元系統(tǒng)平面投影圖說(shuō)明：（1）三棱邊：A、B、C的三個(gè)一元系統(tǒng)；（2）三側(cè)面：構(gòu)成三個(gè)簡(jiǎn)單二元系統(tǒng)狀態(tài)圖，并具有相應(yīng)的二元低共熔點(diǎn)；（3）液相面:

液相面代表了一種二相平衡狀態(tài)，三個(gè)液相面以上的空間為熔體的單相區(qū)；（4）界線:界線代表了系統(tǒng)的三相平衡狀態(tài)；

（5）交點(diǎn)E/:處于四相平衡狀態(tài)；

立體圖與平面投影圖的關(guān)系立體圖的空間曲面(液相面)

投影為平面上的初晶區(qū)、、ABC平面界線→空間界線平面點(diǎn)→空間點(diǎn)3、投影圖上溫度表示法

投影圖中的溫度常用以下方法來(lái)表示：（1）用等溫線表示（2）在界線上（包括在三角形的邊上）用箭頭表示溫度下降的方向（3）對(duì)一些特殊的點(diǎn)，如各組分及化合物的、無(wú)變量點(diǎn)等，將其溫度直接標(biāo)入圖中或列表注明。.........4、結(jié)晶路程M.結(jié)晶路程Mt1e2e1e3ACBEABCD·F6.4.4具有一個(gè)低共熔點(diǎn)的簡(jiǎn)單三元系統(tǒng)相圖熔體的結(jié)晶路程：液相點(diǎn)：固相點(diǎn)：

從以上析晶過(guò)程的討論，可以總結(jié)出具有一個(gè)低共熔點(diǎn)的三元系統(tǒng)在投影圖上表示熔體冷卻析晶的規(guī)律：（1）原始熔體M在哪個(gè)初晶區(qū)內(nèi)，冷卻時(shí)，該初晶區(qū)所對(duì)應(yīng)的固相首先從液相析出，該組分析晶過(guò)程中，液相組成點(diǎn)的變化路線遵守背向性規(guī)則。（2）冷卻過(guò)程中系統(tǒng)的組成點(diǎn)始終不動(dòng)，而且系統(tǒng)的組成點(diǎn)、液相組成點(diǎn)和固相（或混合物）的組成點(diǎn)始終在一條直線上。（3）無(wú)論熔體M在三角形的何種位置，析晶產(chǎn)物都是A、B、C三種晶相，且都在三元低共熔點(diǎn)上析晶結(jié)束，因此三元低共熔點(diǎn)一定是析晶的結(jié)束點(diǎn)。4、杠桿規(guī)則的應(yīng)用

（1）當(dāng)液相組成點(diǎn)剛剛到達(dá)D點(diǎn):

（2）當(dāng)液相組成點(diǎn)剛剛到達(dá)E點(diǎn):

（3）析晶結(jié)束時(shí):6.4.5生成一個(gè)一致熔二元化合物的三元系統(tǒng)相圖L+AL+SL+BAe1Se2Be4e3CABCSE1E2m1、相圖分析：該三元系統(tǒng)的相圖共有四個(gè)初晶區(qū)，五條界線，有兩個(gè)三元低共熔點(diǎn)具有一個(gè)一致熔二元化合物的三元系統(tǒng)相圖e1'e2'

相圖的特點(diǎn)：

其化合物組成點(diǎn)位于其初晶區(qū)范圍內(nèi)，并且是它的初晶區(qū)內(nèi)的溫度最高點(diǎn)。

要求：

(1)

確定溫度的變化方向；

(2)各界線的性質(zhì)；

(3)

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，析晶終點(diǎn)和析晶終產(chǎn)物；

(5)

在E1E2界線上m點(diǎn)是溫度最高點(diǎn)。(連線規(guī)則)

本系統(tǒng)CS連線將原來(lái)的三角形劃分為兩個(gè)分三角形，每個(gè)分三角形都是一個(gè)具有低共熔點(diǎn)的三元系統(tǒng)。

2、三角形化的原則：副三角形根據(jù)三元無(wú)變量點(diǎn)來(lái)劃分，使每個(gè)三元無(wú)變量點(diǎn)都對(duì)應(yīng)一個(gè)副三角形。副三角形的個(gè)數(shù)與對(duì)應(yīng)的三元無(wú)變量點(diǎn)個(gè)數(shù)相等。副三角形劃分法3、冷卻析晶規(guī)律：

原始組成點(diǎn)在哪個(gè)副三角形內(nèi)，該副三角形所對(duì)應(yīng)的三元無(wú)變量點(diǎn)是其析晶結(jié)束點(diǎn)，最終析晶的產(chǎn)物是該副三角形三個(gè)頂點(diǎn)所表示的物質(zhì)。6.4.6生成一個(gè)不一致熔二元化合物的三元系統(tǒng)相圖

1、相圖分析：該三元系統(tǒng)的相圖共有四個(gè)初晶區(qū)，五條界線，有兩個(gè)三無(wú)變量點(diǎn)相圖上的特點(diǎn)：

（1）化合物組成點(diǎn)不在其初晶區(qū)范圍內(nèi)。具有一個(gè)不一致熔二元化合物的三元系統(tǒng)相圖ASBCe1e3e2pBASA1Ce11p1S1B1PE

（2）界線是一條轉(zhuǎn)熔線，冷卻時(shí)發(fā)生固相回吸。（3）連接CS，將可劃分為兩個(gè)副三角形，即和，它們對(duì)應(yīng)的無(wú)變量點(diǎn)分別為E和P，E在對(duì)應(yīng)的副三角形的內(nèi)部，是低共熔點(diǎn)，P在對(duì)應(yīng)的副三角形的外部，是轉(zhuǎn)熔點(diǎn)。

2、判讀三元相圖的幾條重要規(guī)則（1）連線規(guī)則

用途：判斷界線的溫度走向（下降方向）要點(diǎn)：E1E2mABAB（1）連線規(guī)則EABPnAB（2）PABABE（3）（2）切線規(guī)則：

用途：判斷三元相圖上界線的性質(zhì)

內(nèi)容：

注意：有時(shí)一條界線上切線與連線相交有兩種情況。在某段具有共熔性質(zhì)，過(guò)一轉(zhuǎn)折點(diǎn)后又具有共熔性質(zhì)。二類界線表示：共熔界線的溫度下降方向：轉(zhuǎn)熔界線的溫度下降方向：（3）重心規(guī)則

用途：判斷無(wú)變量點(diǎn)的性質(zhì)

方法一：無(wú)變量點(diǎn)與其相應(yīng)副三角形的位置

方法二：根據(jù)界線的溫度下降方向（4）三角形規(guī)則

用途：確定結(jié)晶產(chǎn)物和結(jié)晶終點(diǎn)。

內(nèi)容：3、不同組成的結(jié)晶路程分析

A、劃分副三角形，確定組成點(diǎn)的位置；

B、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；

D、利用規(guī)則檢驗(yàn)其正確性。

以不同組成的熔體為例分析熔體M1

分析：M1點(diǎn)在B的初晶區(qū)內(nèi)，開始析出晶相為B，組成點(diǎn)在BCD內(nèi)，析晶終點(diǎn)為P點(diǎn)，析出晶相為B、C、D；析晶過(guò)程用式子表示為：液相點(diǎn)：固相點(diǎn)：（B出現(xiàn)）（D出現(xiàn)）或熔體M2分析：M2點(diǎn)在B的初晶區(qū)內(nèi)，開始析出晶相為B，組成點(diǎn)在ACD內(nèi)，析晶終點(diǎn)為E點(diǎn)，析出晶相為A、C、D；析晶過(guò)程用式子表示為：液相點(diǎn)：固相點(diǎn)：熔體M3

分析：M3點(diǎn)在B的初晶區(qū)內(nèi)，開始析出晶相為B，組成點(diǎn)在ACD內(nèi)，析晶終點(diǎn)為E點(diǎn)，析出晶相為A、C、D；A析晶過(guò)程用式子表示為：固相點(diǎn)：液相點(diǎn)：熔體4分析：4點(diǎn)在S的初晶區(qū)內(nèi)，開始析出晶相為S，組成點(diǎn)在ACS內(nèi)，析晶終點(diǎn)為E點(diǎn)，析出晶相為

A、C、S；析晶過(guò)程用式子表示為：液相點(diǎn)：固相點(diǎn)：加熱過(guò)程用式子表示為：液相點(diǎn)：固相點(diǎn)：小結(jié)：

以上熔體的析晶過(guò)程中有回吸現(xiàn)象發(fā)生。分析這些熔體的析晶過(guò)程，可以總結(jié)出以下幾個(gè)規(guī)律：（1）在回吸線上的析晶過(guò)程，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)液相組成點(diǎn)離開界線進(jìn)入初晶區(qū)的現(xiàn)象，稱為“穿相區(qū)”現(xiàn)象。其原因，可以用相律來(lái)分析。（2）單轉(zhuǎn)熔點(diǎn)P上的相平衡關(guān)系：冷卻時(shí)液相回吸固相B析出D和C?？赡墚a(chǎn)生三種結(jié)果：

一是液相先消失，固相B有剩余，析晶在P點(diǎn)結(jié)束；二是固相B先消失，液相有剩余，回吸結(jié)果液相與固相D和C建立三相平衡，繼續(xù)冷卻，沿PE界線變化。三是液相與固相B同時(shí)消失，析晶也在P點(diǎn)結(jié)束，析晶產(chǎn)物是D、C兩種固相，在CD連線上的組成點(diǎn)，其冷卻析晶屬于這種情況。

結(jié)論：轉(zhuǎn)熔點(diǎn)不一定是析晶的結(jié)束點(diǎn)Ae1Q

SBe4e3CABCSEmP總結(jié)1、無(wú)變量點(diǎn)性質(zhì)P點(diǎn)：L+BS+C

E點(diǎn)：

LA＋S+C2、界線性質(zhì)PQ是轉(zhuǎn)熔線

L+BS

其它為共熔線。3、組成點(diǎn)在

ASC內(nèi)，E點(diǎn)是析晶終點(diǎn)，在

BSC內(nèi)，P點(diǎn)是析晶終點(diǎn)。在連線SC上，P點(diǎn)是析晶終點(diǎn)。4、P點(diǎn):在多邊形PCSQ范圍內(nèi)，經(jīng)過(guò)P點(diǎn)時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)熔，

晶相B先消失，液相沿PE移動(dòng)，在E點(diǎn)液相消失；

在

SPQ內(nèi)存在穿晶區(qū)；在

BSC內(nèi)，在P點(diǎn)液相先消失；在連線SC上，B和液相同時(shí)消失。6.4.7生成一個(gè)固相分解的二元化合物的三元系統(tǒng)相圖

1、相圖分析：該三元系統(tǒng)的相圖共有四個(gè)初晶區(qū)，六條界線，有三個(gè)三元無(wú)變量點(diǎn)

特點(diǎn)：三個(gè)無(wú)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P點(diǎn)或E點(diǎn)。2、點(diǎn)的性質(zhì)：

P

單轉(zhuǎn)熔點(diǎn)

E

共熔點(diǎn)

R

過(guò)渡點(diǎn)，雙降點(diǎn)

(L起介質(zhì)作用)

生成一個(gè)固相分解的二元化合物的三元系統(tǒng)L3、用切線規(guī)則判斷界線性質(zhì)。

PR：

4、分析M

的析晶路程分析：M點(diǎn)在A的初晶區(qū)內(nèi)，開始析出晶相為A；組成點(diǎn)在BCS內(nèi)，析晶終點(diǎn)為E點(diǎn)，析出晶相為B、C、S；析晶過(guò)程用式子表示為：液相點(diǎn)：固相點(diǎn)：6.4.8具有一個(gè)一致熔三元化合物的三元系統(tǒng)相圖

相圖分析：該三元系統(tǒng)的相圖共有四個(gè)初晶區(qū)，六條界線，有三個(gè)三元無(wú)變量點(diǎn)。相圖特點(diǎn)：S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)要求：(1)

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)；

(3)

由重心規(guī)則確定無(wú)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；

(5)

分析析晶路程。具有一個(gè)一致熔融三元化合物的三元系統(tǒng)相圖6.4.9具有一個(gè)不一致熔三元化合物的三元系統(tǒng)相圖

1、相圖分析：該三元系統(tǒng)的相圖共有四個(gè)初晶區(qū)，六條界線，三個(gè)三元無(wú)變量點(diǎn)。

(1)

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；

(3)

用重心規(guī)則或溫降變化方向判斷點(diǎn)的性質(zhì)，無(wú)變量點(diǎn)所處位置有兩種可能:交叉位，

相應(yīng)的性質(zhì)為單轉(zhuǎn)熔點(diǎn)；共軛位，相應(yīng)的性質(zhì)為雙轉(zhuǎn)熔點(diǎn)；

(4)用切線規(guī)則判斷界線性質(zhì)。有時(shí)某一界線具有兩種性質(zhì)，即共熔線和轉(zhuǎn)熔線。有單轉(zhuǎn)熔點(diǎn)的生成不一致熔融三元化合物的三元系統(tǒng)相圖

E1：低共熔點(diǎn)

E2：低共熔點(diǎn)

P：?jiǎn)无D(zhuǎn)熔點(diǎn)

線PE2

：有兩種性質(zhì)

PF轉(zhuǎn)熔線

FE2共熔線M1M2該三元系統(tǒng)的相圖共有四個(gè)初晶區(qū)，六條界線，有三個(gè)三無(wú)變量點(diǎn)。

(1)

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；

(3)

用重心規(guī)則或溫降變化方向判斷點(diǎn)的性質(zhì)，無(wú)變量點(diǎn)所處位置為共軛位，相應(yīng)的性質(zhì)為雙轉(zhuǎn)熔點(diǎn)；

(4)用切線規(guī)則判斷界線性質(zhì)：有時(shí)某一界線具有兩種性質(zhì)，即共熔線和轉(zhuǎn)熔線。

有雙轉(zhuǎn)熔點(diǎn)生成不一致熔融三元化合物的三元系統(tǒng)相圖有雙轉(zhuǎn)熔點(diǎn)的生成不一致熔融三元化合物的三元系統(tǒng)相圖N

E1：低共熔點(diǎn)

E2

：低共熔點(diǎn)

R：雙轉(zhuǎn)熔點(diǎn)

線RE2：轉(zhuǎn)熔線

線RE1：兼有兩種性質(zhì)，N點(diǎn)是轉(zhuǎn)折點(diǎn)

RN：轉(zhuǎn)熔線

NE1：共熔線6.4.10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

相圖中多晶轉(zhuǎn)變等溫線與界線的交點(diǎn)也是三元無(wú)變量點(diǎn)（三元多晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)）。

三元多晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)一定不是析晶的終點(diǎn)，它在相圖中也沒有對(duì)應(yīng)的副三角形。6.4.11

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6.4.12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

6.4.13分析復(fù)雜相圖的步驟

1、判斷化合物的性質(zhì)；

2、劃分副三角形；

3、判斷各條界線上溫度下降方向；

4、判斷界線的性質(zhì)；

5、確定三元無(wú)變量點(diǎn)的性質(zhì)；

6、分析熔體的冷卻析晶過(guò)程內(nèi)容包括：確定液相組成點(diǎn)和固相組成點(diǎn)的變化路線；確定析晶結(jié)束點(diǎn)和析晶產(chǎn)物；在析晶的各階段，應(yīng)用杠桿規(guī)則計(jì)算各相的相對(duì)含量。6.4.14三元相圖的應(yīng)用舉例6.4.14.1CaO－Al2O3－SiO2系統(tǒng)1、判讀相圖的步驟：

(1)判斷有多少化合物生成，判斷化合物的性質(zhì)。

(2)用連線規(guī)則判斷界線溫度變化方向；

(3)用切線規(guī)則判斷界線性質(zhì)；

(4)根據(jù)無(wú)變量點(diǎn)劃分相應(yīng)的副三角形。

(5)確定無(wú)變量點(diǎn)的性質(zhì)；

(6)分析析晶路程；

(7)判斷相圖上是否存在晶型轉(zhuǎn)變、液相分層或形成固溶體等現(xiàn)象。具體介紹富鈣部分相圖及實(shí)際生產(chǎn)時(shí)冷卻過(guò)程中的液相獨(dú)立析晶。CaO－Al2O3－SiO2系統(tǒng)相圖

本系統(tǒng)共有十個(gè)二元化合物，其中四個(gè)是一致熔化合物：CS、C2S、C12A7、A3S2，六個(gè)不一致熔化合物：C3S2、C3S、C3A、CA、CA2、CA6。有15個(gè)無(wú)變量點(diǎn)，整個(gè)相圖劃分為15個(gè)副三角形。在富硅區(qū)有液相分層、晶型轉(zhuǎn)變。

2、相圖的實(shí)際應(yīng)用

（1）硅酸鹽水泥的配料硅酸鹽水泥中含有C3S、C2S、C3A、C4AF四種礦物，相應(yīng)的組成氧化物為CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3，用CaO-SiO2-Al2O3三元系統(tǒng)表示水泥的配料組成。CaO－Al2O3－SiO2系統(tǒng)的富鈣部分相圖

通過(guò)分析圖中的1、2、3點(diǎn)的析晶過(guò)程，可得出配料點(diǎn)在三角形C3S-C3A-C2S內(nèi)的小圓圈內(nèi)波動(dòng)。其實(shí)際組成為：

CaO62%~67%，

SiO220%~24%，

Al2O3+Fe2O36.5%~13%

（2）燒成實(shí)際上采用部分熔融的燒結(jié)法生產(chǎn)熟料。固態(tài)組分之間的固相反應(yīng)起著重要的作用。以配料點(diǎn)3為例說(shuō)明。水泥燒成的核心問(wèn)題是如何創(chuàng)造良好的動(dòng)力條件促成熟料中的主要礦物C3S的大量生成。

（3）冷卻為了防止C3S分解及發(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，因而冷卻過(guò)程是不平衡的。熔體冷卻可能結(jié)果(理想情況)：

急冷成玻璃：

液相獨(dú)立析晶：獨(dú)立析晶通常在回吸過(guò)程中發(fā)生。由于冷卻速度快，被回吸的固相被析出的固相所包裹，回吸過(guò)程不能進(jìn)行，從而使液相進(jìn)行另一種單獨(dú)的析晶過(guò)程。6.4.14.2K2O－Al2O3－SiO2系統(tǒng)

1、按分析相圖的步驟具體分析。

(1)有多少化合物：5個(gè)二元化合物，4個(gè)三元化合物。

(2)化合物的組成點(diǎn):(3)判斷化合物的性質(zhì):(一致熔融或非一致熔融化合物)(4)無(wú)變量點(diǎn)性質(zhì)：M:

共熔點(diǎn)(985℃)

L莫來(lái)石＋鱗石英＋鉀長(zhǎng)石

E:

鱗石英與鉀長(zhǎng)石界線和其連線的交點(diǎn)

(990℃)

L

鱗石英＋鉀長(zhǎng)石

畫出的相圖中共有8個(gè)無(wú)變量點(diǎn)

(5)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)。

配料：粘土(高嶺土)、長(zhǎng)石、石英在相圖中配料三角形為：

QWD

產(chǎn)物三角形為：

QWm

制品中晶相：石英、長(zhǎng)石、莫來(lái)石K2O－Al2O3－SiO2系統(tǒng)相圖配料三角形與產(chǎn)物三角形2、相圖的實(shí)際應(yīng)用

一般長(zhǎng)石質(zhì)瓷（包括日用瓷、衛(wèi)生瓷和電瓷）都是用長(zhǎng)石、石英、粘土(高嶺土)為原料配制成型，經(jīng)高溫煅燒而成的。為了使產(chǎn)品具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和良好的熱穩(wěn)定性以及一定的半透明度，要求瓷體中具有一定數(shù)量的莫來(lái)石和足夠的玻璃相。

在相圖中配料三角形為：

QWD；

產(chǎn)物三角形為：

QWm

制品中晶相：石英、長(zhǎng)石、莫來(lái)石

（1）具體分析1～8線上配料的熔體冷卻析晶路線，并反向推導(dǎo)配料升溫熔化過(guò)程中哪一相先消失。

1~5點(diǎn)鉀長(zhǎng)石先消失

6點(diǎn)長(zhǎng)石和石英同時(shí)消失

7～8點(diǎn)石英先消失（2）預(yù)測(cè)制品晶相組成

1~5點(diǎn)石英、莫來(lái)石、玻璃相

6點(diǎn)莫來(lái)石、玻璃相

7～8點(diǎn)長(zhǎng)石、莫來(lái)石、玻璃相

由此看來(lái)，通過(guò)合理選擇配料組成點(diǎn)，恰當(dāng)?shù)目刂评鋮s過(guò)程，能在瓷體中獲得所要求的相組成。長(zhǎng)石質(zhì)瓷中，硬瓷、衛(wèi)生瓷的主要相組成是莫來(lái)石與石英晶相和玻璃相，所以它們的配料范圍應(yīng)在1~5點(diǎn)附近

電瓷通常含有單一的莫來(lái)石晶相和玻璃相，所以其配料范圍應(yīng)在6點(diǎn)附近；精白瓷中含莫來(lái)石與長(zhǎng)石兩種晶相和玻璃相，其配料范圍應(yīng)在7~8點(diǎn)附近。6.4.14.3MgO－Al2O3－SiO2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)。本系統(tǒng)有四個(gè)二元化合物，兩個(gè)三元化合物，九個(gè)三元無(wú)變量點(diǎn)。1、相圖分析MgO－Al2O3－SiO2相圖的富硅部分2、相圖的實(shí)際應(yīng)用

（1）鎂質(zhì)陶瓷